1、2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,1,第3章 人工智能知識與知識表示,學(xué)海無涯,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,2,第3章 知識與知識表示,3.1 知識表示概述 3.2 謂詞邏輯的知識表示 3.3 產(chǎn)生式表示法 3.4 語義網(wǎng)絡(luò)表示法 3.5 框架知識表示法 3.6 過程知識表示法 3.7 Petri網(wǎng)模型表示法 3.8 面向?qū)ο蟮闹R表示 3.9 其它知識表示法,學(xué)海無涯,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,3,3.1 知識表示概述,知識表示(Knowledge Representation)，即把知識用計算機(jī)可接受的符號并以某種形式描述出來。諸如圖

2、表結(jié)構(gòu)、語法樹、規(guī)則匹配模式、樹形或網(wǎng)狀表達(dá)等。簡言之，知識表示就是知識的符號化過程。即把相關(guān)問題的知識加以形式化描述，表示成為便于機(jī)器（計算機(jī)）存儲、管理和調(diào)用的某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模式。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,4,3.1 知識表示概述,目前，人工智能的知識表示方法已有幾十種之多。主要有：謂詞邏輯表示法、語義網(wǎng)絡(luò)表示法、框架表示法、過程表示法、Petri網(wǎng)表示法、與/或圖表示、狀態(tài)空間表示法和人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)（ANN）表示法等。我們將結(jié)合智能技術(shù)具體應(yīng)用，在后面各章予以具體介紹和分析。 總之，人們可以根據(jù)領(lǐng)域知識的特點(diǎn)選擇一種最合適的方法將知識充分表達(dá)出來，也可以依據(jù)領(lǐng)域的復(fù)

3、雜程度，把若干技術(shù)結(jié)合起來，以形成一種功能強(qiáng)大的系統(tǒng)，高效率地求解智能問題。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,5,3.1 知識表示概述,3.1.1 什么是知識 3.1.2 知識的特性 3.1.3 知識的分類 3.1.4 知識映射原理,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,6,3.1 知識表示概述,3.1.1 什么是知識 知識是人類世界特有的概念。它是人類對客觀世界一種較為準(zhǔn)確、全面的認(rèn)識和理解的結(jié)晶。 知識只有相對正確的特性。例如直到1543年哥白尼學(xué)說問世之前，人們一直認(rèn)為地球是宇宙的核心；再有：人們都知道一個關(guān)于“瞎子摸象”的故事，它通俗地說明了正確完整的知識形成

4、是一個復(fù)雜的智能過程。 通常人們獲取知識的重要手段是：利用信息，把各種信息提煉、概括并關(guān)聯(lián)在一起，就形成了知識。而利用信息關(guān)聯(lián)構(gòu)成知識的形式有多種多樣。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,7,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,8,3.1 知識表示概述,六個瞎子來到國王的宮殿，第一次遇見一頭大象。 第一個瞎子摸到象肚子：多么光滑啊，象就像一座墻！第二個瞎子摸到象鼻子：圓圓的，像一條蛇！ 第三個瞎子伸出手摸到象牙：尖尖的，象像矛！ 第四個瞎子伸手摸到象腿：好高啊，象像一棵樹！ 第五個瞎子伸手摸到象的耳朵：好寬！象像一把扇子！第六個瞎子摸到象的尾巴：好細(xì)，象像一根繩子！,

5、“瞎子摸象”的故事,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,9,3.1 知識表示概述,3.1.1 什么是知識 最常用的且便于計算機(jī)利用的一種表達(dá)形式為： “如果，那么”或“如果，則” 例如，如果教會機(jī)器人一些知識，那么它就能替人干更多的事情； 如果發(fā)現(xiàn)太陽黑子增多，那么就預(yù)示地球氣候會發(fā)生反常； 如果敵進(jìn)，則我退；如果敵疲，則我打； 如果大雁南飛，那么就預(yù)示著冬天臨近。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,10,3.1 知識表示概述,3.1.2 知識的特性 1. 知識的相對正確性 常言道：實(shí)踐出真知。知識源于人們生活、學(xué)習(xí)與工作的實(shí)踐，知識是人們在信息社會中各種實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的匯

6、集、智慧的概括與積累。 知識來自于人們對客觀世界運(yùn)動規(guī)律的正確認(rèn)識，是從感性認(rèn)識上升成為理性認(rèn)識的高級思維勞動過程的結(jié)晶，故相應(yīng)于一定的客觀環(huán)境與條件下，知識無疑是正確的。然而當(dāng)客觀環(huán)境與條件發(fā)生改變時，知識的正確性就要接受檢驗(yàn)，必要時就要對原來的認(rèn)識加以修正或補(bǔ)充，以至全部更新而取而代之。 例如，計算式1+1=10是正確的嗎？ 再如，在一般的工程計算中，使用牛頓力學(xué)運(yùn)動定律，足以滿足一般精度要求而且很方便；但在接近光速的運(yùn)行檢測或進(jìn)行核加速器中的粒子計算時，就必須以量子力學(xué)和相對論為依據(jù)來考察了。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,11,3.1 知識表示概述,3.1.2 知識的

7、特性 2. 知識的確定與不確定特征：如前所述，知識由若干信息關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)組成。但是，其中有的信息是精確的，有的信息卻是不精確的。這樣，則由該信息結(jié)構(gòu)形成的知識也有了確定或不確定的特征。 例如，在我國中南地區(qū)，根據(jù)天上出現(xiàn)彩虹的方向及其位置，可以預(yù)示天氣的變化。有諺語曰：“東邊日(晴天)，西邊雨?！钡?，這只是一種常識性的經(jīng)驗(yàn)，并不能完全肯定或否定。 再如：甲有一頭秀發(fā)，乙是兩鬢如霜。您認(rèn)為甲一定是青年人，乙就是老年人嗎？不能完全肯定，因?yàn)橄喾吹氖吕呛芏嗟?。比如，?dāng)年的白毛女并不是老人，而現(xiàn)在六十多歲的演員有一頭黑發(fā)并不足奇。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,12,3.1 知識表

8、示概述,3.1.2 知識的特性 造成知識具有不確定性的因素是多方面的。諸如：證據(jù)不足、地域時區(qū)不同、各種變化因素及現(xiàn)實(shí)世界的復(fù)雜性，造成客觀后果及其知識的不確定性； 生活中，模糊性概念及模糊關(guān)系比比皆是，形成了知識的不確定性；概率事件發(fā)生常常不可避免，一般都具有隨機(jī)不確定性的規(guī)律；經(jīng)驗(yàn)性及各種不完備的積累過程，導(dǎo)致相關(guān)知識的不確定性等。 盡管不確定性知識給人們帶來了一些迷惑，但它反映了客觀世界的多樣性、豐富性和復(fù)雜性。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,13,3.1 知識表示概述,3.1.2 知識的特性 3. 知識的可利用性和可發(fā)展性 為了使知識便于傳播、學(xué)習(xí)，使有用的知識得以延

