1、第三章知識(shí)表示與推理3.1 從AI符號(hào)主義說起3.2 基于知識(shí)的表示方法3.3 知識(shí)圖譜與知識(shí)庫習(xí)題3.4 實(shí)驗(yàn)：構(gòu)建基于知識(shí)圖譜的問答程序3.1 從AI符號(hào)主義說起 第三章 知識(shí)表示和推理3.1.1 命題邏輯1、命題 可以判斷真假的陳述句稱為命題。2、原子命題 表達(dá)單一意義的命題叫做原子命題,記為p,q,r.。3、復(fù)合命題 原子命題通過命題連接詞：（與）、（或）、（非）、（蘊(yùn)含）、（等值）連接得到的命題稱為復(fù)合命題。記為：，.。3.1 從AI符號(hào)主義說起 第三章 知識(shí)表示和推理3.1.1 命題邏輯4、命題連接詞 （1）否定聯(lián)結(jié)詞。3.1 從AI符號(hào)主義說起 第三章 知識(shí)表示和推理3.1.1

2、命題邏輯4、命題連接詞 （2）邏輯與聯(lián)結(jié)詞。3.1 從AI符號(hào)主義說起 第三章 知識(shí)表示和推理3.1.1 命題邏輯4、命題連接詞 （3）邏輯或聯(lián)結(jié)詞。3.1 從AI符號(hào)主義說起 第三章 知識(shí)表示和推理3.1.1 命題邏輯4、命題連接詞 （4）蘊(yùn)涵聯(lián)結(jié)詞。 （5）等價(jià)聯(lián)結(jié)詞。3.1 從AI符號(hào)主義說起 第三章 知識(shí)表示和推理3.1.2 一階謂詞邏輯1、個(gè)體和謂詞 一階謂詞邏輯是命題邏輯的擴(kuò)充和發(fā)展，它將原子命題分解為個(gè)體詞和謂詞，記為： P(x1,x2,xn) P稱為謂詞； xi稱為個(gè)體； n為個(gè)體數(shù)，即謂詞的元，當(dāng)n=1時(shí)，為一元謂詞，以此類推。 這樣，命題：“張三是大學(xué)生”，“李四是大學(xué)生”

3、可分別表示為如下一階謂詞：大學(xué)生(張三)，大學(xué)生(李四)。 有了一階謂詞可以讓計(jì)算機(jī)用更細(xì)粒度的方法表示命題，從而獲取更多的信息。3.1 從AI符號(hào)主義說起 第三章 知識(shí)表示和推理3.1.2 一階謂詞邏輯2、量詞 為了表示個(gè)體與個(gè)體域之間的包含關(guān)系，在一階謂詞命題里引入了兩個(gè)量詞。 （1）全稱量詞 該量詞作用的范圍為個(gè)體域中的所有個(gè)體或個(gè)體域中的每個(gè)個(gè)體都服從約定的謂詞關(guān)系。用符號(hào)xF(x)表示。 （2）存在量詞 該量詞作用的范圍為個(gè)體域中的部分個(gè)體或個(gè)體域中的某個(gè)個(gè)體服從約定的謂詞關(guān)系。用符號(hào) xF(x)表示。3.1 從AI符號(hào)主義說起 第三章 知識(shí)表示和推理3.1.2 一階謂詞邏輯3、一階

4、謂詞邏輯知識(shí)表示優(yōu)缺點(diǎn) （1）優(yōu)點(diǎn)：自然性：接近自然語言，容易接受。精確性：用于表示精確知識(shí)。嚴(yán)密性：有嚴(yán)格的形式定義和推理規(guī)則。易實(shí)現(xiàn)性：易于轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)內(nèi)部形式。 （2）缺點(diǎn)：無法表示不確定性知識(shí)。難以表示啟發(fā)性知識(shí)及元知識(shí)。組合爆炸。經(jīng)常出現(xiàn)事實(shí)、規(guī)則等的組合爆炸。效率低。推理復(fù)雜度通常較高。3.1 從AI符號(hào)主義說起 第三章 知識(shí)表示和推理3.1.3 產(chǎn)生式系統(tǒng)1、基本思想 產(chǎn)生式規(guī)則通常用于描述事物的一種因果關(guān)系，其基本形式： IF P THEN Q CF=0,1 其中，P是產(chǎn)生式的前提，Q是產(chǎn)生式的結(jié)論或操作，CF (Certainty Factor)為確定性因子，也稱置信度，一階

