论知识表示

收稿日期:2013-10-03

基金项目:本文系江苏高校重点研究基地重大项目“先秦文献词汇知识挖掘”(项目编号:2010JD XM023)的研究成果之一。作者简介:马创新(1980-),男,博士研究生,研究方向:知识组织与计算语言学。

·理论探索·

论知识表示

马创新

(南京师范大学文学院,南京江苏210097)

〔摘　要〕知识必须具有适当的表示形式才能便于使用,为了探索适合于人类和计算机使用的知识表示方法,文章首先分析了知识表示的完整过程,探讨知识表示的方法体系,然后介绍了几种主要的知识表示方法,并且构建了知识表示方法的评价框架,利用该框架从认知层面、本体层面和实现层面对几种主要的知识表示方法进行考察。

〔关键词〕知识表示;方法;体系;比较研究

DOI :10.3969/j .issn .1008-0821.2014.03.005

〔中图分类号〕TP311　〔文献标识码〕A 〔文章编号〕1008-0821(2014)03-0021-04

The Research of Knowledge Representation

Ma Chuangxin

(College of Liberal Arts ,Nanjing Normal University ,Nanjing 210097,China )

〔Abstract 〕Knowledge must have appropriate representation as to facilitate the use of hu man and computer .In order to ex -plore the methods of knowled ge representation s uitable for humans and computers ,this article first analysed the complete process of knowledge representation and discussed the methodology of knowledge representation .Then it introduced several main methods of knowledge representation .And it built a knowledge representation framework for evaluation ,and estimated several main methods of knowledge representation from the cognitive level ,the ontology level and the implementation level by the framework .

〔Key words 〕knowled ge representation ;method ;system ;comparative study

知识表示是知识组织的基础和前提,知识重组、知识聚类、知识存检、知识编辑、知识布局和知识监控等其他知识组织方式都要建立在知识表示的基础上[1]。知识表示方法能够影响到知识在使用过程中的完备性、共享性和有效性。对于同一知识,人们可以采用不同的方法来表示,也会因此产生不同的表示效果。

1　知识表示的完整过程

从一般意义上讲,知识表示就是为描述世界所做的一组约定,是知识的符号化、形式化或模型化;从计算机科学的角度来看,知识表示是研究计算机表示知识的可行性、有效性的一般方法,是把人类知识表示成机器能处理的数据结构和系统控制结构的策略[2-3]。

一个完整知识表示过程是:首先是设计者针对各种类型的问题设计多种知识表示方法;然后表示方法的使用者选用合适的表示方法表示某类知识;最后知识的使用者使

用或者学习经过表示方法处理后的知识。所以,知识表示的客体就是知识;知识表示的主体包括3类:表示方法的设计者、表示方法的使用者、知识的使用者。具体来说,知识表示的主体主要指的是人(个人或集体),有时也可能是计算机。

知识表示的过程如图1所示。图1中的“知识Ⅰ”是指隐性知识或者使用其他表示方法表示的显性知识;“知识Ⅱ”是指使用该种知识表示方法表示后的显性知识。“知识Ⅰ”与“知识Ⅱ”的深层结构一致,只是表示形式不同。所以,知识表示的过程就是把隐性知识转化为显性知识的过程,或者是把知识由一种表示形式转化成另一种表示形式的过程。

2　知识表示的方法体系

狭义的知识表示方法专指计算机科学领域使用的知识表示方法,指的是各种不同的适合于机器处理的、形式化

2014年3月第34卷第3期

现代情报

Journal of Modern In formation

M ar .,2014Vol .34　No .3

图1　知识表示的完整过程

的知识模型;广义的知识表示方法是指人类所使用的用来表示知识的所有方法,既包括逻辑、框架、语义网络等替代表示方法,也包括图形、图像、声音等直接表示方法。为了能够在开阔的视野下对知识表示方法做全面分析,在本文中,如果没有特别强调,所提到的知识表示方法都是广义的。

