知识表示-语义网络

知识表示Knowledge representation

什么是知识？

•①Feigenbaum：知识是经过消减、塑造、解释、选择和转换的信息。

•知识是信息进行加工、整理、解释、挑选和改造，形成对客观世界的规律性认识。

•知识是对信息进行智能性加工所形成的对客观世界规律性的认识。（什么是信息）

•②有关信息关联在一起所形成的信息结构称为知识（如果……，则……）

•③Hayes-roth：知识=事实十信念十启发式。

•④Bernstein：知识是由特定领域的描述、关系和过程组成的。

知识的属性和分类•知识的属性

（1）真假性与相对性

（2）不完备性、不确定性与模糊性（3）矛盾性和相容性（）

（4）可表示性与可利用性

•知识的分类

•表示的问题

什么是知识表示

•所谓知识表示实际上就是对知识的一种描述，即用一些约定的符号把知识编码成一组计算机可以接受的数据结构。所谓知识表示过程就是把知识编码成某种数据结构的过程。一般来说，同一知识可以有多种不同的表示形式，而不同表示形式所产生的效果又可能不一样。•知识表示是研究用机器表示知识的可行性、有效性的一般方法，是一种数据结构与控制结构的统一体，既要考虑知识的存储又考虑知识的使用。

总之，人工智能问题的求解是以知识表示

为基础的。如何将已获得的有关知识以计

算机内部代码形式加以合理地描述、存储、有效地利用便是表示应解决的问题。

• 挑战：在AI系统中，给出一个清晰简洁的描

述是很困难的。有研究报道认为。严格地说AI 对知识表示的认真、系统的研究才刚刚开始。

知识和知识表示

知识原则

里南（D.B.Lenat）和费根鲍姆（E.A.Feigenbaum）于IJCAI-10(第十届国际人工智能会议)提出了所谓的知识原则：

一个系统展示高级的智能理解和行为，主要是因为拥有应用领域特有的知识：概念、事实、表示、方法、模型、隐喻和启发式。这里，"特有"这一词很重要，因为应用领域中有效地求解问题主要靠该领域特有的知识。系统（智能体）用于解决问题的知识中只有一小部分是普通知识，如状态空间搜索方法、推理控制策略等。

•这些知识虽能应用于多个领域，但作用微弱，仅靠它们不能为问题求解提供足够的约束。足够的约束主要来自特别知识（应用领域特有的概念、事实、表示、方法和模型）。系统拥有的知识和其性能（问题求解能力和效率）的关系可以表示为二维曲线，图中 W，C，E称为知识的门槛（使能，胜任，全能）。

结论

•一个智能系统的智能性很大程度上取决于知识的数量及其可利用程度，该系统的可利用知识越多，其智能性就可能越高。要用计算机模拟人类智能，就必须使它具有知识，即必须把所需知识用适当的形式表示出来并存放到计算机中。AI的任务受到计算装置的约束。这导致了所采用的“表示”必须同时满足“刻画现象”与“计算装置可以接受”，这两个有时是矛盾的条件。

知识表示的作用

•知识表示在人工智能体的建造中起到关键的作用。可以说，正是以适当的方式表示了知识，才导致智能体展示出智能行为。从某种意义上讲，表示可视为数据（符号）结构及其处理机制的综合：

•知识表示 =数据（符号）结构十处理机制

•其中，恰当的数据结构用于存储要解决的问题、可能的中间解答和最终解答以及解决问题涉及之世界的描述。

然而，仅有符号结构并不能体现出系统具有知识，因为符号结构本身并不构成意义，只有对其作适当的处理才构成意义。

符号结构须满足两个主要特性：

（1）知识表示隐含地要求符号结构能以真值理论来解释。符号结构本身不必是命题形式，但我们作为KB系统的外部观察者，能把它们解释为命题而加以理解。

（2）在KB系统的行为中起经验性关联作用。这种作用与我们将符号结构理解为表示知识的命题是一致的，从而能把系统的智能行为归因为是系统具有某种表示于符号结构中的知识。

知识表示的性能

•1、表示的充分性

–表示的充分性意指作重要区分和避免不必要区分的能力。

•知识表示能力包括以下三个方面：一是知识表示范围的广泛性；二是领域知识表示的高效性；*三是对非确定性知识表示的支持程度。

知识表示的性能

•2、表示法效用

–表示知识的元素和处理这些元素的操作应能有

效地支持使用知识的推理活动。

–（1）概念效率。指知识表示方式应能有利于

知识库以自然的方式吸收随意的新知识，新知

识的加入和老知识的更新不会引起知识库发生

大的变化（知识的可维护性）。为提高概念效

率，要求表示知识的符号结构（元素及元素的

组合）具有语义清晰、一致和简洁的特点，并

易于修改。

也即要求知识具有自然性与可理解性。

–2）计算效率。主要指推理的有效性，如推理的速度、结论的正确性和有效性等。

–与此有关的是知识的可实现性。

•另外还要考虑：

–表示是否自然

–知识和元知识能否用统一的形式表示–是否能加入启发信息

–知识库维护上的简易性

•总结

基本的知识表示方式•常见的知识表示方式可以归纳为三类：一阶谓词逻辑、产生式表示、结构化表示。

谓词逻辑表示的特性

逻辑知识表示的主要特点是建立在某种形式逻辑的基础上，并利用了逻辑方法研究推理的规律，即条件与结论之间的蕴含关系。逻辑表示法的主要优点如下。

（1）自然

一阶谓词逻辑是一种接近于自然语言的形式语言系统，谓词逻辑表示法接近于人们对问题的直观理解，易于被人们接受。

（2）明确

逻辑表示法对如何由简单陈述句构造复杂陈述句的方法有明确规定，如连接词、量词的用法与含义等。对于用逻辑表示法表示的知识，人们都可以按照一种标准的方法去解释它，因此用这种方法表示的知识明确、易于理解。