5、謂詞邏輯中的蘊(yùn)含無法表示。3.1 從AI符號(hào)主義說起 第三章 知識(shí)表示和推理3.1.3 產(chǎn)生式系統(tǒng)2、產(chǎn)生式系統(tǒng)和一階謂詞邏輯之間的關(guān)系 關(guān)聯(lián)：謂詞邏輯中的規(guī)則與產(chǎn)生式的基本形式相似，其蘊(yùn)含式屬于產(chǎn)生式的一種特殊情況。 區(qū)別： （1）謂詞邏輯規(guī)則只能表示精確知識(shí)，其值非“真”即“假”，而產(chǎn)生式不僅可以表示精確知識(shí)，而且還可以表示不精確知識(shí)； （2）用產(chǎn)生式表示知識(shí)的系統(tǒng)中，“事實(shí)”與產(chǎn)生式的“前提”中所規(guī)定的條件進(jìn)行匹配時(shí)，可以是“精確匹配”，也可以是基于相似度的“不精確匹配”，只要相似度落入某個(gè)預(yù)先設(shè)定的范圍內(nèi)，即可認(rèn)為匹配。但對(duì)謂詞邏輯的規(guī)則而言，其匹配必須是精確的。3.1 從AI符號(hào)主義

6、說起 第三章 知識(shí)表示和推理3.1.3 產(chǎn)生式系統(tǒng)3、產(chǎn)生式系統(tǒng)知識(shí)表示優(yōu)缺點(diǎn) （1）優(yōu)點(diǎn)：自然性：使用因果關(guān)系表達(dá)，直觀自然。模塊性：規(guī)則形式相同，易于模塊化管理。有效性：能有效表示確定性知識(shí)、不確定性知識(shí)、啟發(fā)性知識(shí)、過程性知識(shí)等。清晰性：有固定的格式，便于規(guī)則設(shè)計(jì)和一致性、完整性檢測。 （1）缺點(diǎn)：效率不高。規(guī)則庫龐大，匹配費(fèi)時(shí)，求解時(shí)容易引起組合爆炸。缺乏結(jié)構(gòu)性的知識(shí)表達(dá)能力。只能表達(dá)一般因果關(guān)系，對(duì)具有結(jié)構(gòu)化知識(shí)無法通。過規(guī)則表達(dá)關(guān)聯(lián)性。3.1 從AI符號(hào)主義說起 第三章 知識(shí)表示和推理3.1.4 基于符號(hào)主義的知識(shí)表示瓶頸如果一個(gè)人的最終目標(biāo)是強(qiáng)人工智能，邏輯似乎是一種超級(jí)不錯(cuò)的知

7、識(shí)表示。因?yàn)檫壿嬈毡檫m用。原則上來說，相同的表示（相同的邏輯符號(hào)主義）可以用來表示視覺、學(xué)習(xí)和語言等，當(dāng)然也適用于由此產(chǎn)生的任意集成。此外，它提供了很有說服力的定理證明方法，以處理信息。所以，早期人工智能中的知識(shí)表示方式首選謂詞演算。然而，邏輯也有缺點(diǎn)。第一個(gè)缺點(diǎn)包含組合爆炸。第二個(gè)缺點(diǎn)是，一旦某事被證明是真，那它永遠(yuǎn)是真。第三章知識(shí)表示與推理3.1 從AI符號(hào)主義說起3.2 基于知識(shí)的表示方法3.3 知識(shí)圖譜與知識(shí)庫習(xí)題3.4 實(shí)驗(yàn)：構(gòu)建基于知識(shí)圖譜的問答程序3.2 基于知識(shí)的表示方法 第三章 知識(shí)表示和推理3.2.1 人工智能三個(gè)層次3.2 基于知識(shí)的表示方法 第三章 知識(shí)表示和推理3.2

8、.2 知識(shí)1、從數(shù)據(jù)到智慧3.2 基于知識(shí)的表示方法 第三章 知識(shí)表示和推理3.2.2 知識(shí)2、人工智能系統(tǒng)中的知識(shí)定義 知識(shí)=事實(shí)+規(guī)則+控制知識(shí)+元知識(shí)。3、知識(shí)的類別： 按知識(shí)作用范圍分：通識(shí)性知識(shí)、領(lǐng)域性知識(shí)。按知識(shí)作用對(duì)象分：事實(shí)性知識(shí)、過程性知識(shí)、控制性知識(shí)。按確定程度分：確定性知識(shí)、不確定性知識(shí)。按思維認(rèn)知方法分：邏輯知識(shí)、形象知識(shí)。按獲取方法分：顯性知識(shí)、隱性知識(shí)。3.2 基于知識(shí)的表示方法 第三章 知識(shí)表示和推理3.2.3 知識(shí)工程的誕生1、專家系統(tǒng)誕生3.2 基于知識(shí)的表示方法 第三章 知識(shí)表示和推理3.2.3 知識(shí)工程的誕生2、專家系統(tǒng)發(fā)展3.2 基于知識(shí)的表示方法 第三

