知识表示方法语义网络和框架表示方法.

12.5语义网络表示法•2.5.1语义网络的基本概念•2.5.2事务和概念的语义网络表示•2.5.3情况和动作的语义网络表示•2.5.4逻辑关系的语义网络表示•2.5.5语义网络的求解过程•2.5.6语义网络表示法的特征•语义网络是奎廉(J.R.Quillian)1968年在研究人类联想记忆时提出的一种心理学模型，认为记忆是由概念间的联系实现的。随后，奎廉又把它用作知识表示。1972年，西蒙在他的自然语言理解系统中也采用了语义网络表示法。1975年，亨德里克(G.G.Hendrix)又对全称量词的表示提出了语义网络分区技术。22.5.1语义网络的基本概念什么是语义网络(1/2)•什么是语义网络•语义网络是一种用实体及其语义关系来表达知识的有向图。•结点代表实体，表示各种事物、概念、情况、属性、状态、事件、动作等；•弧代表语义关系，表示它所连结的两个实体之间的语义联系，它必须带有标识。•语义基元•语义网络中最基本的语义单元称为语义基元，可用三元组表示为：•（结点1，弧，结点2）•基本网元•指一个语义基元对应的有向图•例如：若有语义基元（A,R,B），其中，A、B分别表示两个结点，R表示A与B之间的某种语义联系，则它所对应的基本网元如下图所示：ABR32.5.1语义网络的基本概念什么是语义网络(2/2)•语义网络的简单例子•例2.7用于一网络表示“鸵鸟是一种鸟”•语义网络与产生式对应的表示能力•事实的表示：•例：“雪的颜色是白的”•规则的表示：•例：规则R的含义是“如果A则B”鸵鸟鸟是一种雪白颜色ABR42.5.1语义网络的基本概念基本的语义关系(1/6)•实例关系：ISA•体现的是“具体与抽象”的概念，含义为“是一个”，表示一个事物是另一个事物的一个实例。例•分类关系：AKO•亦称泛化关系，体现的是“子类与超类”的概念，含义为“是一种”，表示一个事物是另一个事物的一种类型。例•成员关系：A-Member-of•体现的是“个体与集体”的关系，含义为“是一员”，表示一个事物是另一个事物的一个成员。例•上述关系的主要特征•最主要特征是属性的继承性，处在具体层的结点可以继承抽象层结点的所有属性。如以上例子鸟动物AKO张强共青团员A-Member-of人李刚ISA52.5.1语义网络的基本概念基本的语义关系(2/6)•属性关系•指事物和其属性之间的关系。常用的属性关系有：•Have：含义为“有”，表示一个结点具有另一个结点所描述的属性•Can：含义为“能”、“会”，表示一个结点能做另一个结点的事情•例如：“鸟有翅膀”•Age:含义为“年龄”，表示一个结点是另一个结点在年龄方面的属性•例如：“张强18岁”鸟翅膀Have张强18Age62.5.1语义网络的基本概念基本的语义关系(3/6)•聚类关系•亦称包含关系。指具有组织或结构特征的“部分与整体”之间的关系。常用的包含关系是：•Part-of：含义为“是一部分”，表示一个事物是另一个事物的一部分。•例如，“大脑是人体的一部分”•再如，“黑板是墙体的一部分”•聚类关系与实例、分类、成员关系的主要区别•聚类关系一般不具备属性的继承性。•如上两个例子，大脑不一定具有人的各种属性•黑板也不具有墙的各种属性。大脑人体Part-of黑板墙体Part-of72.5.1语义网络的基本概念基本的语义关系(4/6)•时间关系•指不同事件在其发生时间方面的先后次序关系。•常用的时间关系有：•Before：含义为“在前”，表示一个事件在另一个事件之前发生•After:含义为“在后”，表示一个事件在另一个事件之后发生•例如：“北京奥运会在悉尼奥运会之后”北京奥运会悉尼奥运会After82.5.1语义网络的基本概念基本的语义关系(5/6)•位置关系•指不同事物在位置方面的关系。