,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,章 知识与知识表示 李长河主编,*,学海无涯,学海无涯,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,章 知识与知识表示 李长河主编,*,学海无涯,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,章 知识与知识表示 李长河主编,*,学海无涯,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,章 知识与知识表示 李长河主编,*,学海无涯,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,章 知识与知识表示 李长河主编,*,学海无涯,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,章 知识与知识表示 李长河主编,*,学海无涯,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,章 知识与知识表示 李长河主编,*,学海无涯,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,章 知识与知识表示 李长河主编,*,学海无涯,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,章 知识与知识表示 李长河主编,*,学海无涯,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,章 知识与知识表示 李长河主编,*,学海无涯,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,章 知识与知识表示 李长河主编,*,学海无涯,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,章 知识与知识表示 李长河主编,*,学海无涯,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,章 知识与知识表示 李长河主编,*,学海无涯,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,章,人工智能知识与知识表示,学海无涯,11/15/2024,第3章 知识与知识表示,1,第3章 人工智能知识与知识表示 学海无涯10/9/20,第,3,章 知识与知识表示,3.1,知识表示概述,3.2,谓词逻辑的知识表示,3.3,产生式表示法,3.4,语义网络表示法,3.5,框架知识表示法,3.6,过程知识表示法,3.7,Petri,网模型表示法,3.8,面向对象的知识表示,3.9,其它知识表示法,学海无涯,11/15/2024,第3章 知识与知识表示,2,第3章 知识与知识表示 3.1 知识表示概,3.5,框架知识表示法,框架表示法,诞生于,1975,年，这也是,一种结构化的知识表示方法,，并已在多种系统中得到成功的应用。框架理论是由人工智能科学创始人之一，美国著名的人工智能学者,M.L.Minsky(,明斯基,),提出来的。,Minsky,在其论文,A framework for representing knowledge,中认为，框架理论可作为人类理解视觉、自然语言及其它复杂行为的基础。,11/15/2024,第3章 知识与知识表示,3,3.5 框架知识表示法 框架表示法诞生于19,3.5,框架知识表示法,按照,Minsky,提出的框架理论，自然界各种事物都可用框架,(Frame),组织构成。每个被定义的框架对象分别代表着不同的特殊知识结构，从而可在大脑或计算机中表示、存储并予以认识、理解和处理。,框架是一种被用来描述某个对象（诸如一个事物、一个事件或一个概念）属性知识的数据结构。,11/15/2024,第3章 知识与知识表示,4,3.5 框架知识表示法 按照Minsky提出的框,3.5,框架知识表示法,其次,Minsky,等人还针对框架应用提出了一些实用性的问题,:,1),依据给定的条件，如何选择初始框架；,2),为了表现事物关联信息及各部分细节，如何按照框架的数据项赋值；,3),当所选用的框架不满足给定的条件时，如何寻找新的框架；,4),当找不到合适的框架时，是修改旧的框架还是建立一个新框架等。,11/15/2024,第3章 知识与知识表示,5,3.5 框架知识表示法 其次,Minsky等人还,这种知识表示法实际上是一种多层次的数据结构形式。,1,.,具体框架的设计思路,:,1),依据要表示的问题定义框架名；,2),为了表现事物关联信息及各部分细节，框架可包含若干子框架；主框架表示主问题，子框架表示子问题。,3),赋以槽号和指针加以连接；,4),每一框架还可划分侧面，由侧面名和值加以区分；,5),列举数据项与记录值，如相关槽值、侧面值等表示属性和特征。,3.5.1,如何建立某个事物的框架,11/15/2024,第3章 知识与知识表示,6,这种知识表示法实际上是一种多层次的数据结构形式。3.5,2,.,具体框架的设计步骤,:,（,1,）,框架知识学习。对当前事物或对象进行观察与分析，把要认识的对象与选定的框架知识表示进行比对，完成对象属性及其知识的了解与学习；,（,2,）,建立框架模式与概念。依据以往的经验，可在脑海的记忆中勾画出一个粗略的框架模式，予以装配，并给定一个框架名表示其概念；,（,3,）,框架的资料数值填写。在对该事物有了更加全面深入的了解后，再依据现实情况比照框架体的细节加以替换、修改和补充，按照框架的数据项（所定义的框架槽名和框架的侧面名）的要求，完成相关对象属性及其知识等资料数值的填写，以便逐步形成一个完整而具体的框架结构。,3.5.1,如何建立某个事物的框架,11/15/2024,第3章 知识与知识表示,7,2.