9、章 知識(shí)表示和推理3.2.4 框架1、基本思想 人們對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中各種事物的認(rèn)識(shí)都是以一種類似于框架的結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)在記憶中。當(dāng)面臨一個(gè)新事物時(shí)，就從記憶中找出一個(gè)合適的框架，并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)其細(xì)節(jié)加以修改、補(bǔ)充，從而形成對(duì)當(dāng)前事物的認(rèn)識(shí)。2、概念及組成 框架：是一種描述對(duì)象 (事物、事件或概念等)屬性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。一個(gè)框架由若干個(gè)“槽” (Slot)結(jié)構(gòu)組成，每個(gè)槽又可分為若干個(gè)“側(cè)面”。一個(gè)槽用于描述所論對(duì)象某一方面的屬性；一個(gè)側(cè)面用于描述相應(yīng)數(shù)學(xué)的一個(gè)方面。槽和側(cè)面所具有的屬性值分別稱為槽值和側(cè)面值。3.2 基于知識(shí)的表示方法 第三章 知識(shí)表示和推理3.2.4 框架3、特點(diǎn) 擅于表示結(jié)構(gòu)化的知識(shí)。

10、能夠把知識(shí)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系以及知識(shí)之間的特殊關(guān)系表示出來。將與某個(gè)實(shí)體或?qū)嶓w集的相關(guān)特性都集中在一起。4、框架實(shí)例3.2 基于知識(shí)的表示方法 第三章 知識(shí)表示和推理3.2.4 框架5、框架優(yōu)缺點(diǎn)（1）優(yōu)點(diǎn)：全面性：框架對(duì)于知識(shí)的描述非常完整和全面?？蚣茉试S數(shù)值計(jì)算。高質(zhì)量：基于框架的知識(shí)庫質(zhì)量非常高。（2）缺點(diǎn)：高成本：框架的構(gòu)建成本非常高，對(duì)知識(shí)庫的質(zhì)量要求非常高。固化：框架的表達(dá)形式不靈活，很難同其它表示方法相互關(guān)聯(lián)使用。3.2 基于知識(shí)的表示方法 第三章 知識(shí)表示和推理3.2.5 語義網(wǎng)絡(luò)1、語義網(wǎng)絡(luò)的組成 1970年，Herbert正式提出語義網(wǎng)絡(luò) (Semantic Network)，

11、是通過有向圖來表示知識(shí)。語義網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)：表示各種事物、概念、情況、屬性、動(dòng)作、狀態(tài)等，帶有若干屬性。此外，節(jié)點(diǎn)還可以是一個(gè)語義子網(wǎng)絡(luò)，形成一個(gè)多層次的嵌套結(jié)構(gòu)。語義網(wǎng)絡(luò)中的?。褐该魉B接的節(jié)點(diǎn)間某種語義關(guān)系。節(jié)點(diǎn)和弧都必須帶有標(biāo)識(shí)，以便區(qū)分各種不同對(duì)象以及對(duì)象間各種不同的語義聯(lián)系。3.2 基于知識(shí)的表示方法 第三章 知識(shí)表示和推理3.2.5 語義網(wǎng)絡(luò)2、語義網(wǎng)絡(luò)實(shí)例3.2 基于知識(shí)的表示方法 第三章 知識(shí)表示和推理3.2.5 語義網(wǎng)絡(luò)3、語義網(wǎng)絡(luò)優(yōu)缺點(diǎn) （1）優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)性：以節(jié)點(diǎn)和弧形式把事物屬性以及事物間的語義聯(lián)想顯式地表示出來。聯(lián)想性：作為人類聯(lián)想記憶模型提出。自然性：直觀地把事物的屬

