人工智能及应用_ch2_3

语义网络的推理

例：设有如下事实，赵云是一个学生。他在东方大学 主修计算机课程。他入学时间是2000年。用语义网络 表示以上事实。 学生 教育 大学
是
是
赵云
接受
是 实施
教育1
主修
计算机
是
是
科学
开始于
东方大学
2000
时间
语义网络的推理

现在希望知道赵云的主修课程？
–
–
–
构造语义网络片段。 与知识库匹配。 寻找答案。 学生 教育
用语义网络表示知识
教师 A
人
部分 是 部分 部分 部分
或
学生 高 或 低 与
状态 状态 状态
B C
参赛者
状态
D
用语义网络表示知识

全称量词表示：把一个复杂的知识命题划分为 若干个子命题，每一个子命题用较简单的语义 网络表示，称为一个子空间，多个子空间构成 一个大空间。每个子空间看作大空间的一个结 点称为超结点。例如用语义网络表示“每个学 生都背诵了一首唐诗”。
是
赵云
接受
教育？
主修
？
语义网络表示法的特征

优点
– – –
结构性：把事物的属性及其之间的各种语义联系显 式表达出来。 联想性：根据人类记忆的心理模型提出的。 自然性：自然语言与语义网络的转换易实现。 非严格性：没有公认的形式表示体系。 复杂性：手段多、表示灵活，但由于形式的不一致 增加了处理问题的复杂度。

用语义网络表示知识
运动
Can
吃
Can
动物 水中
Live in Can A kind of A kind of
翅膀
Have
鱼
鸟
游泳
Can
飞
用语义网络表示知识


表示多元关系：可用多元谓词P(x1,x2,…,xn) 表示，一般增加关系结点。 例：用语义网络表示“北京位于沈阳与郑州之 间”。
沈阳
边界1
基本语义关系

相近关系：指不同事物在形状、内容等方面相 似或接近。常用的相近关系有： – Similar to:“相似” – Near to:“接近”
猫 虎
Similar to
基本语义关系

推论关系：指从一个概念推出另一个概念的语 义关系。类似产生式。
努力学习 推出
取得好成绩
用语义网络表示知识
基本语义关系

包含关系：指具有组织或结构特征的部分与整 体之间的关系。常用的包含关系如下： Part of:”是一部分”，如”轮胎是车的一部 分。
轮胎 汽车
Part of
基本语义关系

属性关系：指事物和其属性间的关系。常用的 属性关系有：
–
–
Have:”有”，如“鸟有翅膀”。 Can:”会”、”能”，如“鸟会飞” 翅膀
占有物
是一种
占有
是一 种
开始于 结束于
是一种 是一种
情况
用语义网络表示知识

表示事件和动作示例：常河给姜涛一张磁盘。 增加事件结点。
一张磁盘
客体2 主体 客体1
常河
给予事件
动作
姜涛
给
用语义网络表示知识

表示逻辑关系：通过增加合取和析取结点表示 合取和析取的逻辑关系。例如用语义网络表示 “参赛者有教师、有学生、有高、有低”。 参赛者可分为四部分： A：教师、高 B：教师、低 C：学生、高 D：学生、低
把多个语义基元用相应的语义关联在一起时， 就形成了一个语义网络。
基本语义关系

类属关系：指具有共同属性的不同事物间的分 类关系、成员关系或实例关系。其体现了具体 与抽象、个体与集体的概念。常用的类属关系 有： – A Kind of:”是一种”，如“石头是一种物 质”。 – A menber of:”是一员”，如“张强是协会 成员”。 – Is a:”是一个”，如“刘翔是一个运动员”。
本章小结-一些说明


同一知识可以使用不同的表示方法，称为不同 的表示模式。不同的领域知识适应不同的表示 方法。 知识表示方法多是结合解决不同的具体问题提 出的，其偏重应用，缺乏严格的知识表示理论， 尚未形成规范。
本章小结-一些说明


对不确定知识，不完全知识缺乏有效的表示方 法。 对非结构性的知识表示的手段不多。
–
第五场：离开

夏克的餐厅脚本

结果：
–
–
– –
顾客吃饭了，不饿了； 顾客花钱了； 老板赚钱了； 餐厅的食品少了。
利用脚本推理



一个脚本是一个因果链，链头是一组开场条件 →链尾是一组结果，中间是一串相互联系的事 件。 推理：一旦开场条件得到满足，后续事件逐一 进行，直到结果。 例如，张三来到肯德鸡餐厅，要了一份家乡鸡， 然后回家。利用餐厅脚本可以回答：张三吃饭 了吗？张三付饭钱了吗？等问题。

表示一元关系：一元关系通常可以用一元谓词 P(x)表示，通常描述事物或概念的性质或属性。 结点1-表示实体，结点2-表示属性，弧表示语 义关系。如“鱼会游泳”表示为下图。
鱼
会
游泳
用语义网络表示知识
表示二元关系：二元关系通常可以用二元谓词 P(x,y)表示，其中x,y为实体，P为语义关系， 即x,y为语义基元的两个结点，P为弧。 例：用语义网络表示： 动物能运动，会吃。 鸟是一种动物，有翅膀会飞。 鱼是一种动物，生活在水中，会游泳。
语义网络



语义网络把知识表示为一种图，结点表示事实 或概念，弧对应于概念间的关系和关联。 语义网络中结点和弧必须带有标识，用来说明 它所代表的实体或语义。 最基本的语义单元称为语义单元为语义基元。 语义基元一般用三元组（结点1，弧，结点2） 表示。例如：鸵鸟是一种鸟
鸵鸟
是一种
鸟
语义网络