具体框架的设计步骤:3.5.1 如何建立某个事物,3,.,框架设计举例,:,相对于简单的问题描述，,框架可退化为一张数据表格结构。例如关于人物的知识，可设计为如下一张简单表格：,S.NO1.,姓名 性别 年龄 民族 职业 工作单位 兴趣与爱好,N X,S.NO2.,最喜欢的颜色 个性 最动容的事 最厌恶的事 座右铭,通过几项调查，就可以把关于某个人物的知识情况等，了解得清清楚楚。,3.5.1,如何建立某个事物的框架,11/15/2024,第3章 知识与知识表示,8,3.框架设计举例:3.5.1 如何建立某个事物的框,3.5.1,如何建立某个事物的框架,比如，当某人第一次听说有一种叫犀牛的动物，虽然他当时还从没看到过犀牛，但他很自然按照经验，首先,比照脑海中耕牛的“框架”形象来想象犀牛：个头大，有皮毛，是哺乳动物并有蹄子，头上长角等。,当然，要建立一个具体的、如同“犀牛”那样一个生动而真实的框架结构，还需要对犀牛进行实际细微的观察，并比照框架体的细节不断地加以替换、修改和补充，最后才能获得关于“犀牛”的完善框架结构。,11/15/2024,第3章 知识与知识表示,9,3.5.1 如何建立某个事物的框架 比如，当某人,3.5.2,框架的知识表示模式举例,下面是一个关于“大学教师”的框架设计模式。,框架名：大学教师,姓名：单位（姓，名）,年龄：单位（岁）,性别：范围,(,（男，女）缺省：男,),学历：范围（学士，硕士，博士）,职称：范围,(,（教授，副教授，讲师，助教）缺省：讲师,),部门：范围（学院（或系、处）,住址：住址框架,工资：工资框架,参加工作时间：单位（年，月）,健康状况：范围（健康，一般，较差）,其它：范围（个人家庭框架，个人经济状况框架）,上述框架共有,十一个槽,，分别描述了关于“大学教师”的十一个方面的知识及其属性。在每个槽里都指定了一些说明性的信息，表明了相关槽的值的填写要有某些限制。,11/15/2024,第3章 知识与知识表示,10,3.5.2 框架的知识表示模式举例,3.5.2,框架的知识表示模式举例,例如把某教师周伯通的一组信息填入“大学教师”框架的各个槽，可得：,框架名：大学教师,-12,姓名：周伯通,年龄：,29,性别：男,学历：博士,职称：副教授,部门：计算机科学与工程学院,住址：,adr-12,工资：,sal-12,参加工作时间：,2004,，,9,健康状况：健康,其它：个人家庭,-12,这就是关于周伯通老师实际事例的一个框架，实际上，描述每位教师,(,设其序号为,x),的情况都应该有类似这样的一个框架模式。其框架名为“大学教师,-x”,，要了解其它状况还需要查阅,adr-x,、,sal-x,、个人家庭,-x,等。,11/15/2024,第3章 知识与知识表示,11,3.5.2 框架的知识表示模式举例 例如把某,3.5.3,框架知识表示特性,框架知识表示也是一种结构化知识表示方法。具体简述如下：,（,1,）,结构化的知识表示。,框架结构表现了人类经验和抽象思维的特性，,每个框架就是一个独立的知识单元，形成了一个相对独立的知识模块。,因此，框架法具有模块化表达的特点：有,直观、自然，描述层次简洁，易于扩充、修改,等优点。,（,2,）,可使用模式匹配的推理。,框架表示法发挥了人、机都可采用的模式匹配的经验手段来模拟推理，巧妙地利用了人、机都可以进行细微比较的智能。,又可以按照框架的多方面多层次分别进行模式匹配，便于控制推理过程的精度和效率。,（,3,）,支持上、下层框架属性知识表达的继承。,框架表示法支持上层框架概念抽象和下层框架信息继承共享的思想,，不仅减少了框架信息和属性知识表达的冗余，而且保证了上、下层框架知识表达的一致性。,主要缺点,：框架表示法过于死板，难以描述诸如机器人纠纷等类问题的动态交互过程生动性。,11/15/2024,第3章 知识与知识表示,12,3.5.3 框架知识表示特性 框架知识表示也是一种结构化,3.6,过程知识表示法,所谓过程表示法，就是把问题求解的总目标划分为一个个过程,(Procedure),目标，再结合知识利用环节确定为若干操作步骤，表示为一个个过程。每一个过程就是一段程序，用于完成对一个具体事件或情况的处理。在问题求解中，当需要使用某个过程时，就调用相应的程序并执行之。这样，问题的求解与推理，就转换成为一个又一个过程的程序组织与调用了。,简言之，,依据问题的求解目标，按照事物的发展过程规律，用相关知识加以设计和描述其求解过程的方法，称之为过程表示法,。,对比前述各种非过程表示法,往往只从个体动作,自身行为的独立作用和影响出发，注重于个体环境的静态描述。而过程表示法把问题相关领域的知识、信息及控制策略等，均隐含表示为一个或多个求解问题的过程，并着重于动态过程的描述；具体描述其控制行为所导致的一系列状态变迁，关注的是某个对象发出的若干个连续操作而导致的过程目标。,3.6.1,什么是,过程知识表示法,?,11/15/2024,第3章 知识与知识表示,13,3.6 过程知识表示法 所谓过程表示法，就是,3.6.2,使用过程表示法求解九宫问题,这里,以九宫问题,(,又叫做,八数码难题,),求解过程状态的描述为例，来说明过程表示法的求解方法及其推理形式,。,例,3-8,如图示，可用,X,0,X,8,来标记问题中的九个小方格的对应位置，如图,(b),为问题的目标状态,S,g,。其中，数字,1,8,是对应棋子的名称，中间的小方格是可供移动的空位。求解从任意初始状态到达目标状态的解路径。,X,1,X,2,X,3,X,8,X,0,X,4,X,7,X,6,X,5,1,2,3,8,4,7,6,5,a),b),S,g,11/15/2024,第3章 知识与知识表示,14,3.6.2 使用过程表示法求解九宫问题 这里以九宫问题(,3.6.2,使用过程表示法求解九宫问题,解：,依据九宫问题要达到的目标状态来分析，针对任何一个初始状态,So,，设法使棋子一步步移动空位而逐渐逼近最终目标。因此，可按如下步骤来求解：,步,1,，首