人工智能与知识工程-知识表示3

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2.5.1语义网络的基本概念(续)
语义网络：是一种用结点和弧来表达实体之间语义关系的 有向图，是知识的一种结构化图解表示。 其中结点: 实体、事物、概念、属性、事件，情况等 弧线用于表示结点间的语义关系������ ������ 语义网络的组成 词法部分：决定表示词汇表中允许哪些符号，这涉及各个 节点和弧线。 结构部分：叙述符号排列的约束条件，指定各弧线连接的 节点对。 过程部分：说明访问过程，这些过程能用来建立和修正描 述以及回答相关问题。 语义部分：确定与描述相关的（联想）意义的方法即确定 有关节点的排列及其占有物和对应弧线
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2.6.2框架和实例框架（续）

框架名：<硕士学籍> 公修课：<硕公修课(C1)> 专业课：<硕专业课(C2)> 学术活动：时间安排：单位（学期号） 活动形式：范围（参加会议，学术考察） 默认：参加会议 获学分C3：单位（整型数） 默认：C3=0 教学实践：时间安排：单位（学期号） 实践形式：范围(讲课，辅导) 默认：辅导 条件：C=C1+C2+C3+…<=35

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2.5.1语义网络的基本概念(续)



从功能上说，语义网络可以描述任何事物间的任意 复杂关系。从一些基本的语义关系组合成任意复杂 的语义关系是可行的。 基本的语义关系 类属关系 包含关系 属性关系 位置关系 相近关系 推论关系
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基本的语义关系
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。 它体现的是“具体与抽象”、“个体与集体”的概 念。类属关系的一个最主要特征是属性的继承性， 处在具体层的结点可以继承抽象层结点的所有属性。 A-Kind-of(子集) A-Member-of Is-a
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2.6.2框架和实例框架（续）
实例框架：把具体信息填入其槽或侧面。 框架名：<硕士学籍-1> 公修课：<硕公修课(C1)> 专业课：<硕专业课(C2)> 学术活动：时间安排：7 活动形式：参加会议 获学分C3：2 教学实践：时间安排：8 实践形式：辅导

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2.6.3框架系统



框架系统：多个相互联系的框架组织起来就 形成了框架系统。 基本结构：横向或纵向联系 横向联系：一个框架的槽值或侧面值是另外 一个框架的名字，即对另一个框架的调用。 纵向联系：具有继承关系的框架之间构成纵 向联系。

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基本的语义关系（续）
推论关系 指从一个概念推出另一个概念的语义关系。 在实际的应用中可选择以上通用的基本语义 关系，也可根据具体实体关系来自己定义新 的关系。

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2.5.2语义网络的知识表示方法
一元关系的语义网络表示
是指用一元谓词P (x)表示的关系 二元关系的语义网络表示 是指用二元谓词P (x, y)表示的关系 多元关系的语义网络表示 是指用多元谓词P (x1, x2, …)表示的关系
2.5.1
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2.5.1语义网络的基本概念
语义网络是J.R.Quillian 1968年在研究人类联想记 忆时提出的一种心理学模型，他认为记忆是由概念 间的联系实现的。随后，J.R.Quillian又把它用作 知识表示。 1972年，西蒙在他的自然语言理解系统中也采用 了语义网络表示法。 1975年，G .G .Hendrix 又对全称量词的表示提出 了语义网络分区技术。 目前，语义网络已经成为人工智能中应用较多的一 种知识表示方法，尤其是在自然语言处理方面的应 用。
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2.6框架表示法
2.6.1 框架理论 2.6.2 框架和实例框架 2.6.3 框架系统 2.6.4 框架系统的问题求解过程

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2.6.1框架理论
1975年，Minsky根据人们在理解情景、故事时提出的心理 学模型，在论文“A Framework for representing knowledge”中提出了框架理论，尽管只是思想方法而非具 体实现，但还是引起了学术界的重视。 框架理论： 人们对现实世界各种事物的认识都是以一种类似于框架的 结构存储在记忆中的。 当遇到新事物时，就从记忆中找出一个合适的框架，并根 据新的情况对其加以修改、补充，从而形成对这个新事物 的认识，称为实例框架 框架是知识的基本单位，一组相关框架连接起来便可形成 一个框架系统。
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多元关系的语义网络表示（续）