北京
居中
郑州
边界2
位置关系
用语义网络表示知识


用语义网络表示情况、事件和动作时，可以通 过增加情况、事件和动作结点来实现。 例：用语义网络表示，小燕子这只燕子从春天 到秋天占有一个巢。
小燕子
是一只
燕子 巢
是一种
鸟 鸟窝
占有
是一种
用语义网络表示知识
小燕子
占有者 是一只
燕子 巢 春天 秋天
是一种
鸟 鸟窝 时间
面向对象表示法

对象 类 特性：
– – –
封装性 继承性 多态性

SMALLTALK（Xerox公司）
概念图


概念图是一种有限、连接、二部图。其结点要 么是概念；要么是概念关系。 为了区别概念和概念关系，概念使用矩形，概 念关系表示为椭圆。
狗
颜色
黑色
本章小结-知识

主题-知识的表示
–
脚本的结构

进入条件：指出事件发生的前提条件。 角色：描述事件中可能出现的人物。 道具：描述事件可能出现的有关物体。 场景：描述事件发生的顺序。一个事件可由多 个场景组成，每个场景可以是其他脚本。 结果：给出脚本描述事件发生后产生的结果。
夏克的餐厅脚本



脚本：餐厅 进入条件：顾客饿了、需要进餐、顾客有钱。 角色：顾客、服务员、厨师、老板。 道具：食品、桌子、菜单、钱。 场景：
知识表示
语义网络表示法 其他表示方法
语义网络表示法

语义网络 知识表示的基本方法 语义网络的推理过程 语义网络表示法的特征
语义网络


1968年奎廉(J.R.Quillian)在研究人类联想记 忆时提出的一种心理学模型，基点是记忆由概 念间的联系实现的。 1972年西蒙(H.A.Simon)将其用于自然语言理 解系统。
–
第一场：进入餐厅

顾客进入餐厅； 寻找桌子； 在桌子旁坐下。
夏克的餐厅脚本
–
第二场：点菜

服务员给顾客菜单； 顾客点菜； 顾客把菜单还给服务员； 顾客等待服务员送菜。 服务员告诉厨师顾客点的菜； 厨师做菜，顾客等待。
–
第三场：等待

夏克的餐厅脚本
–
第四场：吃

厨师把做好的菜给服务员； 服务员把菜送给顾客； 顾客吃菜。 服务员拿来帐单； 顾客付钱给服务员； 顾客离开餐厅。
Have 鸟 飞 Can
基本语义关系

时间关系：指不同事件在其发生时间方面的先 后次序关系。常用的时间关系有： – Before:”在前”。 – After:”在后”，如“澳门回归在香港回归 之后”。
澳门回归 香港回归
After
基本语义关系

位置关系：指不同事物在位置方面的关系。常 用的位置关系有： – Locate on:“在上面” – Locate at:“在” – Locate under:“在下面” – Locate inside: “在内” – Locate outside:“在外”
用语义网络表示知识
GS
F
学生
是
背诵
是 主体
唐诗
是 客体
g
∀
s
r
p
语义网络的推理

用语义网络表示知识的问题求解系统称为语义 网络系统。其一般由两部分组成：
–
–
由语义网络构成的知识库 用于求解问题的控制程序或推理机
语义网络的推理

其推理是通过匹配实现的，主要过程为：
– – –
根据待求解问题的要求构造一个网络片段，其中有 些结点或弧的标识是空的，反映待求解问题。 用此网络片段到知识库中寻找可匹配的网络，以找 到所需信息。 当问题的语义网络片段与知识库中的某个语义网络 片段匹配时，则与询问处匹配的事实就是问题的解。

Baidu Nhomakorabea
缺点
– –
其它表示方法

脚本表示法 过程表示法 面向对象表示法 概念图表示
脚本表示方法


1975年夏克(R.C.Schank)根据他的概念依赖 理论提出的一种知识表示方法。 其基本思想是把人类生活中各类故事情节的基 本概念抽取出来，构成一组原子概念，确定这 些原子概念间的依赖关系，然后把所有故事情 节都用这组原子概念及其依赖关系表示出来。
–
知识表示：对知识的一种描述，即用一些约定的符 号，把知识编成一组计算机可以接受的数据结构。 知识表示的要求：表示能力、可利用性、可维 护性、可实现性和自然性。 知识表示观点：过程性观点，描述性观点。
本章小结-知识表示方法





谓词逻辑表示法 产生式表示法 框架表示法 语义网络表示法 脚本表示法 过程表示法 面向对象表示法 概念图
知识：知识是经过裁减、塑造、解释、选择和转换 了的信息。是人类在改造客观世界的实践中积累起 来的认识和经验。

什么是知识？ 知识的属性：真假性和相对性，确定性和不确定性，矛 盾性和相容性，可表示性和可利用性。 知识的分类：确定性知识，不确定性知识；事实性知识， 过程性知识，控制性知识
本章小结-知识表示
脚本表示法的特点

脚本是框架的一种特例。 利于表达预先构思好的特定知识，如理解故事 情节等非常有效。 比较呆板，能力有限，表现力不强。
过程表示法



前面介绍的知识表示方法均为陈述性表示，其 强调的知识的静态，利用知识则需要控制策略 来实现。 过程知识表示与之不同的是，将知识和如何使 用知识的方法隐式的表示为一个求解问题的过 程。 过程表示依赖具体问题，所以没有固定的表示 形式。