目錄

一、知識與知識表示

1、知識

2、知識表示

3、知識表示方法

二、謂詞邏輯表示法

1、命題邏輯

2、謂詞邏輯

三、產生式表達法

1、知識的表示方法

2、產生式系統組成

3、推理方式

4、產生式表示法特點

四、語義網絡

1、概念及結構

2、語義網絡的基本語義聯系

3、推理過程

4、語義網絡表示法特點

五、框架表示法? ? ? ??

1、框架結構

2、推理方法

3、框架表示法特點

六、腳本表示法

1、腳本的定義

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一、知識與知識表示

1、知識

? ? ? ? 知識按其作用可以分為三類：

? ? ? ? （1）描述性知識——對象及概念的特征及其相互關系的知識，以及問題求解狀況的知識。

? ? ? ? （2）判斷性知識——與領域有關的問題求解知識。

? ? ? ? （3）過程性知識——問題求解的控制策略，如何用判斷性知識進行推理的知識。

? ? ? ? 按作用的層次，可分為兩類：

? ? ? ? （1）對象級知識——直接描述有關領域對象的知識，也稱為領域相關知識。

? ? ? ? （2）元級知識——描述對象級知識的知識，如關于領域知識的內容、特征、應用范圍、可信程度的知識，也稱為關于知識的知識。

2、知識表示

? ? ? ? 知識表示：人類的知識翻譯成計算機所能接受的形式，翻譯的過程就是符號化的過程。

? ? ? ? 知識表示有如下要求：

? ? ? ? （1）表示能力，能將問題求解所需的知識正確有效地表達出來

? ? ? ? （2）可理解性，所表達的知識簡單、明了、易于理解

? ? ? ? （3）可訪問性，能有效利用所表達的知識

? ? ? ? （4）可擴充性，能方便、靈活地對知識進行擴充

3、知識表示方法

? ? ? ? （1）謂詞邏輯表示法：采用一階謂詞邏輯表示知識，是一種敘述性的知識表示方法，他的推理機制是采用歸結原理，主要用于自動定理證明

? ? ? ? （2）狀態空間表示法：把求解的問題表示成問題狀態、操作、約束、初始狀態和目標狀態。問題的求解過程可以看成是問題狀態在狀態空間的移動過程。

? ? ? ? （3）產生式規則：把知識表示成“模式-動作”對，表示方式自然、簡潔，推理機制以演繹推理為基礎，目前已經是專家系統中最廣泛地一種表示方式，稱為基于規則的系統。

? ? ? ? （4）語義網絡：由結點和結點之間的弧組成，結點表示概念，弧表示他們之間的關系，目前語義網絡已經廣泛用于基于知識的系統。在專家系統中，常與產生式規則一起共同表示知識。

? ? ? ? （5）框架：把知識表示成高度模塊化的結構，框架把關于一個對象或概念的所有信息和知識都存儲在一起的一種數據結構。框架的層次結構可以表示對象之間的相互關系，用框架表示知識的系統稱為基于框架的系統，在專家系統中，框架常常與產生式規則一期共同表示知識。

????????（6）概念從屬：表示自然語言語義的一種理論，特點是便于根據語句進行推理，而且與語句本身所用的語言無關，概念從屬表示的單元并不對應于語句中的單詞，而是能組合成詞義的概念單元。

? ? ? ? （7）腳本：腳本用于描述固定的事件序列，強調事件之間的因果關系/因果鏈，與框架類似，但框架是一種通用的結構而腳本對于某些專門的知識更有效。

? ? ? ? （8）Petri網：能很好地模擬異步并行操作，所以在并行處理和分布式計算機領域中應用較多，主要作為模擬用的教學工具、

? ? ? ? （9）面向對象

二、謂詞邏輯表示法

? ? ? ? 謂詞邏輯表示法：一種重要的知識表示方法，是目前為止能夠表示人類思維活動規律的一種最精確的形式語言，是知識的形式化表示，定理自動證明等研究的基礎。謂詞邏輯基于命題邏輯，包含了整個命題邏輯的概念。

