1知识表示知识表示2上章回顾上章回顾人工智能的基本技术人工智能的基本技术?推理技术推理技术?搜索技术搜索技术?知识表示技术知识表示技术?知识知识获取技术获取技术?智能系统构成技术智能系统构成技术2第二章知识表示第二章知识表示3知识表示知识表示2主要内容主要内容谓词逻辑表示法谓词逻辑表示法状态空间表示法状态空间表示法与或图表示法与或图表示法产生式表示法产生式表示法语义网络表示法语义网络表示法框架表示法框架表示法脚本表示法脚本表示法面向对象表示法面向对象表示法Petri 网表示法网表示法4知识表示知识表示22.1 知识与知识表示的概念知识与知识表示的概念知识是人们在实践中积 累起来的解决问题的方 法和策略知识是人们在实践中积 累起来的解决问题的方 法和策略.一、知识一、知识培根：知识就是力量培根：知识就是力量5知识表示知识表示2知识的类型知识的类型按知识的确定性分按知识的确定性分确定性知识确定性知识不不确定性知识确定性知识6知识表示知识表示2二、知识表示（二、知识表示（Knowledge Representation）把面向人的知识转化为计算机可 以接受的形式。把面向人的知识转化为计算机可 以接受的形式。面向人的知识表示可以用是语言、文 字、数字、符号、公式、图表、图形、 图像等多种形式。这些表示形式是人所 能接受、理解和处理的形式。面向人的知识表示可以用是语言、文 字、数字、符号、公式、图表、图形、 图像等多种形式。这些表示形式是人所 能接受、理解和处理的形式。7知识表示知识表示2知识表示方法知识表示方法/技术技术?确定性知识表示确定性知识表示?不确定性知识表示不确定性知识表示8知识表示知识表示2人工智能中几种知识表示方法人工智能中几种知识表示方法?状态空间法状态空间法 ?产生式法产生式法 ?谓词逻辑法谓词逻辑法 ?语义网络法语义网络法?框架表示框架表示 ?剧本表示剧本表示 ?过程表示过程表示 ?面向对象法面向对象法 ?Petri网知识表示法网知识表示法 ?9知识表示知识表示22.2 谓词逻辑知识表示谓词逻辑知识表示10知识表示知识表示22.2.1 谓词逻辑知识表示基础知识谓词逻辑知识表示基础知识11知识表示知识表示2一、基本概念一、基本概念1. 命题命题可以判断其值为真或假的句子可以判断其值为真或假的句子。注：命题不能同时既为真又为假注：命题不能同时既为真又为假命题真假有条件。命题真假有条件。例例: 北京是中国的首都。（北京是中国的首都。（T） 北京是中国的首都。 （） 北京是中国的首都。 （ F ）12知识表示知识表示22. 谓词谓词带有参数的命题称为谓词带有参数的命题称为谓词。形式：谓词名（个体形式：谓词名（个体1，个体，个体2）说明：谓词名用大写英文字母；说明：谓词名用大写英文字母；个体名用小写英文字母；个体名用小写英文字母；个体可以是常量、变量、函数；个体可以是常量、变量、函数；个体数目为谓词的元数。个体数目为谓词的元数。13知识表示知识表示2例：用谓词表示下列命题例：用谓词表示下列命题1.王红是学生。王红是学生。2.王红的父亲是老师。王红的父亲是老师。STUDENT(wanghong)TEACHER(father(wanghong)14知识表示知识表示2二、谓词的连接词二、谓词的连接词1.连接词：连接词： ：合取 ：析取 ：单条件连接符（蕴含） ：合取 ：析取 ：单条件连接符（蕴含）PQ ：双条件连接符（当且仅当）：双条件连接符（当且仅当）适用于命题逻辑和谓词逻辑适用于命题逻辑和谓词逻辑。15知识表示知识表示22. 谓词连接词应用举例谓词连接词应用举例1.王红不是学生。王红不是学生。2.王红既是研究生又是老师。王红既是研究生又是老师。STUDENT(wanghong)YJS(wanghong) LS(wanghong)16知识表示知识表示22. 谓词连接词应用举例谓词连接词应用举例3.天气有时晴朗有时下雨。天气有时晴朗有时下雨。 4.我喜欢音乐和绘画。我喜欢音乐和绘画。SUNNY RAININGLIKE( I,music) LIKE( I,painting)17知识表示知识表示22. 谓词连接词应用举例谓词连接词应用举例5.如果王红考试不及格，那么他必须重新这门课。如果王红考试不及格，那么他必须重新这门课。 6.若若x是整数，则是整数，则x或为负或为正。或为负或为正。 7.当且仅当人是高级动物。当且仅当人是高级动物。PASS(wanghong,object)CX(wanghong,object)I(x) P(x) N(x)PEOPLE ANIMAL( highgrade)18知识表示知识表示2三、量词三、量词1. 量词量词 对谓词中的个体作出量的规定。对谓词中的个体作出量的规定。 2. 量词的类型量词的类型 全称量词： （任何一个；所有的） 存在量词： （至少一个；存在）全称量词： （任何一个；所有的） 存在量词： （至少一个；存在） 3. 量词的阶数量词的阶数 一阶谓词：量词仅对参数限定。 高阶量词：量词对谓词名限定。一阶谓词：量词仅对参数限定。 高阶量词：量词对谓词名限定。19知识表示知识表示2四、谓词公式四、谓词公式用连接词把谓词连接起来构成谓词公式用连接词把谓词连接起来构成谓词公式20知识表示知识表示22.2.2 谓词逻辑知识表示法谓词逻辑知识表示法定义谓词定义谓词用连接词或量词把谓词连接成 谓词公式用连接词或量词把谓词连接成 谓词公式21知识表示知识表示2例题讲解例题讲解1.所有教师都有自己的学生。所有教师都有自己的学生。2.所有的整数不是偶数就是奇数。所有的整数不是偶数就是奇数。22知识表示知识表示2例题讲解例题讲解3. 刘欢比他父亲出名。