知识库系统的知识表示方法及其在移动学习领域的应用

第23卷哈尔滨师范大学自然科学学报

Vol .23,No .22007

第2期

NAT URAL SC I E NCES JOURNAL OF HARB I N NOR MAL UN I V ERSI TY

知识库系统的知识表示方法及其在移动学习领域的应用

曲　佳 王建华

(哈尔滨师范大学)

【摘要】　本文主要讨论的问题是知识表示,探讨关于不同知识类型、知识表示

发展的不同阶段,所运用的知识表示方式.以及联系现在与计算机技术相关的无线通讯技术,来探讨知识库系统在教育领域发展趋势.

关键词:知识库系统;知识表示;移动学习

收稿日期:2006-12-21

0　引言

“知识库系统”是人工智能的一个重要分支,是近年来发展起来的一门综合性的新兴学科.随着计算机科学技术和人工智能技术的迅速发展,基于知识的智能系统已在工业、农业、军事和科教等国民经济领域得到广泛的应用.

知识库系统是由知识库、推理机、工作存储区、知识获取子系统和解释界面等五部分组成.其中知识库和推理机是知识库系统的核心部分.知识库主要是用来存放领域专家所提供的专业知识,又分为事实库和规则库两部分.推理机则负责按照一定的规则,从已知的事实中推导出新的事实.另外,知识获取子系统也是知识库系统研究的一个重要部分,是建立知识库的关键环节,一直被公认为是知识库系统的“瓶颈”问题.

1　知识表示的分类

知识表示是指知识在机器内部的存储和组织,是数据结构和解释过程的结合.数据结构用于

知识的形式化描述,而解释过程则用来说明知识

的现实含义.知识表示往往与知识的分类有密切

关系,不同类型的知识常有不同的有效表达方法.对此,我们使用基于关系的知识表示、面向对象的知识表示、基于规则的知识表示、基于模型的知识表示和不确定知识的表示,等不同的知识表示方式来构建知识库.1.1　基于关系的知识表示

我们用一个四元组来构建关系结构:

U =

其中:

E —关系结构U 中所有实体的集合{e 1,e 2,…};

N —关系结构U 种特定实体的集合{n 1,n 2,

…};

R —关系的集合{r 1,r 2,…},每一关系r i 都定

义在集合E 上;

H —函数的集合{h 1,h 2,…},每一函数h i 都定义在集合E 上.

在关系知识表示中,各实体之间,我们通过一些相互关联的表来表示他们的二元关系,其关系

模型可以表示为一个二元表格(见表1):

表1　二元关系模型

A B C D E A 1B 1C 1D 1E 1A 2B 2C 2D 2E 2A 3B 3C 3D 3E 3A 4

B 4

C 4

D 4

E 4

1.2　基于规则的知识表示

基于规则或称产生式规则的知识表示方法是目前最广泛的方法之一.它的基本结构包括前提和结论两部分:前提(IF 部分)描述状态,结论(THEN 部分)描述在状态存在的条件下所做的某些动作:

前提状态结论动作或　IF 状态　THEN 动作

人类在问题求解时,应用了一组存储在大脑长期记忆区的产生式,

并将它们应用于存储在短期记忆区的给定状态.该状态引起某些产生式被触发,相应的动作被作用于短期记忆区.这就是从已知信息推理出新的信息的过程,随着新的信息加入短期记忆区,状态发生了改变,这又可能引起新的规则被触发.这种人类的问题求解的模型称为产生式系统.基于规则的值时表示就是在这个基础上发展起来的.我们可以通过人类的思考模型得到我们所需要的基于规则的模型(如图1、2所示):

图1　产生式系统模型

图2　基于规则知识表示的模型

1.3　面向对象的知识表示

面向对象的观点,或者面向对象的方法学的基础认为世界作为我们的研究领域,是由各种对

象(objects )组成,任何实体都是对象,复杂的对象可由相对比较简单的对象以某种方法组成.同时,所有对象被划分成各种对象类.对象类是具有某些共性的对象的抽象概念,对象则是对象类的

例示.因此,面向对象的知识表示方法认为,整个

世界是一个最复杂的对象,它由各种相对简单的对象组成.以此类推,经过层层组合,最终都由若干最基本的对象组成.

(1)定义一个对象类包括:类名、属性名、函数及与其它对象的关系.如下所示:C lass <类名>[:<超类名>] A ttribute

<对象的静态结构描述> M ethod

<对于对象操作方法的定义>(2)面向对象知识表示的特性:

继承性(inheritance )是面向对象知识表示方法的最重要特征,用于表示对象类之间的属性继承关系.它分为单继承和多继承两种方式,被继承的类叫做继承其属性子类的超类.面向对象的知识表示方法,正是通过继承,来构造实体之间的层层组合,来模拟整个世界的.

封装性(encap sulation )是用于定义一个对象的实例属性和方法,仅仅属于该对象,对其他对象来说是不可见的.换而言之,对象的属性和方法是私有的,或被封装于该对象内.封装性体现了对象类定义的模块化特性.

多态性,是为了克服冗余度高,以及在增加新的子类时,避免修改它的超类的方法描述而具备的特性.对象名和实际类的联结工作不是在编译时进行,而是推迟到运行时完成.

继承性和多态性的组合,可以轻易地生成一系列虽类似但独一无二的对象.由于继承性,这些对象共享许多相似的特征,但由于多态性,一个对象可以有独特的表现方式.1.4　基于模型的知识表示

我们把知识库看作为外部世界的一个模型,模型中的事实、事实间的联系和彼此因果关系对应了外部世界的结构和特征.基于规则的系统中存储的是大量的以规则形式表示的“征兆———原

因”关系对,而在基于模型的系统中存储的是与模型有关的物理原理,在推理过程中,通过把物理原理应用于模型来产生“征兆———原因”关系对.专家的知识可分为两大类:

(1)面向特定问题的经验;(2)特定领域的基本原理.利用第一类知识所建的模型称为“浅层”知识模型,这类知识具有很强的针对性、应用范围小.而利用第二类知识所的模型称为“深层”知识

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