9、續(xù)、繼承與發(fā)展，人們不斷地創(chuàng)造了各種生動活潑的形式來記錄、描述、表示和利用知識。諸如采用語言、文字，使用書籍，結(jié)合文學(xué)、戲劇、繪畫、攝影等藝術(shù)以及電影、電視、多媒體等手段，進(jìn)行知識的演播、學(xué)習(xí)與欣賞等。事實(shí)上，人類的歷史，就是不斷地積累知識和利用知識創(chuàng)造文明的歷史。在人類的發(fā)展史中，知識的可利用性與可發(fā)展性是不言而喻的。知識的可利用性使得計算機(jī)或智能機(jī)器能利用知識成為現(xiàn)實(shí)；而知識的機(jī)器可學(xué)習(xí)、可表示性使得人工智能不斷得以進(jìn)步與發(fā)展成為必然。 伴隨著人類社會邁入信息時代，人類知識也進(jìn)入了大發(fā)展時期。一方面在淘汰舊的、老的、無用的知識，另一方面新觀念、新思想、新知識不斷地被大量地挖掘涌現(xiàn)出來。目前

10、，知識的更新和知識的總量，正以前所未有的速率迅速地增長。大力發(fā)展智能科學(xué)技術(shù)，努力開發(fā)人類知識寶庫，發(fā)展新一代智力工具，這正是作為新時代智能科學(xué)工作者的光榮歷史使命。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,14,3.1 知識表示概述,3.1.3 知識的分類 按照機(jī)器定理證明過程，可把先后要使用到的知識劃分為三類。即事實(shí)性知識；過程性知識；控制性知識。 1. 事實(shí)性知識：關(guān)于問題領(lǐng)域的性質(zhì)及求解目標(biāo)、求解環(huán)境及其已知條件、相關(guān)特性等方面的靜態(tài)知識。事實(shí)性知識一般采用直接表示形式，用以記敘及描述有關(guān)的概念、事實(shí)、事物的狀態(tài)及屬性等。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,15,

11、3.1 知識表示概述,3.1.3 知識的分類 2. 過程性知識：指那些能依據(jù)一定的規(guī)則，推導(dǎo)出相關(guān)的結(jié)論與目標(biāo)的規(guī)律性知識和能夠?qū)嵤┢ヅ涞男蛄胁僮餍灾R。 一般來說，過程性知識用以描述做某事的過程，是由問題領(lǐng)域內(nèi)的相關(guān)規(guī)則、定律、定理及經(jīng)驗(yàn)等要素構(gòu)成的知識。例如，若信道暢通，請發(fā)綠色信號；如果異常時，請按紅色信號開關(guān)?！八苫ǖ爸谱鞣ā薄?3. 控制性知識：一種用于取舍問題的求解策略，控制信息實(shí)施方法，決定推理路線的選取原則等方面知識。 一般來說，控制性知識是關(guān)于如何運(yùn)用相關(guān)知識的知識，又稱為元知識。例如，為了使一組機(jī)器人能協(xié)同完成某項任務(wù)，既要有監(jiān)控他們相互配合情況的有關(guān)知識，還要有協(xié)調(diào)他們分

12、工合作的決策性知識等。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,16,3.1 知識表示概述,3.1.3 知識的分類 知識還有其它的分類方法： 按照知識結(jié)構(gòu)和表現(xiàn)特點(diǎn)來劃分，可分為邏輯性知識，和形象性知識； 根據(jù)知識的確定性與不確定性來分，知識可分為確定性知識和不確定性知識； 依據(jù)知識的作用范圍劃分，知識可分為常識性知識，專業(yè)知識或領(lǐng)域性知識等。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,17,3.1.4 知識表示及其映射原理,一個智能機(jī)器系統(tǒng)如同智能生物一樣，在運(yùn)用知識進(jìn)行信息交流或智能問題求解時，都需要預(yù)先進(jìn)行知識表示。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)知識調(diào)用，達(dá)到利用知識求解問題目的。因而知識表示是

13、知識信息處理系統(tǒng)中必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 對智能機(jī)器系統(tǒng)而言，知識表示，實(shí)際上就是對知識的一種描述或約定。其本質(zhì)，就是采用某種技術(shù)模式，把所要求解問題的相關(guān)知識，映射為一種便于找到該問題解的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 對知識進(jìn)行表示的過程，實(shí)質(zhì)上就是把相關(guān)知識映射 (或稱為變換：Transformation；或稱為映像：Mapping；或稱為編碼：Coded.)為該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的過程。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,18,3.1.4 知識表示及其映射原理,知識表示及其映射原理，如圖3-1加以示意說明。,原始解答,原始問題,同態(tài)問題,同態(tài)解答,T,T-1,困難,容易,同構(gòu)問題,同構(gòu)映射,如圖：其目標(biāo)

14、是要對復(fù)雜的智能型問題實(shí)現(xiàn)機(jī)器求解。但機(jī)器直接對原始問題求解，難度很大；可采用知識表示的映射原理，把原始問題映射為它的一種同構(gòu)或同態(tài)問題，然后再對同構(gòu)或同態(tài)問題求出它的解答，則相對容易而方便。 順便指出：同構(gòu)解答與原始問題有相同的形式解；而對于同態(tài)問題，如要得到原始解，只需對同態(tài)解答再施行反運(yùn)算(T-1)即可。在自然科學(xué)實(shí)際應(yīng)用研究中，利用映射（稱為變換）原理迂回求解的思想，是一種非常有效而廣為使用的重要手段。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,19,3.2 謂詞邏輯的知識表示,知識的謂詞邏輯表示符合人的思維習(xí)慣，可讀性好，邏輯關(guān)系表達(dá)簡便。使用謂詞邏輯既便于表達(dá)概念、狀態(tài)、屬性

15、等事實(shí)性知識，又能方便地采用謂詞公式的表達(dá)形式，進(jìn)行各種智能行為的過程性描述與演繹推理。下面我們結(jié)合實(shí)例的描述，以便逐漸掌握謂詞邏輯的知識表示技術(shù)。,3.2.1 用謂詞邏輯和公式表達(dá)各種意境,使用謂詞邏輯和公式表達(dá)各種意境，首先應(yīng)抓住一般自然語言主語、謂語結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，再依據(jù)謂詞邏輯公式關(guān)于意境描述及連接詞、量詞這些關(guān)聯(lián)信息進(jìn)行綜合分析，逐步形成關(guān)于意境描述的真實(shí)生動完整表達(dá)。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,20,3.2.1 用謂詞邏輯和公式表達(dá)各種意境,例3-1 請分析下面的命題和謂詞邏輯，并盡可能正確地表述它的含義： 在草原上歌唱(美貌姑娘)藍(lán)的(天)飄(白云)吃草(牛羊)飛

