第八章 人工智能基础知识

人工智能基础知识

人工智能和物理引擎设计

第 八 章 人工智能基础知识

人工智能基础知识

本章主要内容8.1 知识表示

8.2 确定性推理8.3 不确定性推理

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8.1 知识表示 知识与知识表示的概念

一阶谓词逻辑表示法 产生式表示法 框架表示法 语义网络表示法

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知识的概念知识：在长期的生活及社会实践中、在科学研究及实验 中积累起来的对客观世界的认识与经验。 知识：把有关信息关联在一起所形成的信息结构。 知识反映了客观世界中事物之间的关系，不同事物或者 信息关联形式：“如果 ,则 ” 相同事物间的不同关系形成了不同的知识。如果大雁向南飞，则冬天就要来临了。

例如：

“雪是白色的” —— 事实 。“如果头痛且流涕，则有可能患了感冒” —— 规则 。4

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知识的特性1. 相对正确性1+1=2 (十进制) 任何知识都是在一定的条件及环境下产生的，在这种1+1=10 (二进制) 条件及环境下才是正确的。

2. 不确定性

“如果头痛且流涕，则有可能患了感冒”

知识状态：“真” ① 随机性引起的不确定性 “假” ② 模糊性引起的不确定性 “真”与“假”之间的中间 状态 ③ 经验引起的不确定性 小李很高 ④ 不完全性引起的不确定性5

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知识的特性3. 可表示性与可利用性 知识的可表示性: 知识可以用适当形式表示出来，如 用语言、文字、图形、神经网络等。 知识的可利用性: 知识可以被利用。

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知识的分类1. 按知识的作用范围 常识性知识：通用性知识。 领域性知识：专业性的知识。

2. 按知识的作用及表示 1个字节由8个“位”构成。 事实性知识：有关概念、事实、事物的属性及状态等。

一个扇区有512个“字节”的数据。

过程性知识：有关系统状态变化、问题求解过程的操作、演 糖是甜的。 算和行动的知识。

西安是一个古老的城市。 控制性知识(深层知识或元知识):关于如何运用已有的知 一年有春、夏、秋、冬四个季节。 识进行问题求解的知识。7

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知识的分类2. 按知识的作用及表示 例如： 从北京到上海是乘飞机还是火车的问题表示如下： 事实性知识：北京、上海、飞机、时间、费用。 过程性知识：乘飞机、坐火车。 控制性知识：乘坐飞机较快、较贵；坐火车较慢、较 便宜。

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知识的分类3. 按知识的结构及表现形式 逻辑性知识：反映人类逻辑思维过程的知识。 形象性知识：通过事物的形象建立起来的知识。

4. 按知识的确定性

例：什么是树?

确定性知识：可指出其真值为“真”或“假”的知识，是精 确性的知识。 不确定性知识：具有不精确、不完全及模糊性等特

性的知识。

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知识的表示知识表示(knowledge representation):将人类知识形式 化或者模型化。 知识表示是对知识的一种描述，或者说是一组约定，一 种计算机可以接受的用于描述知识的数据结构。 选择知识表示方法的原则：

(1)充分表示领域知识。 (2)有利于对知识的利用。 (3)便于对知识的组织、维护与管理。 (4)便于理解与实现。

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一阶谓词逻辑知识表示方法谓词公式表示知识的步骤： (1)定义谓词及个体。 (2)变元赋值。 (3)用连接词连接各个谓词，形成谓词公式。 例如： 用一阶谓词逻辑表示下列关系数据库。

住户 房间 Zhang 201 Li Occupant 201 Wang Zhao 202 203

电话号码 房间 491 201 Telephone 492 201 451 202 451 20311

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一阶谓词逻辑知识表示方法 用一阶谓词表示：Occupant(Zhang , 201)Occupant(Li,201) Occupant(Wang, 202) Occupant(Zhao, 203) Telephone(491,201)

Telephone(492,201)Telephone(451,202)

Telephone(451,203)12

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一阶谓词逻辑表示法的特点优点：① 自然性 ② 精确性 ③ 严密性

局限性：① 不能表示不确定的知识 ② 组合爆炸 ③ 效率低

④ 容易实现

应用： (1)自动问答系统(Green等人研制的QA3系统) (2)机器人行动规划系统(Fikes等人研制的STRIPS系统) (3)机器博弈系统(Filman等人研制的FOL系统) (4)问题求解系统(Kowalski等设计的PS系统)13

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产生式表示法

“产生式”:1943年，美国数学家波斯特(E. Post) 首先提出。 1972年，纽厄尔和西蒙在研究人类的认知模型中开 发了基于规则的产生式系统。 产生式通常用于表示事实、规则以及它们的不确定 性度量，适合于表示事实性知识和规则性知识。

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产生式表示法1. 确定性规则知识的产生式表示 基本形式： IF P THEN Q或者： P Q 例如：

r4:IF 动物会飞 AND 会下蛋 THEN 该动物是鸟

2. 不确定性规则知识的产生式表示 基本形式： IF P THEN Q (置信度) 或者：P Q

(置信度)

例如： IF 发烧

THEN

感冒 (0.6)15

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产生式表示法3. 确定性事实性知识的产生式表示 三元组表示：(对象，属性，值)

或者：(关系，对象1,对象2)