常用的位置关系有：•Located-on：含义为“在上”，表示某一物体在另一物体之上•Located-at：含义为“在”，表示某一物体所在的位置•Located-under：含义为“在下”，表示某一物体在另一物体之下•Located-inside：含义为“在内”，表示某一物体在另一物体之内；•Located-outside：含义为“在外”，表示某一物体在另一物体之外。•例如，“书在桌子上”书桌子Located-on92.5.1语义网络的基本概念基本的语义关系(6/6)•相近关系•指不同事物在形状、内容等方面相似或接近。常用的相近关系有：•Similar-to：含义为“相似”，表示某一事物与另一事物相似•Near-to：含义为“接近”，表示某一事物与另一事物接近•例如，“猫似虎”虎猫Similar-to102.5.2事物和概念的表示表示一元关系•一元关系•指可以用一元谓词P(x)表示的关系。谓词P说明实体的性质、属性等。•描述的是一些最简单、最直观的事物或概念，•常用：“是”、“有”、“会”、“能”等语义关系来说明。如，“雪是白的”。•一元关系的描述•应该说，语义网络表示的是二元关系。如何用它来描述一元关系？•结点1表示实体，结点2表示实体的性质或属性等，弧表示语义关系。•例如，“李刚是一个人”为一元关系，其语义网络如前所示。•例2.8用语义网络表示“动物能运动、会吃”。运动吃动物CanCan112.5.2事物和概念的表示表示二元关系(1/4)•二元关系•可用二元谓词P(x,y)表示的关系。其中，x,y为实体，P为实体之间的关系。•单个二元关系可直接用一个基本网元来表示，如前介绍的一些常用的二元关系及其表示。•对复杂关系，可通过一些相对独立的二元或一元关系的组合来实现。•例2-9用语义网络表示：•动物能运动、会吃。•鸟是一种动物，鸟有翅膀、会飞。•鱼是一种动物，鱼生活在水中、会游泳。•对于这个问题，各种动物的属性按属性关系描述，动物之间的分类关系用类属关系描述。122.5.2事物和概念的表示表示二元关系(2/4)动物吃运动翅膀水中鸟鱼飞游泳CanCanAKOLiveHaveCanAKOCan132.5.2事物和概念的表示表示二元关系(3/4)•例2-10用语义网络表示：•王强是理想公司的经理；•理想公司在中关村；•王强28岁。•中关村理想公司王强经理28岁Located-at-Work-forHeadshipAge142.5.2事物和概念的表示表示二元关系(4/4)•例2-11：李新的汽车的款式是“捷达”、银灰色。•王红的汽车的款式是“凯越”、红色。•李新和王红的汽车均属于具体概念,可增加“汽车”这个抽象概念。捷达李新汽车1银灰色人汽车交通工具王红汽车2红色凯越BrandOwnerColorISAISAAKOColorOwnerBrandISAISA152.5.2事物和概念的表示表示多元关系•多元关系•可用多元谓词P(x1，x2，……)表示的关系。其中，个体x1，x2，……为实体，谓词P说明这些实体之间的关系。•用语义网络表示多元关系时，可把它转化为一个或多个二员关系的组合，然后再利用下一节讨论的合取关系的表示方法，把这种多元关系表示出来。162.5.3情况和动作的表示情况的表示(1/2)•表示方法：西蒙提出了增加情况和动作结点的描述方法•例2-12：用语义网络表示：•“小燕子这只燕子从春天到秋天占有一个巢”•需要设立一个占有权结点，表示占有物和占有时间等。小燕子燕子鸟巢鸟窝春天时间秋天情况占有权占有资格ISAAKOOwneeStarAKOAKOEndAKOAKOOwnerAKO172.5.3情况和动作的表示情况的表示(2/2)•对上述问题，也可以把占有作为一种关系，并用一条弧来表示，但在这种表示方法下，占有关系就无法表示了•小燕子燕子鸟巢鸟窝ISAAKOOwnsAKO182.5.3情况和动作的表示事件和动作的表示•用语义网络表示事件或动作时，需要设立一个事件或动作结点•动作结点：由一些向外引出的弧来指出动作的主体与客体。