16、翔(百鳥)； (彐x)好姑娘(x) 居住的地方(z，x) 遙遠(yuǎn)的(z)(y)人(y)行走經(jīng)過(y, z)回頭留戀地張望(y).,3.2 謂詞邏輯的知識表示,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,21,3.2.1 用謂詞邏輯和公式表達(dá)各種意境,例3-1 請分析下面的命題和謂詞邏輯，并盡可能正確地表述它的含義： 在草原上歌唱(美貌姑娘)藍(lán)的(天)飄(白云)吃草(牛羊)飛翔(百鳥)； 解：這是由“合取”符連接起來并已命題化的一元謂詞邏輯公式。從字面上來看，它表達(dá)了一種美麗的自然景觀：草原上，藍(lán)藍(lán)的天，白云飄飄，鳥兒在飛翔。有一位美貌的姑娘，一邊在放牧牛羊，一邊在放聲歌唱,3.2 謂詞邏輯的

17、知識表示,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,22,3.2.1 用謂詞邏輯和公式表達(dá)各種意境,例3-1 請分析下面的命題和謂詞邏輯，并盡可能正確地表述它的含義： (彐x)好姑娘(x)居住的地方(z，x)遙遠(yuǎn)的(z)(y)人(y)行走經(jīng)過(y, z)回頭留戀地張望(y). 解：這是一個既有謂詞表示，又有命題邏輯表達(dá)；既有連接詞，又有全稱量詞和存在量詞的較復(fù)雜的謂詞公式。字面上看，使人立刻聯(lián)想到王洛賓的那首在那遙遠(yuǎn)的地方的民歌，一種生動的意境描述：在那遙遠(yuǎn)的地方，有位好姑娘，人們走過她的身旁，都要回頭留戀地張望。,3.2 謂詞邏輯的知識表示,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東

18、晉,23,3.2.2 用謂詞邏輯表示知識單元,依據(jù)事物名稱或關(guān)鍵詞，可把知識庫劃分為知識單元結(jié)構(gòu), 使用謂詞邏輯進(jìn)行知識單元描述表示。 例3-2 設(shè)有若干記錄：阿亮的職業(yè)是編輯； 阿亮給阿鈴送去了玫瑰花；阿鈴是一名護(hù)士； 阿亮住址在長江大道1151號； 阿鈴住址在淮海路947號。 請用謂詞邏輯(中或英文)表示上述各條記錄，并分成必要的知識單元。 解：首先定義謂詞，并注意直接用常量替代謂詞變元，使其命題化。,3.2 謂詞邏輯的知識表示,3.2.2 用謂詞邏輯表示知識單元,解：則得： OCCUPATION(aliang，staffer)； GIVE(aliang，aling，rose)； OCCU

19、PATION(aling，nurse)； ADDRESS(aliang, 1151-changjiang-st)； ADDRESS(aling, 947-huaihai-rd). 可以把主要的個體常量作為關(guān)鍵詞來劃分知識單元。例如aliang，aling， rose等。 aliang： OCCUPATION(aliang，staffer)； GIVE(aliang，aling，rose)； ADDRESS(aliang, 1151-changjiang-st)； aling： GIVE(aliang，aling，rose)； OCCUPATION(aling，nurse)； ADDRESS(a

20、ling, 947- huaihai -rd)； rose： GIVE(aliang，aling，rose)。 關(guān)鍵詞aliang集中表示了關(guān)于阿亮的具體情況，尤其阿亮具有的性格特點(diǎn)喜歡給女孩子獻(xiàn)殷勤，送花買禮物等； 而關(guān)鍵詞rose表現(xiàn)了玫瑰花被傳遞的情況。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,25,3.2.3 用謂詞邏輯描述智能行為過程的求解,用謂詞邏輯描述智能行為過程，關(guān)鍵在于恰當(dāng)定義謂詞及連接，首先定義謂詞并給出每個謂詞的確切含義；其次，注意個體域和量詞轄域的約束與劃定；然后，根據(jù)意境邏輯，利用連接詞、量詞把這些謂詞關(guān)聯(lián)起來。形成謂詞邏輯描述。 例2-5 如圖示，設(shè)在一個含

21、有凹室(alcove)的房間內(nèi)，有桌子A和書架B，一個機(jī)器人(robot)和 一疊書(book)?，F(xiàn)在要求機(jī)器人(robot)從凹室出發(fā)，把桌子A上的書搬到B處書架上，完成任務(wù)后回到凹室。請用謂詞邏輯描述機(jī)器人完成這一工作的全過程。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,26,3.2.3 用謂詞邏輯描述智能行為過程的求解,圖2-2 讓機(jī)器人完成搬書的任務(wù),2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,27,3.2.3 用謂詞邏輯描述智能行為過程的求解,解：為了能夠描述這個機(jī)器人世界的有關(guān)環(huán)境和狀態(tài)變遷，要求必須先定義謂詞。注意這里需要定義兩類謂詞：一類用來描述環(huán)境狀態(tài)，另一類謂詞用

22、來表示機(jī)器人的操作。 首先定義描述環(huán)境狀態(tài)的謂詞。 TABLE(x)： x是桌子， 個體域：xa ； BOOKCASE(z)： z是書架，個體域：zb ； EMPTY(y)： y手中是空的，個體域：yrobot； HOLDS(y，u)：y手中拿著u，個體域：ubooks； AT(y，w)： y在w處，個體域：wa，b，alcove ； ON(u，x)： u被放在x之上； CLEAR(v)： v上(中)是空的，va，b .,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,28,3.2.3 用謂詞邏輯描述智能行為過程的求解,解：使用謂詞以及連接詞、量詞等來表示環(huán)境狀態(tài)。 這樣，問題的初始狀態(tài)可表示

23、為： S0：AT(robot, alcove)EMPTY(robot) ON(books, a)CLEAR(b) TABLE(a)BOOKCASE (b) 要求達(dá)到的目標(biāo)狀態(tài)為： Sg：AT(robot, alcove)EMPTY(robot) ON(books, b)CLEAR(a) TABLE(a)BOOKCASE (b),2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,29,3.2.3 用謂詞邏輯描述智能行為過程的求解,解：從初始狀態(tài)到達(dá)目標(biāo)狀態(tài)的變遷，必須由機(jī)器人一步一步地執(zhí)行相應(yīng)的操作序列，得以逐步實(shí)現(xiàn)。因此，必須要定義操作類謂詞。仔細(xì)加以分析，必要的操作謂詞共有三類。 GOTO(x