刘欢比他父亲出名。高杨是计算机系的一名学生，但他不喜欢编程序。高杨是计算机系的一名学生，但他不喜欢编程序。23知识表示知识表示2例题讲解例题讲解4.自然数都是大于零的整数。自然数都是大于零的整数。 偶数除以偶数除以2是整数。是整数。24知识表示知识表示22.2.3 谓词逻辑表示的应用谓词逻辑表示的应用机器人移盒子机器人移盒子abcTABLE(x) x的个体域的个体域a,bEMPTY(y) y的个体域的个体域robotAT(y,z) z的个体域的个体域a,b,cHOLDS(y,w) w的个体域的个体域boxON(w,x)描述状态的谓词描述状态的谓词25知识表示知识表示2问题的初始状态：问题的初始状态： AT(robot, c) EMPTY(robot) ON(box, a) TABLE(a) TABLE(b) 问题的目标状态问题的目标状态：AT(robot, c) EMPTY(robot) ON(box, b) TABLE(a) TABLE(b)abc26知识表示知识表示2需要定义的操作：需要定义的操作：Goto(x, y)：从：从x处走到处走到y处。处。 Pickup(x)：在：在x处拿起盒子。处拿起盒子。 Setdown(x)：在：在x处放下盒子。处放下盒子。abc27知识表示知识表示2 求解过程求解过程-1 AT ( robot , c ) EMPTY ( robot ) ON ( box , b ) TABLE ( a ) TABLE ( b ) AT ( robot , a ) EMPTY ( robot ) ON ( box , a ) TABLE ( a ) TABLE ( b ) GOTO ( c , a )初始状态初始状态28知识表示知识表示2 AT ( robot , a ) EMPTY ( robot ) ON ( box , a ) TABLE ( a ) TABLE ( b ) AT ( robot , a ) HOLDS ( robot , box ) TABLE ( a ) TABLE ( b ) PICK-UP ( x ) 求解过程求解过程-229知识表示知识表示2 AT ( robot , b ) HOLDS ( robot , box ) TABLE ( a ) TABLE ( b ) GOTO ( a , b ) AT ( robot , a ) HOLDS ( robot , box ) TABLE ( a ) TABLE ( b ) 求解过程求解过程-330知识表示知识表示2 AT ( robot , b ) EMPTY ( robot ) ON ( box , b ) TABLE ( a ) TABLE ( b ) SET-DOWN ( b ) AT ( robot , b ) HOLDS ( robot , box ) TABLE ( a ) TABLE ( b ) 求解过程求解过程-431知识表示知识表示2 AT ( robot , c ) EMPTY ( robot ) ON ( box , b ) TABLE ( a ) TABLE ( b ) GOTO ( b , c ) AT ( robot , b ) EMPTY ( robot ) ON ( box , b ) TABLE ( a ) TABLE ( b )目标状态目标状态 求解过程求解过程-532知识表示知识表示2练习：用谓词逻辑表示下面英文句子练习：用谓词逻辑表示下面英文句子For every set x, there is a set y, such that the cardinality of y is greater than the cardinality of x.33知识表示知识表示2谓词逻辑表达法的优点表现为： 严格性、通用性、自然性、模块性；谓词逻辑表达法的优点表现为： 严格性、通用性、自然性、模块性；缺点表现为：效率低。缺点表现为：效率低。34知识表示知识表示22.3 状态空间表示法状态空间表示法一、状态空间表示法一、状态空间表示法用状态和操作符来表示问题。用状态和操作符来表示问题。35知识表示知识表示2用用状态状态和操作符来表示问题。和操作符来表示问题。描述问 题求解 过程中 不同时 刻的描述问 题求解 过程中 不同时 刻的状 况状 况。初始状态 中间状态 目标状态初始状态 中间状态 目标状态36知识表示知识表示2用状态和用状态和操作符操作符来表示问题。来表示问题。表示对 状态的 操作。表示对 状态的 操作。状态的变换手段状态的变换手段37知识表示知识表示2目标状态初始状态操作符序列问题的解问题的解38知识表示知识表示2二、状态空间表示法的基本步骤二、状态空间表示法的基本步骤1. 定义一个状态空间：变量集定义一个状态空间：变量集 s=(s1,s2,sn)；2规定初始状态和目标状态；规定初始状态和目标状态；3定义一组操作符或规则（以描述的式）；定义一组操作符或规则（以描述的式）；4把状态空间用有向图表示生成状态图；把状态空间用有向图表示生成状态图；5遍历状态图，找到最佳路径。遍历状态图，找到最佳路径。39知识表示知识表示2状态图ACDEB节点A是B的前驱弧弧从A指向BB是A的后继40知识表示知识表示2例例1：二阶梵塔问题：二阶梵塔问题BA规定：每次只能移动一个金片，不许大片压小片规定：每次只能移动一个金片，不许大片压小片41知识表示知识表示2解：解：(1)定义状态空间（x,y）(1)定义状态空间（x,y）x=1,2,3 小金片所在钢针号x=1,2,3 小金片所在钢针号y=1,2,3 大金片所在钢针号y=1,2,3 大金片所在钢针号42知识表示知