•例2-13用于语义网络表示：•“常河给江涛一张磁盘”•事件结点：•如上例用一个事件结点描述一张磁盘常河给江涛GiftReceiverGiver一张磁盘给予事件给常河江涛GiftReceiverGiverAction192.5.4逻辑关系的表示合取和析取的表示•表示方法：可通过增加合取结点和析取结点来实现例2-14:用语义网络表示如下事实：•“参赛者有教师、有学生、有高、有低”•首先需要分析参赛者的不同情况，可得到以下四种情况：•A教师、高；B教师、低•C学生、高；D学生、低•然后在按照他们的逻辑关系用语义网络表示出来。人参赛者ABCD或或教师学生高低与IsPartPartPartPartStateStateStateState202.5.4逻辑关系的表示否定的表示(1/2)•可分为基本语义关系的否定和一般语义关系的否定•基本语义关系的否定的表示•可通过在有向弧上直接标注该基本语义关系的否定的方法来解决。•例2-15:用语义网络表示：书不在桌子上•采用在有向弧上直接标注该基本语义关系的否定的方法，该语义网络为•书桌子¬Located-on212.5.4逻辑关系的表示否定的表示(2/2)•一般语义关系的否定的表示•对一般语义关系的否定，通常需要引进“非”节点来表示。•例2-16：用语义网络表示：•常河没有给江涛一张磁盘•采用引进“非”节点的方法，其语义网络如下图一张磁盘给非常河江涛GiftGiverReceiver222.5.4逻辑关系的表示蕴含的表示•通过增加蕴含关系节点来实现•在蕴含关系中，有两条指向蕴含节点的弧，一条代表前提条件，标记为ANTE；另一条代表结论，标记为CONSE。•例2-18：用语义网络表示如下知识：•“如果学校组织大学生机器人竞赛活动，那么李强就参加比赛”•该蕴含关系的语义网络如下图。其中，在前提条件中，机器人竞赛的组织者是学校，参赛对象是学生操纵的机器人，而机器人只不过是一种智能机器。学校比赛活动机器人机器人竞赛蕴含参加比赛学生智能机器李强人RacerAKOConstitutionManipulatorANTECONSEISAAKOAKOJoiner232.5.4逻辑关系的表示存在和全称量词的表示(1/4)•存在量词：可直接用“ISA”、“AKO”等这样的语义关系来表示•全称量词：可采用亨德里克提出的网络分区技术•基本思想：把一个复杂命题划分为若干个子命题，每个子命题用一个较简单的语义网络表示，称为一个子空间，多个子空间构成一个大空间。每个子空间看作是大空间中的一个结点，称作超结点。空间可逐层嵌套，子空间之间用弧互相连结。•例2-19用语义网络表示如下事实：•“每个学生都学习了一门程序设计语言”•其语义网络如下图。在该图中：•GS是一个概念结点，它表示具有全称量化的一般事件。•g是一个实例结点，代表GS中的一个具体例子，如上所提到的事实。•s是一个全称变量，表示任意一个学生。•l是一个存在变量，表示某一次学习。•P是一个存在变量，表示某一门程序设计语言。•这样，s、l、p之间的语义联系就构成一个子空间，它表示对每一个学生s，都存在一个学习事件l和一门程序设计语言p。242.5.4逻辑关系的表示存在和全称量词的表示(2/4)•在从结点g引出的三条弧中，弧“ISA”说明结点g是GS中一个实例；弧“F”说明它所代表的子空间及其具体形式；弧“”说明它所代表的全称量词。GSg+slp学生学习程序语言ISAISAISAFSubjectObjectISA252.5.4逻辑关系的表示存在和全称量词的表示(3/4)•每一个全称量词都需要一条这样的弧，子空间中有多少个全称量词，就需要有多少条这样的弧。•例2-19用语义网络表示事实：•“每个学生都学习了所有的程序设计课程”•其语义网络如下图所示。其中，结点g有两条指向全称变量的弧。学生学习程序设计课gGSslpISAISAISASubjectObjectISAF262.5.4逻辑关系的表示存在和全称量词的表示(4/4)•另外，在网络分区技术中，要求F指向的子空间中的所有非全称变量结点都应该是存在量词约束的变量，否则应放在子空间的外面。•例2-21:用语