24、, w)：機(jī)器人從x走到w處； PICK-UP(x) ：機(jī)器人在x處拿起書； SET-DOWN(w) ：機(jī)器人在w處放下書。 一般說來，如果定義謂詞太多，將造成信息冗余，增加了問題的復(fù)雜度；如果定義謂詞太少，就不夠用。因此，定義的謂詞性質(zhì)與數(shù)量要合適。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,30,3.2.3 用謂詞邏輯描述智能行為過程的求解,解：按照行動規(guī)劃，仔細(xì)選擇操作，一步步進(jìn)行狀態(tài)替換，直到達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)。即要求把狀態(tài)變遷過程和操作序列記錄下來，來描述問題解。 下面寫出該過程的最優(yōu)路徑： AT(robot, alcove)EMPTY(robot)ON(books, a) CLEA

25、R(b)TABLE(a)BOOKCASE(b),AT(robot, a)EMPTY(robot)ON(books, a) CLEAR(b)TABLE(a)BOOKCASE (b),AT(robot, a)HOLDS(robot，books)CLEAR(a) CLEAR(b)TABLE(a)BOOKCASE (b),GOTO(alcove, a),PICK-UP（a）,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,31,3.2.3 用謂詞邏輯描述智能行為過程的求解,解： AT(robot, a)HOLDS(robot，books)CLEAR(a) CLEAR(b)TABLE(a)BOOKCAS

26、E (b),AT(robot, b)HOLDS(robot，books)CLEAR(a) CLEAR(b)TABLE(a)BOOKCASE (b),AT(robot, b)EMPTY(robot)ON(books, b) CLEAR(a)TABLE(a)BOOKCASE (b),AT(robot, alcove)EMPTY(robot)ON(books, b) CLEAR(a)TABLE(a)BOOKCASE (b) （解畢）,GOTO（b, alcove）,GOTO（a, b）,SET-DOWN（b）,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,32,3.2.3 用謂詞邏輯描述智能行為過

27、程的求解,解：這樣,得到目標(biāo)為 AT(robot, alcove)EMPTY(robot)ON(books, b) CLEAR(a)TABLE(a)BOOKCASE (b) 這里順便指出，若機(jī)器人智商不高，這個任務(wù)過程會產(chǎn)生許多冗余。比如，機(jī)器人拿著書，找不到b處，無所適從而又扛回來了；或者等?？梢?，實(shí)際的機(jī)器人智能控制要更加復(fù)雜得多，雖然有時也很有趣。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,33,3.2.4 謂詞邏輯知識表示特性,謂詞邏輯是一種傳統(tǒng)經(jīng)典也是最基本的形式化方法。謂詞邏輯知識表示:規(guī)范性嚴(yán)，邏輯性強(qiáng)，自然性好，推理過程嚴(yán)密，易于實(shí)現(xiàn)。這些優(yōu)良特性使得謂詞邏輯最早用于人工

28、智能機(jī)器定理證明，并獲得了成功。但是，必須看到，謂詞邏輯屬于標(biāo)準(zhǔn)的二值（T與F）邏輯，難以直接進(jìn)行不確定性問題的處理； 對于復(fù)雜系統(tǒng)的求解問題，容易陷入冗長演繹推理中，常常不可避免地帶來求解效率低,甚至產(chǎn)生“組合爆炸”問題。因此，針對謂詞邏輯，尚待人們不斷加以改進(jìn)，以便尋求自然性好而效率更高的技術(shù)方法。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,34,3.4 語義網(wǎng)絡(luò)表示法,語義網(wǎng)絡(luò)是人工智能常用的知識表示法之一。它作為人類聯(lián)想記憶的一個顯示心理學(xué)模型，是由J.R.Quillian于1968年在他的博士論文中首先提出，并用于自然語言處理。隨后，在二十世紀(jì)七十年代，Simon，Winsto

29、n，Hendrix等人分別都對語義網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用與發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。 3.4.1 語義網(wǎng)絡(luò)知識表示 3.4.1.1 語義網(wǎng)絡(luò)的概念 語義網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)共使用了三種圖形符號：框、帶箭頭及文字標(biāo)識的線條和文字標(biāo)識線。分別稱為: 節(jié)(結(jié))點(diǎn); 弧(又叫做邊或支路); 指針。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,35,3.4.1 語義網(wǎng)絡(luò)知識表示,3.4.1.1 語義網(wǎng)絡(luò)的概念 節(jié)點(diǎn)(Node)：也稱為結(jié)點(diǎn)。用圓形、橢圓、菱形或長方形的框圖來表示，用來表示事物的名稱、概念、屬性、情況、動作、狀態(tài)等。 弧(Arc)：這是一種有向弧，又稱之為支路（Branch）。節(jié)點(diǎn)之間用帶箭頭及文字標(biāo)識的有向線條來聯(lián)結(jié)

30、，用以表示事物之間的結(jié)構(gòu)，即語義關(guān)系。 指針(Pointer)：也叫指示器。是在節(jié)點(diǎn)或者弧線的旁邊，另外附加必要的線條及文字標(biāo)識，用來對節(jié)點(diǎn)、弧線和語義關(guān)系作出相宜的補(bǔ)充、解釋與說明。 可見，語義網(wǎng)絡(luò)是一種使用概念及其語義關(guān)系來表達(dá)知識的有向圖。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,36,3.4.1 語義網(wǎng)絡(luò)知識表示,3.4.1.2 基本語義關(guān)系 任何復(fù)雜的語義關(guān)系，都可以通過許多基本的語義關(guān)系予以關(guān)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)。因此，簡單語義關(guān)系是構(gòu)成復(fù)雜語義關(guān)系的基礎(chǔ)。事實(shí)上，簡單語義關(guān)系具有多樣性和靈活性，作為參考，我們下面僅對一些最常見的簡單語義關(guān)系加以討論。 （1）屬性關(guān)系:表示對象及其屬性

31、間的關(guān)系。常用屬性關(guān)系有： HAVE：含義為“有”，表示上層結(jié)點(diǎn)具有下層結(jié)點(diǎn)所描述的屬性值； CAN：含義為“能”或“會”，表示上層結(jié)點(diǎn)能夠執(zhí)行下層結(jié)點(diǎn)的功能。例如，企鵝是一種有翅膀、會游泳的鳥。 其中，“有翅膀”、“會游泳”就分別表示了企鵝所具有及所能夠進(jìn)行的屬性關(guān)系。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,37,3.4.1 語義網(wǎng)絡(luò)知識表示,3.4.1.2 基本語義關(guān)系 （2）包含關(guān)系: 又稱為聚類關(guān)系，表示了下層概念是上層概念的一個組成部分的關(guān)系。與分類關(guān)系不同的是包含關(guān)系一般不具備屬性的繼承性。常用的包含關(guān)系可表示為： CO（Composed-Of）: 含義為“由所構(gòu)成”，表