小燕子这只燕子从春天到秋天占有一个巢 OCCUPATION (小燕子,燕子,春天,秋天,巢)
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多元关系的语义网络表示（续）

例：海浪把战舰轻轻的摇。
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多元关系的语义网络表示（续）
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多元关系的语义网络表示（续）
同一命题可以按知识的详细程度及范围选择 不同的结点类型和个数，构成不同的语义网 络结构。 在选择结点时，要弄清结点是用于表示基本 的物体或概念的，或是用于其它目的的动作、 情况、事件等用于联系或扩大知识范围的结 点。 适当的选用能够合并多个子网，扩大知识范 围的结点，使问题简化。

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继承

例：已知事实：李华的汽车是红色的。 通过结点关系可知，李华的汽车继承了所有 汽车具有的属性。
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继承（续）
三种继承过程: (1) 值继承: ISA链, A-Kind-Of链 (2) “如果需要”继承: 在不知道槽值时, 可 以利用已知信息计算 例: 根据体积和物质的密度计算积木的重量。 (3) “缺省”继承: 当对事物所作的假设不是 十分有把握时, 最好对所作的假设加上“可 能”这样的字眼。宝石可能是很昂贵的，但 不一定是。把这种具有相当程度的真实性， 但又不能十分肯定的值称为“缺省”值。
2知识表示方法

2.1 知识与知识表示的概念 2.2 状态空间法 2.3 问题规约法 2.4 谓词逻辑法 2.5 语义网络法


2.6 框架表示法
2.7 剧本表示法 2.8 过程表示法 2.9 面向对象表示法 2.10 小结
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2.5语义网络法
语义网络的基本概念 2.5.2 语义网络的知识表示方法 2.5.3 语义网络的推理过程 2.5.4 语义网络的特点

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2.6.2框架和实例框架
框架是由若干结点和关系（统称为槽）构成的网络，是语义网络一般 化的形式，与后者没有本质的差别。它是表示某一类情景的结构化的 一种数据结构，框架的最顶层是固定的一类事物，基于概念的抽象程 度表现出自上而下的分层结构。框架由框架名和一些槽组成，每个槽 可以拥有若干个侧面，而每个侧面又可以拥有若干个值 。 框架的基本结构 <框架名> <槽1> <侧面11> <值111>… <侧面名12> <值121>… <槽2> <侧面21> <值211>… … <槽n> <侧面n1> <值n11>… <侧面nm> <值nm1>… 约束：约束条件1 约束条件2 … 约束条件n

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多元关系的语义网络表示（续）
表示方法：通过增加关系结点、动作结点、事件结 点或情况结点等的方法把多元关系转化为多个二元 关系。 例：常河给了江涛一张磁盘 GIVE (常河, 江涛, 一张磁盘) 常河、江涛、一张磁盘之间找不到一个可以把三者 都联系起来的关系或实体。 考虑增加结点使得各实体与此结点都能建立联系， 形成网络：动作结点（给）或事件结点（给予事件）

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2.5.1语义网络的基本概念(续)
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2.5.1语义网络的基本概念(续)
例：所有的燕子都是鸟。 小燕是一只燕子。 鸟有翅膀。
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2.5.1语义网络的基本概念(续)
语义网络与谓词逻辑有相似的表示能力。 （结点1，弧，结点2） Ｐ（个体1, 个体2） 一个语义基元相当于一个二元谓词。谓词逻辑中的 个体也就是语义网络中关心的实体。 弧及其上的关系相关于谓词Ｐ的意义。 例：以上例子的谓词表示 Color (snow, white) Age (Li Lee, 22) ISKINDOF (燕子，鸟) Bird(燕子)

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基本的语义关系（续）
包含关系（聚类关系） 指具有组织中结构特征的“部分与整体”之 间的关系。 Part-of