1、命題邏輯

? ? ? ? 命題：具有真假意義的陳述句。

? ? ? ? 命題類型：

????????（1）原子命題——不能分解成更簡單的陳述語句

? ? ? ? （2）復合命題——由連接詞、標點符號和原子命題等符合構成的命題

? ? ? ? 命題邏輯詞：通常用大寫字母P、Q、R、S等來表示命題，如P——今天下雪，P就是命題的名，也叫命題標識符。

? ? ? ? 命題常量：如果一個命題標識符表示確定的命題，稱為命題常量。

? ? ? ? 命題變元：如果命題標識符只表示任意命題的位置標志，稱為命題變元。

? ? ? ? 連接詞：┐、∧、∨、 →、???（離散數學中相同）

2、謂詞邏輯

? ? ? ? 謂詞邏輯是一種形式語言，更接近自然語言，又方便存入計算機處理。

? ? ? ? 謂詞邏輯：根據對象和對象上的謂詞（即對象的屬性和對象之間的關系），通過使用連接詞和量詞（帶有任意?、?）來表示世界。

? ? ? ? 謂詞邏輯的形式：，是個體。

? ? ? ? 把某個事物，人，概念放到括號里，P是謂詞名。

? ? ? ? 謂詞：用來刻畫個體的性質，狀態和個體間的關系。

? ? ? ? 謂詞有多個未知數，就是多個變元，也稱謂詞是多元謂詞。

? ? ? ? 謂詞里面嵌套謂詞就是二階謂詞。

永真和可滿足

????????永真：P在非空個體域上為真，則P永真。

? ? ? ? 個體域上永真：P對個體域D上任何一個解釋都為真，則P在個體域上永真。

? ? ? ? 可滿足的：若存在一個解釋，使得P在此解釋下為真，則P可滿足的。

三、產生式表達法

1、知識的表示方法

? ? ? ? 產生式表達法由珀斯特在1943年提出，用于對符號串做替換運算。

? ? ? ? 確定性規則知識產生式：

? ? ? ? 產生式通常用于表示具有因果關系的知識，其基本形式是：P→Q，或者 IF P THEN Q

? ? ? ? P是產生式的前提，用于指出該產生式是否是可用的條件，Q是一組結論或操作，用于指出前提P所指示的條件被滿足時，應該得出的結論或應該執行的操作。

? ? ? ? 不確定性規則知識的產生式：

????????????????P→Q（可信度）或 IF P THEN Q（可信度）

? ? ? ? P是產生式的前提，用于指出前提P所指示的條件被滿足時，應得到的結論或應執行的操作，當已知事實與前提條件不能精確匹配時，只要“可信度”的需求達到一定的相似度，就認為已知事實與前提條件相匹配。

? ? ? ? 確定性事實性知識的產生式：

? ? ? ? ? ? ? ? （對象，屬性，值）或（關系，對象1，對象2）

? ? ? ? 不確定性事實性知識的產生式：

????????????????（對象，屬性，值，可信度值）或（關系，對象1，對象2，可信度值）

2、產生式系統組成

? ? ? ? 產生式系統組成：一般由規則庫、綜合數據庫和推理機組成。

? ? ? ? 規則庫：

? ? ? ? （1）用于描述某領域內的知識的產生式集合

? ? ? ? （2）規則庫中包含著將問題從初始狀態轉換成目標狀態（或解狀態）的那些變換規則

? ? ? ? （3）規則庫是專家系統的核心

? ? ? ? （4）對產生式系統的性能和運行效率產生直接的影響

? ? ? ? 綜合數據庫：

? ? ? ? （1）又稱為事實庫，用于存放輸入的事實、從外部數據庫輸入的事實以及中間結果（事實）和最后結果的工作區

? ? ? ? （2）當規則庫中的某條產生式的前提可與綜合數據庫中某些已知事實匹配時，該產生式就被激活，并把用它推出的結論放入綜合數據庫中，作為后面推理的已知事實。

? ? ? ? （3）綜合數據庫的內容是不斷變化的，是動態的。

? ? ? ? 推理機：

????????（1）推理機是一個或一組程序，用來控制和協調規則庫與綜合數據庫的運行，包含了推理方式和控制策略。

? ? ? ? （2）控制策略的作用就是確定選用什么規則或如何應用規則。

3、推理方式

? ? ? ? 正向推理：從已知事實出發，通過規則庫求得結論，正向推理方式也稱為數據驅動方式或自底向上的方式。

? ? ? ? 反向推理：從目標（假設）出發，反向使用規則，求得已知事實。反向推理方式也稱為目標驅動方式或自頂向下方式。? ? ? ??

? ? ? ? 雙向推理：推理從兩個方向同時進行，直至某個中間界面上兩個方向結果相符便成功結束。雙向推理相較于上面兩種推理形成的推理網絡更小，從而推理效率更高。

4、產生式表示法特點

? ? ? ? 清晰性：產生式表示格式固定、形式簡單，規則間相互較為獨立，使知識庫建立較為容易，處理較為簡單。

????????模塊性：知識庫與推理庫是分離的，無需修改程序，對系統的推理路徑也容易做出解釋。

????????自然性：產生式表示法用的是“如果...，則...”的形式表達因果關系表示形式，直觀自然，便于推理。

四、語義網絡

? ? ? ? 語義網絡：1968年Quillian博士在研究人類聯想記憶時提出的一種心理學模型，認為記憶時由概念間的聯系實現。

1、概念及結構

? ? ? ? 語義網絡是通過概念和語義關系來表示知識的方法。用有向圖，節點和帶有標注的弧表示。其中有向圖的各節點用來表示各種事物、概念、情況、屬性、狀態、事件和動作等，節點上的標注用來區分各節點所表示的不同對象。