32、示了某一個(或某些)事物是另一事物的一個組成部分或構(gòu)成要素. APO（A-Part-Of）：含義為“是中的一部分”。 例如，“學(xué)生、教師、課程都是教學(xué)活動的要素”；再如，“門、窗戶是房子結(jié)構(gòu)的一部分”分別可用圖2-5和圖2-6所示的語義網(wǎng)絡(luò)來表示。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,38,3.4.1 語義網(wǎng)絡(luò)知識表示,3.4.1.2 基本語義關(guān)系 CO（Composed-Of）: 含義為“由所構(gòu)成”. APO（A-Part-Of）：含義為“是中的一部分”。,APO,APO,APO,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,39,3.4.1 語義網(wǎng)絡(luò)知識表示,3.4.1.2

33、基本語義關(guān)系 （3）從屬關(guān)系 : ISA（is-a）：含義為“是一個”，表示某事或某物是一個具體的實(shí)例。 AKO（A-Kind-Of）：表示某事物“是之中的一種”，即某類中的一個。 AMO（A-Member-Of）： 表示某物“是之中的一員”，即某類中的一員。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,40,3.4.1.3 復(fù)合語義關(guān)系,（1）時間空間復(fù)合關(guān)系:時空復(fù)合關(guān)系表示了事物或事件發(fā)生的時間和位置地點(diǎn)。常用這類關(guān)系有： AFTER：含義為“在之后”，表示上層結(jié)點(diǎn)事實(shí)發(fā)生在下層結(jié)點(diǎn)所描述的事件之后；或者表示下層結(jié)點(diǎn)對象在上層結(jié)點(diǎn)對象的位置之后。 BEFORE：含義為“在之前”，表示

34、上層結(jié)點(diǎn)事實(shí)發(fā)生在下層結(jié)點(diǎn)所描述的事件之前；或者表示下層結(jié)點(diǎn)對象在上層結(jié)點(diǎn)對象的位置之前。 ON：含義為“在之上”，表示下層結(jié)點(diǎn)所描述的事物對象位于上層結(jié)點(diǎn)的事物之下。 AT：含義為“在時刻”或“在地點(diǎn)”，如圖2-10所示。 此外，相應(yīng)于多個對象，還可以有比較、相互接近等關(guān)系的組合。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,41,3.4.1.3 復(fù)合語義關(guān)系,（1）時空復(fù)合關(guān)系: AFTER： BEFORE： ON： AT： （2）復(fù)合推論關(guān)系: BO (Because-Of：由于) FOR（為了） THEN（就，則） GET（使得，得到）,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東

35、晉,42,3.4.1.3 復(fù)合語義關(guān)系,時間,環(huán)境,地點(diǎn),IS,IS,IS,IS,動作,與,（3）復(fù)合邏輯關(guān)系: NOR(非); AND(與); OR(或)等,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,43,3.4.1.3 復(fù)合語義關(guān)系,IS,某軍港,軍港之夜靜悄悄，海風(fēng)輕輕吹,有,彐,（3）復(fù)合邏輯關(guān)系: NOR(非); AND(與); OR(或)等,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,44,3.4.1.3 復(fù)合語義關(guān)系,（3）復(fù)合邏輯關(guān)系: NOR(非); AND(與); OR(或)等,3.4.2 語義網(wǎng)絡(luò)知識表示特點(diǎn)表現(xiàn)（例）,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙

36、東晉,46,3.4.3 語義網(wǎng)絡(luò)表示及其求解系統(tǒng)特性,如下圖(2-13),表示了語義網(wǎng)絡(luò)求解系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)基于語義網(wǎng)絡(luò)知識庫和語義網(wǎng)絡(luò)推理機(jī)的功能及其調(diào)用的基礎(chǔ)上，主要使用了兩種推理機(jī)制：一種是匹配，另一種是繼承作用，它們通過語義網(wǎng)絡(luò)推理規(guī)則的控制以及相繼交互完成推理過程。,語義網(wǎng)絡(luò)推理機(jī),語義網(wǎng)絡(luò)知識庫,匹配,繼承 作用,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,47,3.4.3 語義網(wǎng)絡(luò)表示及其求解系統(tǒng)特性,3.4.3.1 匹配（Matching） 進(jìn)行語義網(wǎng)絡(luò)知識表示系統(tǒng)的匹配推理，首先需要依據(jù)求解目標(biāo)構(gòu)造目標(biāo)語義網(wǎng)絡(luò)模式，使用其中一個與有向弧相連接的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行提問；然后按照

37、該目標(biāo)模式模塊結(jié)構(gòu)，在語義網(wǎng)絡(luò)知識庫中尋找與其相符合的模塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行匹配，從而推出對應(yīng)于該問題提問結(jié)點(diǎn)的答案.,語義網(wǎng)絡(luò)推理機(jī),語義網(wǎng)絡(luò)知識庫,匹配,繼承 作用,3.4.3.1 匹配 （Matching）,例2-7 哨兵發(fā)現(xiàn)在起風(fēng)的夜晚有一些響動，針對要求解的問題構(gòu)造了目標(biāo)語義網(wǎng)絡(luò)模式如圖(2-14)所示，問題是想要知道在起風(fēng)的夜晚，軍港中海浪到底搖動了什么呢？ 解：根據(jù)目標(biāo)語義網(wǎng)絡(luò)模式與給定的事實(shí)，可在圖2-11 語義網(wǎng)絡(luò)知識求解系統(tǒng)提供的知識庫中，尋找對應(yīng)的模塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行匹配。于是就可立即發(fā)現(xiàn)：提問結(jié)點(diǎn)中所設(shè)定的“x”就是被海浪發(fā)出的動作“搖動”的對象到底是戰(zhàn)艦、戰(zhàn)船、浮標(biāo)還是別的什么呢？,搖

38、動,輕輕地,X,海浪,方式,對象,主體,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,49,3.4.3.2 繼承,繼承是指系統(tǒng)具有這樣一種特性：能把事物屬性從上層對象結(jié)點(diǎn)，傳遞到下層的具體實(shí)例結(jié)點(diǎn)上的作用。簡言之，繼承就是具有承上啟下的功能作用。 見教材中如圖2-15所示: (1)所有動物都具有喜吃食、能運(yùn)動的屬性； (2)鳥(bird)、魚(fish)分別都是動物的一種，因此，它們也各自繼承了動物的這些屬性。 (3)此外，金魚是魚的一種，故金魚就又繼承了fish類動物所具有的會游泳、繁殖、可喂養(yǎng)等屬性，并又有可觀賞等特點(diǎn)；同理，孔雀繼承了鳥的屬性，還具有展翼喜歡表現(xiàn)的習(xí)性等。,2020/8

