知识表示技术(PPT 61页)

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逻辑关系。而这些容易问题还有 等价问题(更易可) 能等价变换为若干更容易的问
题,如此下去,可形成问题变换 的“或”树。
“与/或”图表示方法的概念
在实际问题求解过程中,常常是兼用“分解” 和“变换”方法, 因而可用“与”树和“或” 树相结合的图——“与/或”树。
“与”树
“或”树
§2.4 产生式规则表示法
1.谓词和个体变量 几个术语:
个体域:个体变元的变化范围,可以是有限的,也可
以是无限的。
谓词的元数:个体变元的数目。一元谓词,多元谓词。 谓词赋值:将P赋予确定的含义,xi代表确定的个体。 谓词的真值:真、假。
一、谓词逻辑的一些概念
2.联结词 在谓词逻辑中,P(x1, x2, … xi, … xn)叫原子谓词公 式(简称谓词公式),用P(x)表示。 原子公式可以通过“联结词”构成谓词合式公式。 在谓词逻辑中定义了五种联结词:
“与/或”图表示方法的概念
“与/或”图通常为树图的形式,也称为“与/或” 树。 它2.基变于换人:们“在或求”解树问题时将的较两难的种问思题维变方换法为:较易的等价
或等效的问题。若一个难问题可 原始问题(难) 以等价变换为几个容易问题,则
任何一个容易问题解决了,也就 等价问题(易) 解决了原有的难问题,这是“或”
S:所有可能的问题初始状态集合; F:操作集合; G:目标状态集合。 所以状态空间常记为三元状态〈S,F,G〉。
一、基本概念
3.状态空间
在状态空间表示法中,问题求解过程转化为在图 中寻找从初始状态Qs出发到达目标状态Qg的路径
问题,也就是寻找操作序列α的问题。
所以,状态空间中的解可用三元组〈Qs,α, Qg〉 表示,它包含三个方面的说明:
三、产生式系统
用产生式规则表示知识所构成的系统称产生式 系统,或称基于规则的系统。
三、产生式系统
1.产生式系统求解问题的基本方法
产生式系统(或基于规则的系统)是用规则序 列的形式来描述问题的思维过程,形成求解问 题的知识模型。
模型中的每一条规则称为一个产生式,规则用 字符串表示。
问题求解过程:根据初始数据,在上下文(或 称当前数据库)中,搜索可匹配的产生式,并 将结论写入上下文;再根据改变后的上下文, 重新搜索匹配,最终求得问题的解。
三、知识表示方法的评价标准
评估原则如下: 1.有效性:能准确、有效地表示问题域内的所有类型
知识,可实现问题的有效求解。
2.可扩展性:能方便地进行知识检查、增删或修改,
并对整个知识库不产生或少产生直接影响。
3.可理解性:能自然地描述问题域内的所有知识,并
符合人类的思维规律,便于理解。
4.清晰性:知识表示形式和知识库结构简单。
一、知识与知识分类
知识的分类方法很多,主要有三种:
2.按知识的层次分:
领域 知识
元知识
零级知识:最基本层的知识,包括问题域内的事实、属性、
定理、定义等,属问题求解的常识性和原理性知识。
一级知识:第二层知识,启发式知识。可弥补零级知识的不
足,提高求解效率。
二级知识:第三层知识,控制性知识。对低层知识起指导作
二、状态空间表示法示例
翻动钱币的操作可以抽象为改变上述状态的算子, 共有3个,即 F={f1,f2,f3} 其中 f1:把钱币q1翻转一次;
f2:把钱币q2翻转一次; f3:把钱币q3翻转一次。
二、状态空间表示法示例
问题的状态空间可写成
〈{Q6},{f1,f2,f3},{Q1,Q8}〉。
状态空间如图所示: 可见:从Q6不可能
因此,知识表示方法对问题求解是至关重要的, 甚至在有些问题中,智能主要表现在寻找适当的 知识表示上,一旦找到了适当的知识表示方法, 问题也就基本解决了。
三、知识表示方法的评价标准
对一个具体问题域的知识描述,往往可以有多种 等效的知识表示方法。各种知识表示形式在具体 问题求解过程中所表现的效能是有差异的,有必 要根据它们在问题的知识处理过程中控制知识运 用的要求,作为评估原则去衡量所选择的知识表 示方法的适用度,以便能择优表示。
大型AI系统有效性降低:
产生式系统的强模块性,使得规则间信息传递依赖 于上下文的数据,而不能直接调用其他规则,因此 求解陷于大量的规则检索、匹配和操作,不能对执 行优化序列或优化回溯控制作出明显反应。
§2.5 谓词逻辑表示法
一、谓词逻辑的一些概念