人类社会在进化过程中不断地创造新的知识,同时也在不断地探索新的知识表示方法。在计算机诞生之前的几千年里,人们都是在探索面向人类使用、理解和学习的知识表示方法,比如图像、文字和语言等,这些表示方法是人类集体智慧的结晶,并且被人们普遍接受和使用;在计算机诞生之后,人们开始探索面向计算机处理的知识表示方法,比如:产生式、逻辑、框架、面向对象等等,这些方法是领域专家们创造出来的研究成果,通常被应用于特定的领域。所以,可以把知识表示方法先分为“面向人的知识表示方法”和“面向计算机的知识表示方法”两大类。图2展示了知识表示方法体系

。

图2　知识表示方法体系

面向人的知识表示方法主要有图形、图像、地图以及语言符号系统、其他符号系统等。图形采取与自然世界一致、直接或拟真的方式表示知识,与符号相比,更符合人类的心理认知特点。语言符号系统一般由语音符号系统和文字符号系统组成,但是世界也有一些语言只有语音符号系统,而没有文字符号系统。由于语言符号具有二义性和模糊性,虽然人类的智能能够理解用语言符号表示的知识,但是无法满足计算机精确表达的要求,不适合在当今的计算机上处理。

面向计算机的知识表示方法并不是伴随着计算机的诞生凭空出现的,它是以面向人的知识表示方法为基础,再

结合计算机处理知识的特殊要求,本着“必须能够被计算机接受”这个先决条件,由领域专家们创造的。面向计算机处理的知识表示方法又可以再分为直接表示法和间接表示法。直接表示可以视为外部表示,它强调表示与被表示实体间具有结构相似性,如图形、地图等;间接表示可以视为与计算机处理数据的方式相一致的内部表示,它主要

是以符号系统为基础设计的形式化表示方法,用符号替代被表示实体,间接表示法可以是结构化的,如框架、语义网络、面向对象、本体等,也可以是非结构化的,如产生式、逻辑等等。

根据所表示知识的作用类型,间接表示方法又可以相应地分为陈述性知识的表示方法、过程性知识的表示方法和控制性知识的表示方法3种。陈述性知识的表示方法有一阶谓词逻辑、框架结构、语义网络等方法;过程性知识的表示方法有模式调用程序、产生式规则、逻辑表示法等;控制性知识的表示方法有状态空间搜索算法、问题归约法、约束传播法等[4]。

长期以来,由于间接表示法能够满足计算机符号化、形式化、模型化和精确化的要求,所以它得到了充分的发展。而直接表示法描述知识的范围相对受限,难以表示定量知识,并且直接表示的知识具有很强的领域相关性,计算机难以处理,所以从计算机产生之后的较长时间里,直接表示法没能得到长足的发展。然而,近些年来,在人工智能关于知识表示方法的研究中,关于知识的直接表示方式的研究正日益受到重视,因为许多智能行为的知识的表示形式就是对直接的知觉经验进行记忆的结果,抽象的符号化表示不利于某些智能行为在知识获取和知识应用间的知识表示水平上的衔接,符号主义的思想不能延伸到以语言为代表的高层抽象思维之外的认知层次上去,符号主义只适合表示结构化的知识[5]。总之,面向计算机处理的知识表示方法是以面向人的知识表示方法为基础,再考虑到计算机的可实现性而设计的。

3　面向计算机的知识表示方法

3.1　几种常用的方法

面向计算机处理的知识表示方法是知识工程师对领域知识的事实和关系的一种模型化,迄今为止,已经有多种知识表示方法得到了深入的研究。接下来,分别介绍这些方法的特征和优缺点,并进行综合分析和比较。3.1.1　状态空间表示法

状态空间表示法是人工智能中最基本的形式化方法,它源于早期的问题求解系统和博弈程序。它本身并不是一种知识表示形式,而是利用它在问题的各种可能状态集合中做出有效的选择,从而表示问题的结构[6]。状态空间表示法求解问题的一般步骤是:先定义一个状态空间,它包含相关对象的各种可能的排序;再规定一个或多个属于此空间的开始状态和目标状态;然后规定一组规则,用来描

2014年3月第34卷第3期

论　知　识　表　示

M ar .,2014Vol .34　No .3