39、/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,50,3.4.3.2 繼承,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,51,3.4.3.3 語義網(wǎng)絡(luò)知識表示特性,語義網(wǎng)絡(luò)是一種結(jié)構(gòu)化知識表示方法，具有表達(dá)直觀，方法靈活，容易掌握和理解的特點(diǎn)。概括起來，主要優(yōu)點(diǎn)有： （1）采用語義關(guān)系的有向圖來連接，語義、語法、詞語應(yīng)用兼顧，具有描述生動，表達(dá)自然，易于理解等優(yōu)點(diǎn)。 （2）語義網(wǎng)絡(luò)是一種結(jié)構(gòu)化知識表示方法，易于進(jìn)行系統(tǒng)模塊功能組織與集成，模塊功能調(diào)用靈活，便于擴(kuò)充，也易于系統(tǒng)維護(hù)中進(jìn)行功能更新與修改。 （3）具有匹配推理和屬性繼承特性，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)器學(xué)習(xí)與聯(lián)想。 雖然語義網(wǎng)絡(luò)知識表示和推理具有較大的靈活

40、性和多樣性，但是沒有公認(rèn)嚴(yán)密的形式表達(dá)體系，卻不可避免地帶來了非一致性和程序設(shè)計與處理上的復(fù)雜性，這也是語義網(wǎng)絡(luò)知識表示尚待深入研究解決的一個課題。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,52,3.5 框架知識表示法,框架表示法誕生于1975年，這也是一種結(jié)構(gòu)化的知識表示方法，并已在多種系統(tǒng)中得到成功的應(yīng)用?？蚣芾碚撌怯扇斯ぶ悄芸茖W(xué)創(chuàng)始人之一，美國著名的人工智能學(xué)者M(jìn).L.Minsky(明斯基)提出來的。Minsky在其論文A framework for representing knowledge中認(rèn)為，框架理論可作為人類理解視覺、自然語言及其它復(fù)雜行為的基礎(chǔ)。,2020/8/5,

41、第3章知識與知識表示 趙東晉,53,3.5 框架知識表示法,按照Minsky提出的框架理論，自然界各種事物都可用框架(Frame)組織構(gòu)成。每個被定義的框架對象分別代表著不同的特殊知識結(jié)構(gòu)，從而可在大腦或計算機(jī)中表示、存儲并予以認(rèn)識、理解和處理。 框架是一種被用來描述某個對象（諸如一個事物、一個事件或一個概念）屬性知識的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,54,3.5 框架知識表示法,其次,Minsky等人還針對框架應(yīng)用提出了一些實(shí)用性的問題: 1) 依據(jù)給定的條件，如何選擇初始框架； 2) 為了表現(xiàn)事物關(guān)聯(lián)信息及各部分細(xì)節(jié)，如何按照框架的數(shù)據(jù)項賦值； 3) 當(dāng)所選用的

42、框架不滿足給定的條件時，如何尋找新的框架； 4) 當(dāng)找不到合適的框架時，是修改舊的框架還是建立一個新框架等。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,55,這種知識表示法實(shí)際上是一種多層次的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式。 1.具體框架的設(shè)計思路: 1) 依據(jù)要表示的問題定義框架名； 2) 為了表現(xiàn)事物關(guān)聯(lián)信息及各部分細(xì)節(jié)，框架可包含若干子框架；主框架表示主問題，子框架表示子問題。 3) 賦以槽號和指針加以連接； 4) 每一框架還可劃分側(cè)面，由側(cè)面名和值加以區(qū)分； 5) 列舉數(shù)據(jù)項與記錄值，如相關(guān)槽值、側(cè)面值等表示屬性和特征。,3.5.1 如何建立某個事物的框架,2020/8/5,第3章知識與知識表示

43、趙東晉,56,2.具體框架的設(shè)計步驟: （1）框架知識學(xué)習(xí)。對當(dāng)前事物或?qū)ο筮M(jìn)行觀察與分析，把要認(rèn)識的對象與選定的框架知識表示進(jìn)行比對，完成對象屬性及其知識的了解與學(xué)習(xí)； （2）建立框架模式與概念。依據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，可在腦海的記憶中勾畫出一個粗略的框架模式，予以裝配，并給定一個框架名表示其概念； （3）框架的資料數(shù)值填寫。在對該事物有了更加全面深入的了解后，再依據(jù)現(xiàn)實(shí)情況比照框架體的細(xì)節(jié)加以替換、修改和補(bǔ)充，按照框架的數(shù)據(jù)項（所定義的框架槽名和框架的側(cè)面名）的要求，完成相關(guān)對象屬性及其知識等資料數(shù)值的填寫，以便逐步形成一個完整而具體的框架結(jié)構(gòu)。,3.5.1 如何建立某個事物的框架,2020/8/

44、5,第3章知識與知識表示 趙東晉,57,3. 框架設(shè)計舉例: 相對于簡單的問題描述，框架可退化為一張數(shù)據(jù)表格結(jié)構(gòu)。例如關(guān)于人物的知識，可設(shè)計為如下一張簡單表格： S .NO1 . 姓名 性別 年齡 民族 職業(yè) 工作單位 興趣與愛好 N X S .NO2 . 最喜歡的顏色 個性 最動容的事 最厭惡的事 座右銘 通過幾項調(diào)查，就可以把關(guān)于某個人物的知識情況等，了解得清清楚楚。,3.5.1 如何建立某個事物的框架,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,58,3.5.1 如何建立某個事物的框架,比如，當(dāng)某人第一次聽說有一種叫犀牛的動物，雖然他當(dāng)時還從沒看到過犀牛，但他很自然按照經(jīng)驗(yàn)，首先比照

45、腦海中耕牛的“框架”形象來想象犀牛：個頭大，有皮毛，是哺乳動物并有蹄子，頭上長角等。 當(dāng)然，要建立一個具體的、如同“犀牛”那樣一個生動而真實(shí)的框架結(jié)構(gòu)，還需要對犀牛進(jìn)行實(shí)際細(xì)微的觀察，并比照框架體的細(xì)節(jié)不斷地加以替換、修改和補(bǔ)充，最后才能獲得關(guān)于“犀?！钡耐晟瓶蚣芙Y(jié)構(gòu)。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,59,3.5.2 框架的知識表示模式舉例,下面是一個關(guān)于“大學(xué)教師”的框架設(shè)計模式。 框架名：大學(xué)教師 姓名：單位（姓，名） 年齡：單位（歲） 性別：范圍(（男，女）缺?。耗? 學(xué)歷：范圍（學(xué)士，碩士，博士） 職稱：范圍(（教授，副教授，講師，助教）缺?。褐v師) 部門：范圍（學(xué)院