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基本的语义关系（续）
属性关系 指事物和其属性之间的关系,如具有某种属性， 有某种能力等。 Have Can

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基本的语义关系（续）
时间关系 指不同事件在其发生时间方面的先后次序关 系。 Before After

例：我椅子的颜色是咖啡色的；椅子包套是 皮革；椅子是一种家具；椅子的所有者是； X是个人。
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多元关系的语义网络表示
多元关系 1. 常河给了江涛一张磁盘 GIVE (常河, 江涛, 一张磁盘) 2. 北京大学和清华大学两校篮球队在北大进 行的一场比赛的比分是85比89。 GAME (北京大学,清华大学,北京大学, 85:89) 3. 小燕子这只燕子从春天到秋天占有一个巢 OCCUPATION (小燕子,春天,秋天,巢)

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匹配


对于针对语义网中的某个或某些概念提出的问题， 通过语义网络的匹配来回答。 何时，何地，做什么，谁做，x是什么，什么是x， x的原因，x的目的， 求证等。 匹配主要过程为： 根据问题的要求构造网络片断，该网络片断中有些 结点或弧为空，标记待求解的问题； 根据该语义片断在知识库中寻找相应的信息； 当待求解的语义网络片断和知识库中的语义网络片 断相匹配时，则与询问处（也就是待求解的地方） 相匹配的事实就是问题的解。

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多元关系的语义网络表示（续）

带动作结点的语义网络表示方法
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多元关系的语义网络表示（续）

带事件结点的语义网络表示方法
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多元关系的语义网络表示（续）

北京大学和清华大学两校篮球队在北大进行 的一场比赛的比分是85比89。 添加事件结点BGTB表示这场特定的比赛， 将有关比赛的信息联系起来

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基本的语义关系（续）
位置关系 指不同事物在物理位置方面的关系。 Located-at Located-on Located-under Located-inside Located-outside

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基本的语义关系（续）
相近关系 相近关系是指不同事物在形状、内容等方面 相似和接近。 Similar-to Near-to

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多元关系的语义网络表示（续）

例： 我的汽车是红色的。 李华的汽车是绿色的。
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2.5.3语义网络的推理过程
符号规定: 值结点: 链尾部的节点称为值结点。 槽: 将结点的链称为槽. 语义网络的推理过程是通过继承和匹配实现的，问 题求解时，先构造由语义网络组成的知识库和语义 网络推理机，再根据待求问题的要求构造一个网络 片断，然后依此网络片断到知识库找可匹配的网络， 如果匹配，所匹配的事实就是问题的解。 继承：是指把对事物的描述从概念结点或类结点传 递到实例结点。 匹配：就是在知识库的语义网络中寻找与待求解问 题相符的语义网络模式。
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一元关系的语义网络表示
一元关系：实体的性质、属性等 STUDENT(Li Ming) FLY(Bird) SHINE(sun) 表示方法：用结点1表示实体，用结点2表示 实体的性质或属性等，用弧表示结点1和结 点2之间的语义关系。

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二元关系的语义网络表示
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二元关系的语义网络表示（续）
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匹配（续）

例：海浪把战舰轻轻地摇 海浪在轻轻摇什么？ 怎么摇动？ 摇动是什么意思？
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匹配（续）
例：海浪在轻轻摇什么？ 问题语义网络表示：
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匹配（续）
匹配的语义网络片段
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2.5.4语义网络的特点



(1) 能把实体的结构、属性与实体间的因果关系显式地和简 明地表达出来，与实体相关的事实、特征和关系可以通过 相应的节点弧线推导出来。这样便以联想方式实现对系统 的解释。 (2) 由于与概念相关的属性和联系被组织在一个相应的节点 中，因而使概念易于受访和学习。 (3) 表现问题更加直观，更易于理解，适于知识工程师与领 域专家沟通。 (4) 语义网络结构的语义解释依赖于该结构的推理过程而没 有结构的约定，因而得到的推理不能保证像谓词逻辑法那 样有效。 (5) 节点间的联系可能是线状、树状或网状的，甚至是递归 状的结构，使相应的知识存储和检索可能需要比较复杂的 过程。