1.谓词和个体变量 谓词逻辑是一种用句子的内部结构(主语、谓词) 为基本符号来研究人的思维规律的数理逻辑。 如“张比王小”,用谓词表示为Little(Zhang, Wang)。 Little是谓词名(可以是一个字母); Zhang、Wang是主语或个体(次序不能颠倒)。
一、谓词逻辑的一些概念
(1)否定联结词乛:用来否定原来的谓词。如“乛P”表示P 的否定,即“非P”。
(2)合取联结词∧:用来表示并列的复合句子。如“P∧Q” 表示P和Q的合取,即“P与Q”。
(3)析取联结词∨:用来表示可兼有的或。如 “P∨Q”表示 P和Q的析取,即“P或Q”。
§2.2 状态空间表示法
一、基本概念
1.状态 所谓状态就是描述某一类事物中各个不同事物之 间的差异而引入的最少的一组变量的有序集合。 它常表示成矢量形式:
Q[q0,q1,q2, ]T
其中的每个元素qi(i=0,1,2,…)叫分量。
状态的维数可以是有限的,也可以是无限的。 给定每个分量的值qik,就得到一个具体的状态:
三、产生式系统
2.产生式系统的组成
数据库:用于存放用户提供的初始状态、问题 域内对象的性质和属性等事实及求解过程中产 生的中间结果数据。
知识库:用于存放问题域内的知识,所有知识 用产生式规则表示。
推理机:又称控制系统或控制策略器。负责如 何来运用规则库中的规则与事实匹配,当求解 过程中出现多个结论或找不到满意结论时,如 何为解决冲突问题提供控制策略。
Q k[q 0k,q 1 k,q 2k, ]T
一、基本概念
2.操作 引起状态中的某些分量发生改变,从而使问题由 一个具体状态变化到另一个状态的作用叫操作。 操作可以是一个走步、过程、规则、数学算子、 运算符号或逻辑符号等。 操作描述了状态之间的关系。
一、基本概念
3.状态空间
问题的状态空间是一个表示该问题的全部可能的 状态及其相互关系的图。 一般是一个赋值有向图,包含三个方面的说明:
一、产生式规则
产生式规则是根据客观世界中各客体之间存在依 赖关系的实质而提出的。 在客观世界中,各客体之间具有互相存在的因果 关系,如:
如果现在下雨,就穿雨衣。 如果是运算放大器,就可进行信号运算。 如果差动保护正确动作,则是变压器内部故障。
这些句子表示的是状态—动作对,或前提(条 件)—结论(行动)对,可以用产生式规则表示。
二、知识表示与知识表示方法
所谓知识表示,就是研究在机器中如何用最合适的形式对 知识进行描述,使知识形式化、模型化,以便在机器中存 储和使用知识。 对于人们习惯的知识表示形式(如自然语言表示),机器 不一定能接受,所以必须把人类知识变换成一定形式的机 器内部的知识模型,为机器所接受。 由于对人类大脑中知识形成和知识结构的机制还没有全部 研究清楚,因此没有通用的知识表示形式。目前,人们针 对不同问题、不同领域,研究出多种知识表示方法。
三、产生式系统
3.产生式系统的优点
自然性:产生式规则结构接近于人的思维和自然推理
形式,易于理解。
能有效表达启发式(浅层)知识:可根据人的经
验程度、数据可靠程度,给出可信度因子,便于实现不 精确推理。
模块性强:规则库对推理机具有相对独立性,产生式
规则间的联系一般是通过上下文的数据结构,而不是规 则的互相直接调用。因此规则库中规则的增删、修改, 不会对知识库维护产生大的影响。
为解这个问题,应首先将它形式化。
设钱币正面为0,反面为1,引入一个三元数组 Q= (q1,q2,q3)来描述这三枚钱币的总状态。 全部可能的状态有8种: Q1=(0,0,0);Q2=(0,0,1);Q3=(0,1,0); Q4=(0,1,1);Q5=(1,0,0);Q6=(1,0,1); Q7=(1,1,0);Q8=(1,1,1)。
用,组织和运用零级和一级知识。
高层次知识:如回忆、综合、概括、抽象等,它们反映人的
心理特征。
一、知识与知识分类
知识的分类方法很多,主要有三种:
3.按知识的来源分:
共性知识:指问题域内有关事物、属性、概念、定义、 定理、原理、理论、算法等的知识,它们来自教科书 和刊物,并已为领域专业人员所承认和接受。它描述 问题的细节,确保问题解的精确性,属深层知识。 个性知识:来自现场有经验的专业人员,包括大量的 经验知识或启发式知识。它描述问题的轮廓,知识严 格性差,属浅层(表层)知识。
Qs:表示某个初始状态; Qg:表示某个目标状态; α:把Qs变换成Qg的有限的操作序列。
二、状态空间表示法示例
三枚钱币问题: 设有三枚钱币,处在 “反、正、反” 状态,每 次只允许翻动一枚钱币(但不允许一枚都不翻)。 问连翻三次后,是否可以出现 “正、正、正” 或“反、反、反” 状态?
