人工智能之知识表达与知识库

RuanXiaogangInstituteofArtificialIntelligence&RobotsBeijingUniversityofTechnology人工智能原理(符号计算科学)PrinciplesofArtificialIntelligenceRuanXiaogangInstituteofArtificialIntelligence&RobotsBeijingUniversityofTechnology第三章：知识表达与知识库Chapter03KnowledgeepresentationAndKnowledgeBaseRuanXiaogangInstituteofArtificialIntelligence&RobotsBeijingUniversityofTechnology§01关于机器中的知识Section01OntheKnowledgeinMachinesRuanXiaogangInstituteofArtificialIntelligence&RobotsBeijingUniversityofTechnology§01关于机器中的知识1.1符号主义眼中的：知识与思维符号主义认为：知识的表现形式是符号，或者更为直截了当地，知识就是符号。思维是运用知识的过程，因而，思维的表现形式是符号计算，或者更为直截了当地，思维就是符号计算。RuanXiaogangInstituteofArtificialIntelligence&RobotsBeijingUniversityofTechnology§01关于机器中的知识1.2符号表达PSS中的符号人脑是物理符号系统，计算机也是物理符号系统。然而，人脑和计算机处理的符号是不同的。人脑处理的符号：自然语言符号计算机处理的符号：数字0和1两类不同的物理符号系统一般具有不同的符号体系，除此之外，其符号的存储和操作方式也会不同。RuanXiaogangInstituteofArtificialIntelligence&RobotsBeijingUniversityofTechnology§01关于机器中的知识1.2符号表达PSS间的符号变换设有两类物理符号系统：PSS01和PSS02。如果我们希望用PSS02模拟PSS01，则首先需要将PSS01处理的符号变换为PSS02处理的符号。将PSS01符号变换为PSS02符号，需要建立起PSS01符号与PSS02符号的对应的关系。这种符号间对应的关系就是：符号表达。物理符号系统PSS01物理符号系统PSS02符号表达RuanXiaogangInstituteofArtificialIntelligence&RobotsBeijingUniversityofTechnology§01关于机器中的知识1.3知识表达人脑机器的符号变换知识表达也是符号表达，其中，PSS01是人脑，而PSS02则是机器或计算机。知识表达PSS01PSS02换句话说，知识表达是将人脑中的符号变换为机器或计算机中的符号的过程，是建立人脑符号与机器符号之间对应关系的过程。RuanXiaogangInstituteofArtificialIntelligence&RobotsBeijingUniversityofTechnology§01关于机器中的知识1.4知识表达的目的让机器拥有知识实际上，所谓知识表达，就是知识的形式化。只有形式化的知识才是机器可以存储和利用的知识。人工智能的任务之一，就是让机器或计算机拥有知识，记忆或存储知识。知识表达的目标：对人脑处理的符号，即知识，进行新的描述，建立人脑中的知识与符号计算机中的符号之间的对应关系，便于计算机对知识进行记忆或存储，操作或运算，推理或思维。RuanXiaogangInstituteofArtificialIntelligence&RobotsBeijingUniversityofTechnology§01关于机器中的知识1.5符号计算科学中的知识表达from人脑to符号计算机符号计算科学中的知识表达，并非面向数字计算机的知识表达，因此，知识并不直接变换为数字0和1的编码形式。符号计算科学中的知识表达，是面向符号计算机的知识表达，知识被变换为符号计算机中符号的编码形式。因此，符号计算科学中知识表达的目标是：“建立人脑中的知识与符号计算机中的符号之间的对应的关系。”RuanXiaogangInstituteofArtificialIntelligence&RobotsBeijingUniversityofTechnology§01关于机器中的知识1.6从知识表达的角度划分知识描述性知识(DeclarativeKnowledge)：关于事物概念和性质，以及关系的知识。过程性知识(ProceduralKnowledge)：关于事物运动和发展，以及操作的知识。元知识(Meta-Knowledge)：关于知识的知识，控制和操作知识的知识。符号计算中的知识表达将涉及描述性知识和过程性知识。而元知识的问题，留待符号计算中的问题求解方法去解决。RuanXiaogangInstituteofArtificialIntelligence&RobotsBeijingUniversityofTechnology§01关于机器中的知识1.7从谓词逻辑看知识表达知识表达推理1.知识(1)人总是要死的(2)John是人2.表达(1)x{Human(x)Mortal(x)}(2)Human(John)3.推理(1)方法：归结原理(2)结论：Mortal(John)即：John是要死的RuanXiaogangInstituteofArtificialIntelligence&RobotsBeijingUniversityofTechnology§01关于机器中的知识1.7从谓词逻辑看知识表达两个重要特性从谓词逻辑示例可以发现，知识表达方法应具备两个重要特性：(1)充分的知识表达能力：有能力表达相关领域中的全部知识。