? ? ? ? 每個節點可以有多個屬性，來表征所代表的的對象的特性，節點也可以是一個語義子網絡。

? ? ? ? 弧是有方向的、有標注，方向表示節點間主次關系且方向不能隨意調換。標注用來表示各種語義連接，指明所連接節點間的語義關系。

2、語義網絡的基本語義聯系

? ? ? ? 類屬關系：具體有共同屬性的不同事物間的分類關系、成員關系或實例關系，具有繼承性。AKO（A-Kind-of）表示某一事物是另一事物的一種類型。AMO（A-Member-of）表示某一事物是另一事物的成員。ISA（Is-a）表示某一事物是另一事物的實例。

? ? ? ? 包含關系：表示部分與整體，不具有繼承性。Part-of，Member-of表示一個事物是另一個事物的一部分。

? ? ? ? 屬性關系：事物和其屬性之間的關系，常用的屬性關系：Have，表示某一節點具有另一個節點所描述的屬性，Can表示某一節點能做另一節點的事

? ? ? ? 時間關系：不同事件在其發生時間方面的先后關系，不具有繼承性。Before之前，After之后。

? ? ? ? 位置關系：不同事物在位置方面的關系，不具有繼承性。Located-on，某一節點在另一節點之上。

? ? ? ? 相近關系：不同事物在形狀、內容間相近。Similar-to，表示某一事物與另一事物相近，Near-to，某一事物與另一事物接近。

? ? ? ? 因果關系：某一事件的發生導致另一事件發生，If-then，如果那么。

? ? ? ? 組成關系：某一事物由另一些事物組成，Composed-of。

3、推理過程

? ? ? ? 繼承推理：把對事物的描述從抽象節點傳遞到具體節點，通過繼承可以得到所需節點的一些屬性值，通常沿著ISA、AKO、AMO等繼承弧進行。

? ? ? ? 匹配推理：語義網絡問題的求解一般通過匹配來實現的，所謂匹配是在知識庫的語義網絡中尋找與待求問題相符的語義網絡模式。

4、語義網絡表示法特點

? ? ? ? （1）結構性：語義網絡把事物的屬性以及事物間的各種語義聯系顯式的表現出來，是一種結構化的知識表示法

? ? ? ? （2）聯想性：著重強調事物間的語義聯系，體現人類思維聯想過程。

? ? ? ? （3）自索引性：各節點之間聯系明確、簡潔，連接的弧容易找到相關信息而不用查找知識庫。

? ? ? ? （4）自然性：符合人們表達事物間關系的習慣。

? ? ? ? （5）非嚴格性：沒有公認的形式表示體系，不能保證推理結果正確性。????????

五、框架表示法? ? ? ??

1、框架結構

? ? ? ? 框架：表示某一類情景的結構化的一種數據結構，由一堆槽組成，槽由一堆側面組成。一個槽用于描述所討論對象的某一方面的屬性，一個側面用于描述相應屬性的一個方面，槽和側面所對應的值為槽值和側面值。

? ? ? ? ISA槽：指出對象間的抽象概念上的類屬關系，直觀意義“是一個”，“是一種”，有繼承性。

? ? ? ? AKO槽：用于具體地指出對象間的類屬關系，直觀意義“是一種類型”，有繼承性。

? ? ? ? Instance槽：表示AKO槽的逆關系，有繼承性。

? ? ? ? Part-of槽：表示部分與全體的關系，不具有繼承性。

2、推理方法

? ? ? ? 默認推理：在框架網絡中，各框架通過ISA槽構成半序的繼承關系。在填槽過程中，沒有特別說明，子框架繼承父框架對應槽值。

? ? ? ? 匹配：由框架所構成的知識庫，利用它進行推理、形成概念和作出決策、判斷時，根據已知信息，通過知識庫中預先存儲的框架進行匹配，找到預選框架后形成初步假設，并根據假設框架引導收集信息，根據評價原則對預選框架進行評價，以決定接受或放棄預選框架。

3、框架表示法特點

（1）繼承性：下層框架繼承上層框架的某些屬性和值。

（2）結構化：可以把知識的內部結構和知識的聯系表示出來。

（3）自然性：根據人類思維和理解來進行修改補充框架。

（4）推理靈活多變：對帶求解問題靈活采取推理方法。

（5）不善于過程性知識：通常與產生式表示法結合使用。

六、腳本表示法

1、腳本的定義

? ? ? ? 人類的日常行為表示為一個敘事體，敘事體由若干語句組成，將語句中的行為用原語行為集表示，每一個原語包含動詞意義概念。將各個原語間的相互依賴關系，和原語集中的概念表示出來就是腳本。

????????主要的11種原語:INCEST，PROPEL，CRASP，EXPEL，PTRANS，MOVE，ATRANS，MTRANS，MBUILD，SPEAK，ATTEND

? ? ? ? 腳本的推理方法一般是基于匹配的推理方法。

參考視頻：【人工智能教程】2.1 - 知識表示概述_嗶哩嗶哩_bilibili

參考書籍：《人工智能原理》丁世飛