12、性及其語義聯(lián)系表示出來，便于理解，自然語言與語義網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)換比較容易實(shí)現(xiàn)。 （2）缺點(diǎn)：非嚴(yán)格性：無公認(rèn)的形式表示體系，具體知識(shí)完全依賴處理程序的解釋形式；推理無法保證其正確性；在邏輯上可能不充分，不能保證不存在二義性。處理上的復(fù)雜性：語義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的手段多種多樣，雖然靈活性很高，但同時(shí)也由于表示形式的不一致使得對(duì)其處理的復(fù)雜性提高，對(duì)知識(shí)的檢索也就相對(duì)復(fù)雜，要求對(duì)網(wǎng)絡(luò)的搜索要有強(qiáng)有力的組織原則。3.2 基于知識(shí)的表示方法 第三章 知識(shí)表示和推理3.2.6 語義WEB1、Web1.0和Web2.03.2 基于知識(shí)的表示方法 第三章 知識(shí)表示和推理3.2.6 語義WEB2、Web3.0 Web3

13、.0是以主動(dòng)性、數(shù)字最大化、多維化等為特征的，以服務(wù)為內(nèi)容的第三代互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，目前只是概念，強(qiáng)調(diào)的是個(gè)性網(wǎng)頁。歷史表明，從實(shí)踐中總結(jié)的方法要優(yōu)于從頂向下設(shè)計(jì)的方法。簡單的優(yōu)于強(qiáng)大的，太過復(fù)雜的比如 OWL 最終用不起來，反而比較簡單的的像 RDF、最近比較火的 JSONLD 用得越來越多。越簡單越好，這就是知識(shí)圖譜火起來的原因。第三章知識(shí)表示與推理3.1 從AI符號(hào)主義說起3.2 基于知識(shí)的表示方法3.3 知識(shí)圖譜與知識(shí)庫習(xí)題3.4 實(shí)驗(yàn)：構(gòu)建基于知識(shí)圖譜的問答程序3.3 知識(shí)圖譜與知識(shí)庫 第三章 知識(shí)表示和推理3.3.1 問題的提出1、知識(shí)圖譜是Web3.0的基礎(chǔ)3.3 知識(shí)圖譜與知識(shí)庫 第

14、三章 知識(shí)表示和推理3.3.1 問題的提出2、知識(shí)圖譜發(fā)展歷程3.3 知識(shí)圖譜與知識(shí)庫 第三章 知識(shí)表示和推理3.3.2 基本思想1、圖數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫的對(duì)比3.3 知識(shí)圖譜與知識(shí)庫 第三章 知識(shí)表示和推理3.3.2 基本思想2、知識(shí)和知識(shí)圖譜之間的關(guān)系3.3 知識(shí)圖譜與知識(shí)庫 第三章 知識(shí)表示和推理3.3.2 基本思想3、信息、知識(shí)和智慧的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)3.3 知識(shí)圖譜與知識(shí)庫 第三章 知識(shí)表示和推理3.3.3 基本原理1、知識(shí)圖譜概念 知識(shí)圖譜以結(jié)構(gòu)化三元組的形式存儲(chǔ)現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體以及實(shí)體之間的關(guān)系，表示為G=（E，R，S），其中E =（e1,e2,e|E|）表示實(shí)體集合；R =（r1,r2

15、,r|R|）表示關(guān)系結(jié)合；S包含于ERE表示知識(shí)圖譜中三元組的集合。3.3 知識(shí)圖譜與知識(shí)庫 第三章 知識(shí)表示和推理3.3.3 基本原理2、知識(shí)圖譜模型3.3 知識(shí)圖譜與知識(shí)庫 第三章 知識(shí)表示和推理3.3.3 基本原理3、知識(shí)圖譜案例3.3 知識(shí)圖譜與知識(shí)庫 第三章 知識(shí)表示和推理3.3.4 知識(shí)圖譜的分類1、通用知識(shí)圖譜 面向開放領(lǐng)域的通用知識(shí)圖譜，如：常識(shí)類、百科類。 （1）數(shù)據(jù)來源：互聯(lián)網(wǎng)、知識(shí)教程等。 （2）主要應(yīng)用：知識(shí)獲取的場景，要求知識(shí)全面，如：搜索引擎，知識(shí)問答。 （3）通用知識(shí)圖譜項(xiàng)目：面向語言知識(shí)圖譜、事實(shí)性知識(shí)圖譜。3.3 知識(shí)圖譜與知識(shí)庫 第三章 知識(shí)表示和推理3.3