(2)有效的逻辑推理结构：其表达的知识具有可利用性。评价两种不同的知识表达方法，其重要依据便在于它们的知识表达的能力，和它们表达的知识所具有的可利用性。RuanXiaogangInstituteofArtificialIntelligence&RobotsBeijingUniversityofTechnology§01关于机器中的知识1.8练习与思考3-1符号计算学派眼中的思维是什么？3-2计算机处理的符号是什么？依你的观点，人脑系统处理的符号是什么？3-3什么是符号表达？什么是知识表达？3-4知识表达方法应具备的主要特性是什么？3-5阐述“知识表达是人脑系统处理的符号与符号计算机处理的符号之间的对应的关系。”这一表述的合理性或不合理性。RuanXiaogangInstituteofArtificialIntelligence&RobotsBeijingUniversityofTechnology§02产生式规则Section02ProductionRulesRuanXiaogangInstituteofArtificialIntelligence&RobotsBeijingUniversityofTechnology§02产生式规则2.1产生式概念ProductionWinston认为，知识可以被包装在一种称为产生式的基本形式中。所谓产生式，即：Production或称产生式规则，即：ProductionRule产生式或产生式规则具有很强的描述或表达描述性知识和过程性知识的能力。RuanXiaogangInstituteofArtificialIntelligence&RobotsBeijingUniversityofTechnology§02产生式规则2.2产生式的形式if-then结构产生式(规则)的基本形式是if－then结构，即：如果：{前提}那么：{结论}if{conditions}then{conclusions}或简单地写作：{前提}{结论}{conditions}{conclusions}RuanXiaogangInstituteofArtificialIntelligence&RobotsBeijingUniversityofTechnology§02产生式规则2.2产生式的形式if-then结构{Stimulus}{Response}(由“刺激”到“响应”){Perception}{Actions}(由“感知”到“行动”){Patterns}{Options}(由“模式”到“选择”){States}{Operations}(由“状态”到“操作”)产生式系统是一种智能机器，一种所谓的“感知－行动”机构(Perception－ActionAgent)，而每一条产生式或产生式规则就是一个微小的“感知－行动”子机构，其中，if－then结构可表达：RuanXiaogangInstituteofArtificialIntelligence&RobotsBeijingUniversityofTechnology§02产生式规则2.2产生式的形式if-then结构一个一般的产生式规则可表述为：if结论1结论2结论m前提1前提2前提nthenRuanXiaogangInstituteofArtificialIntelligence&RobotsBeijingUniversityofTechnology§02产生式规则2.2产生式的形式if-then结构一个具有“或”的前提关系的产生式规则是可分解的，如产生式：if{前提1or前提2}then{结论}可分解为：if{前提1}then{结论}if{前提2}then{结论}因此，我们规定产生式中的前提关系只包含“and”的关系。RuanXiaogangInstituteofArtificialIntelligence&RobotsBeijingUniversityofTechnology§02产生式规则2.2产生式的形式if-then结构一个具有多个结论的产生式规则是可分解的，如产生式：if{前提}then{结论1and结论2}可分解为：if{前提}then{结论1}if{前提}then{结论2}因此，我们规定产生式中的结论只包含一种不可分解的结论。RuanXiaogangInstituteofArtificialIntelligence&RobotsBeijingUniversityofTechnology§02产生式规则2.2产生式的形式if-then结构因此，我们将一个标准的产生式规则规定为如下形式，其中，前提之间的关系为“and”关系：if{结论}前提1前提2前提nthenRuanXiaogangInstituteofArtificialIntelligence&RobotsBeijingUniversityofTechnology§02产生式规则2.2产生式的形式if-then结构更进一步，每一条产生式规则都可标准化为具有两个前提和一个结论的形式，其中，两个前提具有“and”关系：if{结论}前提1前提2then问题：为什么？怎么标准化？RuanXiaogangInstituteofArtificialIntelligence&RobotsBeijingUniversityofTechnology§02产生式规则2.3产生式的Lisp实现表达动物学知识我们有一个很小的关于动物的描述性知识集，共16条知识，其中，每一条知识都由自然语言描述。(1)知识的自然语言描述(2)知识的产生式表达(3)产生式的Lisp实现我们可以用产生式规则(ProductionRule)表达动物知识集中每一条由自然语言描述的知识，同时，用Lisp语言实现这种产生式的表达，即：RuanXiaogangInstituteofArtificialIntelligence&RobotsBeijingUniversi