二、状态空间表示法示例
清晰性:规则库规则格式单一,层次清晰,便于知识
正确性和一致性检查,推理机设计也易于实现。
三、产生式系统
4.产生式系统的缺点
透明度差:
虽然其局部每一规则易理解,但因其独立性,因此 难于作完整的原理性解释。
表达能力受限:
由于规则格式单一,对复杂知识、不确定推理的表 达显得能力不足和呆板不灵活。
一、产生式规则
产生式规则的格式为 如果(IF), 则(THEN); 前提(条件), 结论(行动)。
前提可以是一个,也可以是几个,而结论一般 只有一个。
二、产生式规则表示法
用产生式规则形式表示知识的方法叫知识的产生 式规则表示法。 如前面的句子可表示成:
clothed (rain_proof) :- it_is (raining). operate (signals) :- amplifier_is (operated). transformer (internal_fault) :- action (differntial_protection).
第二章 知识表示技术
§2.1 知识表示的基本问题
一、知识与知识分类
什么是知识? 从认识论的角度来看,知识就是人类认识自然界 (包括社会和人)的精神产物,是人类进行智能 活动的基础。
一、知识与知识Biblioteka Baidu类
知识的分类方法很多,主要有三种: 1.按知识的性质分:
叙述性知识:表示问题的状态、概念、条件、事实的 知识。 过程性知识:表示问题求解过程中用到的各种操作、 演算和行动等的知识。 控制性知识:表示问题求解过程中决定选用哪种操作、 演算和行动等的知识。
一、谓词逻辑的一些概念
1.谓词和个体变量 谓词逻辑的一般形式为
P(x1, x2, … xi, … xn), i=1, 2, …, n 其中 P 称为谓词,用来刻划个体的性质或关系;
xi 称为个体变量(又称变元),它表示独立 存在的事物,可以是一个抽象的概念,也可以是 一个具体的事物。
一、谓词逻辑的一些概念
Q1 000
f1
Q5 100
f3
f2
经过三步到达Q1, 即不存在从Q6到达 Q1的解。但从Q6到 达Q8的解有7个。
Q2 0 0 1
f1
Q6 1 0 1
f3
f2
f2 f3
1 1 0 Q7
f1
0 1 0 Q3
f2
f3
111 Q8
f1
011 Q4
§2.3 “与/或”图表示法
“与/或”图表示方法的概念
二、知识表示与知识表示方法
常用的知识表示方法有: 1.产生式规则表示法 2.状态空间表示法 3.语义网络表示法 4.框架表示法 5.逻辑表示法 6.“与/或”图表示法
二、知识表示与知识表示方法
对一个具体问题,可有不同的表示方法。采用不 同的表示方法,问题求解的难易程度是不一样的。 选择一个合适的知识表示方法,有利于知识的存 储和运用,使问题求解变得容易。
“与/或”图通常为树图的形式,也称为“与/或” 树。 它1.基分于解人:们“在与求”解树问题时的两种思维方法:
将复杂的大问题分解为一组简单的 小问题,将总问题分解为子问题。 若所有子问题都解决了,则总问题 子问题(简单)也解决了,这是“与”的逻辑关系。 子子问题 而子问题又可分为子子问题。如此 (更简单) 类推,可以形成问题分解的树图, 称为“与”树。
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