16、.4 知識(shí)圖譜的分類2、行業(yè)知識(shí)圖譜 面向特定領(lǐng)域的行業(yè)知識(shí)圖譜，如：金融、電信、教育等。 （1）數(shù)據(jù)來源：行業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù) （2）主要應(yīng)用：行業(yè)智能商業(yè)和智能服務(wù)，要求精準(zhǔn)如：投資決策、智能客服等。 （3）行業(yè)知識(shí)圖譜項(xiàng)目：Kinships、UMLS。3.3 知識(shí)圖譜與知識(shí)庫 第三章 知識(shí)表示和推理3.3.5 知識(shí)圖譜應(yīng)用場景1、智能問答3.3 知識(shí)圖譜與知識(shí)庫 第三章 知識(shí)表示和推理3.3.5 知識(shí)圖譜應(yīng)用場景2、路經(jīng)查詢 查找不同數(shù)據(jù)元素之間是怎樣相互關(guān)聯(lián)的（不同節(jié)點(diǎn)之間查找路路徑）。在圖數(shù)據(jù)庫中，這種查詢更有優(yōu)勢是因?yàn)樗恍枰缆窂降慕Y(jié)構(gòu)而只是需要明確算法、起始節(jié)點(diǎn)、終止節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)就能自

17、動(dòng)完成查詢。3、復(fù)雜查詢 在包含大量的復(fù)雜連接操作場景下，這些連接操作將隨著表的數(shù)量呈指數(shù)增長，即使是小數(shù)據(jù)集也可能構(gòu)成一個(gè)無法解決的問題。而在圖數(shù)據(jù)庫中，不再存在連接操作，我們需要做的就是在圖數(shù)據(jù)庫中通過索引查找一個(gè)起始節(jié)點(diǎn)，然后就可以使用面索引臨接特性，進(jìn)行節(jié)點(diǎn)間的跳轉(zhuǎn)。第三章知識(shí)表示與推理3.1 從AI符號(hào)主義說起3.2 基于知識(shí)的表示方法3.3 知識(shí)圖譜與知識(shí)庫習(xí)題3.4 實(shí)驗(yàn)：構(gòu)建基于知識(shí)圖譜的問答程序3.4 實(shí)驗(yàn)：構(gòu)建基于知識(shí)圖譜的問答程序 第三章 知識(shí)表示和推理實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：主要向大家簡單介紹使用Neo4j軟件來實(shí)現(xiàn)基于知識(shí)圖譜的問答程序。Neo4j是基于Java開發(fā)的圖數(shù)據(jù)庫，有非

18、常友好的Java API，當(dāng)然現(xiàn)在也已經(jīng)支持python操作使用。本實(shí)驗(yàn)主要介紹python中適配Neo4j的庫py2neo的關(guān)于節(jié)點(diǎn)、關(guān)系、子圖基本內(nèi)容。3.4 實(shí)驗(yàn)：構(gòu)建基于知識(shí)圖譜的問答程序 第三章 知識(shí)表示和推理環(huán)境搭建：1、py2neo的安裝 pip install py2ne 或 pip install git+/nigelsmall/py2neo.git#egg=py2neo2、Graph安裝 Graph指的就是圖數(shù)據(jù)庫，需要傳入連接的 URI。3.4 實(shí)驗(yàn)：構(gòu)建基于知識(shí)圖譜的問答程序 第三章 知識(shí)表示和推理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：顯示自黑客帝國這部電影的任務(wù)關(guān)系。Neo4j實(shí)現(xiàn)如下查詢：誰是

19、Neo的朋友？Neo朋友的朋友？誰在戀愛？3.4 實(shí)驗(yàn)：構(gòu)建基于知識(shí)圖譜的問答程序 第三章 知識(shí)表示和推理實(shí)驗(yàn)步驟：1、創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)、關(guān)系 from py2neo import Graph, Node, Relationship g = Graph() #初始化 tx = g.begin() #開始一個(gè)事務(wù) a = Node(Person, name=Alice) #創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)a tx.create(a) #創(chuàng)建子圖 b = Node(Person, name=Bob) #創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)b ab = Relationship(a, KNOWS, b) #創(chuàng)建有向關(guān)系 tx.create(ab) mit() #提交事務(wù)3.4 實(shí)驗(yàn)：構(gòu)建基于知識(shí)圖譜的問答程序 第三章 知識(shí)表示和推理實(shí)驗(yàn)步驟：2、判斷關(guān)系是否存在 print(g.exists(ab) #判斷關(guān)系是否存在 返回結(jié)果：True3、返回含有字典元素的列表 data=graph.data(MATCH (a:Person) RETURN