46、（或系、處） 住址：住址框架 工資：工資框架 參加工作時間：單位（年，月） 健康狀況：范圍（健康，一般，較差） 其它：范圍（個人家庭框架，個人經(jīng)濟(jì)狀況框架） 上述框架共有十一個槽，分別描述了關(guān)于“大學(xué)教師”的十一個方面的知識及其屬性。在每個槽里都指定了一些說明性的信息，表明了相關(guān)槽的值的填寫要有某些限制。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,60,3.5.2 框架的知識表示模式舉例,例如把某教師周伯通的一組信息填入“大學(xué)教師”框架的各個槽，可得： 框架名：大學(xué)教師-12 姓名：周伯通 年齡：29 性別：男 學(xué)歷：博士 職稱：副教授 部門：計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 住址：adr-12 工

47、資：sal-12 參加工作時間：2004，9 健康狀況：健康 其它：個人家庭-12 這就是關(guān)于周伯通老師實(shí)際事例的一個框架，實(shí)際上，描述每位教師(設(shè)其序號為x)的情況都應(yīng)該有類似這樣的一個框架模式。其框架名為“大學(xué)教師-x”，要了解其它狀況還需要查閱adr-x、sal-x、個人家庭-x等。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,61,3.5.3 框架知識表示特性,框架知識表示也是一種結(jié)構(gòu)化知識表示方法。具體簡述如下： （1）結(jié)構(gòu)化的知識表示。 框架結(jié)構(gòu)表現(xiàn)了人類經(jīng)驗(yàn)和抽象思維的特性，每個框架就是一個獨(dú)立的知識單元，形成了一個相對獨(dú)立的知識模塊。因此，框架法具有模塊化表達(dá)的特點(diǎn)：有直觀

48、、自然，描述層次簡潔，易于擴(kuò)充、修改等優(yōu)點(diǎn)。 （2）可使用模式匹配的推理。 框架表示法發(fā)揮了人、機(jī)都可采用的模式匹配的經(jīng)驗(yàn)手段來模擬推理，巧妙地利用了人、機(jī)都可以進(jìn)行細(xì)微比較的智能。又可以按照框架的多方面多層次分別進(jìn)行模式匹配，便于控制推理過程的精度和效率。 （3）支持上、下層框架屬性知識表達(dá)的繼承。 框架表示法支持上層框架概念抽象和下層框架信息繼承共享的思想，不僅減少了框架信息和屬性知識表達(dá)的冗余，而且保證了上、下層框架知識表達(dá)的一致性。 主要缺點(diǎn)：框架表示法過于死板，難以描述諸如機(jī)器人糾紛等類問題的動態(tài)交互過程生動性。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,62,3.6 過程知識

49、表示法,所謂過程表示法，就是把問題求解的總目標(biāo)劃分為一個個過程(Procedure)目標(biāo)，再結(jié)合知識利用環(huán)節(jié)確定為若干操作步驟，表示為一個個過程。每一個過程就是一段程序，用于完成對一個具體事件或情況的處理。在問題求解中，當(dāng)需要使用某個過程時，就調(diào)用相應(yīng)的程序并執(zhí)行之。這樣，問題的求解與推理，就轉(zhuǎn)換成為一個又一個過程的程序組織與調(diào)用了。 簡言之，依據(jù)問題的求解目標(biāo)，按照事物的發(fā)展過程規(guī)律，用相關(guān)知識加以設(shè)計和描述其求解過程的方法，稱之為過程表示法。 對比前述各種非過程表示法,往往只從個體動作自身行為的獨(dú)立作用和影響出發(fā)，注重于個體環(huán)境的靜態(tài)描述。而過程表示法把問題相關(guān)領(lǐng)域的知識、信息及控制策略等

50、，均隱含表示為一個或多個求解問題的過程，并著重于動態(tài)過程的描述；具體描述其控制行為所導(dǎo)致的一系列狀態(tài)變遷，關(guān)注的是某個對象發(fā)出的若干個連續(xù)操作而導(dǎo)致的過程目標(biāo)。,3.6.1 什么是過程知識表示法?,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,63,3.6.2 使用過程表示法求解九宮問題,這里以九宮問題(又叫做八數(shù)碼難題)求解過程狀態(tài)的描述為例，來說明過程表示法的求解方法及其推理形式。 例2-8 如圖示，可用X0X8來標(biāo)記問題中的九個小方格的對應(yīng)位置，如圖(b) 為問題的目標(biāo)狀態(tài)Sg 。其中，數(shù)字18是對應(yīng)棋子的名稱，中間的小方格是可供移動的空位。求解從任意初始狀態(tài)到達(dá)目標(biāo)狀態(tài)的解路徑。,a

51、),b) Sg,3.6.2 使用過程表示法求解九宮問題,解：依據(jù)九宮問題要達(dá)到的目標(biāo)狀態(tài)來分析，針對任何一個初始狀態(tài)So，設(shè)法使棋子一步步移動空位而逐漸逼近最終目標(biāo)。因此，可按如下步驟來求解： 步1，首先檢查棋盤布局，若SoSg，則檢查X1處棋子是否為數(shù)碼1。是，則轉(zhuǎn)步3；否則任意移動棋牌，使棋子1和空格均不在X3位置上。 步2，按照圖3-17（a）所示的環(huán)形箭頭逆時針(或順時針)方向移動空格，并依 次移動棋牌，直到棋子1位于X1位置，空格位于X8位置時為止。,a),b),c),3.6.2 使用過程表示法求解九宮問題,解：步3，保持X1=1不動，按照圖3-17（b）所示的箭頭方向(或相反方向)

52、移動棋子和空格，直到數(shù)碼2位于X2位置，空格位于X0位置時為止。若這時剛好數(shù)碼3在X3位置上，則轉(zhuǎn)第7步。 步4，按照圖3-17（c）所示環(huán)形的逆時針(或順時針)方向移動空格，并依次移動棋牌，直到數(shù)碼3位于X0位置，空格位于X8位置時為止。 經(jīng)過以上4步，得到的狀態(tài)如圖3-18（a）所示。其中“”表示除空格以外的其它任何棋子。,a),b),c),3.6.2 使用過程表示法求解九宮問題,解：步5，按照圖3-17（d）所示的環(huán)形順時針方向移動空格，并依次移動棋牌，直到空格到X0為止。此時狀態(tài)如圖3-18（c）所示。 步6，按照圖3-17（e）所示的環(huán)形方向移動空格，并依次移動棋牌，直到空格又回到X

53、8為止。此時狀態(tài)如圖3.18（b）所示。 步7，按照圖3-17（c）所示的環(huán)形方向，依次移動棋牌和空格，直到數(shù)碼4位于X4位置，空格位于X0位置。若這時數(shù)碼5剛好位于X5位置上，則轉(zhuǎn)第11步。 步8，按照圖3-17（g）所示的環(huán)形方向移動空格, 并依次移動棋牌，直到數(shù)碼5位于X0，空格位于X8位置時為止。,（d）,（e）,（g）,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,67,3.6.2 使用過程表示法求解九宮問題,解：步9，依次移動棋牌，使得空格位置按照圖3-17（f）所示的環(huán)形方向移動空格, 并依次移動棋牌，直到空格位于X4位置時為止。這時，使數(shù)碼5插入X4位置，再使X6位置數(shù)碼插入

54、X0位置，則空格位于X6位置，如圖3-19（9）所示。 步10，按照圖3-17（f）所示的環(huán)形方向移動空格, 并依次移動棋牌，直到狀態(tài)如圖3-19（10）所示。 步11，按照圖3-17（g）所示的環(huán)形方向移動空格, 并依次移動棋牌，直到狀態(tài)如圖3-19 (11)_Sg1的目標(biāo)狀態(tài)，則問題得解；否則可得到圖3-19(11)_Sg2所示，說明了所給初始狀態(tài)達(dá)不到所要求的目標(biāo)狀態(tài)。,（f）,（g）,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,68,3.6.2 使用過程表示法求解九宮問題,解：,9),10),11),12),1),2),3),4),5),6),7),8),2020/8/5,第3章知

55、識與知識表示 趙東晉,69,3.6.2 使用過程表示法求解九宮問題,這里以具體的九宮八數(shù)碼難題求解過程狀態(tài)的描述為例，來說明過程表示法的求解方法及其推理形式。 例2-8 如圖示，可用X0X8來標(biāo)記問題中的九個小方格的對應(yīng)位置，如圖(b)、(c)分別 為問題的兩種目標(biāo)狀態(tài)Sg1 和Sg2 。其中，數(shù)字18是對應(yīng)棋子的名稱，中間的小方格是可供移動的空位。求解從任意初始狀態(tài)到達(dá)目標(biāo)狀態(tài)的解路徑。,a),b) Sg1,c) Sg2,3.6.2 使用過程表示法求解九宮問題,（1）使X3 處的X1，也不為空格；若X1=1則轉(zhuǎn)（3）。,X,（2）,（3）,（3）保持X1=1不動，按圖方向移動棋子和空格，直到

56、數(shù)碼2位于X2位置，空格位于X0位置時為止。檢查是否X3=3，是則轉(zhuǎn)（7）。,1,（3）,（1）,（4）,1,2,X,（4）,（5）,（5）,（6）,（6）,1,2,3,（7）,（7）,（8）,（7）按圖示方向移動棋子和空格，直到數(shù)碼4位于X4位置，空格位于X8位置時為止。檢查是否X5=5，是則轉(zhuǎn)（11）。,（8）,（9）,3.6.2 使用過程表示法求解九宮問題,X,（2）,（3）,1,（3）,（1）,（4）,1,2,X,（4）,（5）,（5）,（6）,（6）,1,2,3,（7）,（7）,（8）,（9）,（9）,（9）,（10）,（10）,（11）,Sg1 或 Sg2,2020/8/5,第3章

57、知識與知識表示 趙東晉,72,3.6.2 使用過程表示法求解九宮問題,解：上圖(3-19)給出了應(yīng)用以上過程求解一個具體的九宮問題實(shí)例狀態(tài)的描述，其中，圖中（1）(11)，分別對應(yīng)了以上第111步的步驟過程結(jié)束時所達(dá)到的路徑狀態(tài)； (12)則是另一目標(biāo)狀態(tài)。 從圖3-19可以看出，盡管這樣得到的解的路徑不一定是最佳的，但是，按這樣一種過程表示法所編寫的計算機(jī)程序，恰恰具有非常高的求解效率。,a),b),c),2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,73,3.6.3 過程表示法的特點(diǎn),過程表示法針對問題的求解目標(biāo)，遵循事物進(jìn)展過程的規(guī)律求解。因而目標(biāo)明確，易于實(shí)現(xiàn)，效率較高，但維護(hù)性有待

58、提高。其特性如下： （1）目標(biāo)明確。過程表示法把問題求解的總目標(biāo)劃分為若干確定的過程目標(biāo)與操作步驟，使問題求解始終瞄準(zhǔn)總目標(biāo)進(jìn)行，不會偏離方向。 （2）易于實(shí)現(xiàn)。過程表示法著重于表現(xiàn)事物變化動態(tài)過程的描述，針對問題的求解目標(biāo)而設(shè)計操作步驟，符合事物發(fā)展變化規(guī)律，易于人們理解。同時，求解中將其控制性知識融入了系統(tǒng)過程，故控制系統(tǒng)就可以按照過程來規(guī)劃，便于程序的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，也便于保證過程操作中具有較好的可測試性，這對于系統(tǒng)的順利實(shí)現(xiàn)也是有利的。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,74,3.6.3 過程表示法的特點(diǎn),（3）效率較高。使用過程表示知識，而過程就是程序。程序能夠準(zhǔn)確而清楚地

59、表明過程先做什么，后做什么以及怎樣做。用戶可直接將啟發(fā)信息和必要的控制性知識嵌入到過程中，避免了不必要的路徑選擇與跟蹤，使問題的求解一步步逼近最終目標(biāo)，因而提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率。 （4）局限性可維護(hù)性有待提高。其主要不足之處是：系統(tǒng)一旦確立，則不易修改及添加新的情況。原因是當(dāng)我們要對某一過程進(jìn)行修改時，有可能影響到其它的過程，這給系統(tǒng)的擴(kuò)展和維護(hù)帶來了諸多不便。 由于過程表示法對問題的描述沒有固定的模式，要依據(jù)具體問題具體分析來設(shè)計與決策。為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可解釋性和可維護(hù)性，該方法進(jìn)一步發(fā)展趨勢是：需要探討一種把說明性與過程性相結(jié)合的知識表示方法。,2020/8/5,第3章知識與知識表示 趙東晉,75,3.7 Petri網(wǎng)模型表示法,1962年，德國學(xué)者Cah Abam Petri在其博士論文“Communication with Automata”中