知识表示的人工智能技术

本文概述

• 1.逻辑表示
• 2.语义网络表示
• 3.框架表示
• 4.生产规则

知识表示主要有以下四种方式：

1. 逻辑表示
2. 语义网络表示
3. 框架表示
4. 生产规则

1.逻辑表示

逻辑表示是一种具有一些具体规则的语言，它处理命题并且在表示上没有歧义。逻辑表示意味着根据各种条件得出结论。此表示法规定了一些重要的通信规则。它由精确定义的语法和语义组成，这些语法和语义支持声音推断。可以使用语法和语义将每个句子翻译成逻辑。

句法：

• 语法是决定我们如何在逻辑中构造合法句子的规则。
• 它确定了我们可以在知识表示中使用的符号。
• 如何写这些符号。

语义：

• 语义是我们可以根据逻辑解释句子的规则。
• 语义还涉及为每个句子分配含义。

逻辑表示可以主要分为两种逻辑：

1. 命题逻辑
2. 谓词逻辑

注意：我们将在后面的章节中讨论介词逻辑和谓词逻辑。

逻辑表示的优点：

1. 逻辑表示使我们能够进行逻辑推理。
2. 逻辑表示是编程语言的基础。

逻辑表示的缺点：

1. 逻辑表示形式有一些限制，使用起来很困难。
2. 逻辑表示技术可能不是很自然，并且推理可能不是那么有效。

注意：不要与逻辑表示和逻辑推理相混淆，因为逻辑表示是一种表示语言，而推理是一个逻辑思考的过程。

2.语义网络表示

语义网络是用于知识表示的谓词逻辑的替代方法。在语义网络中，我们可以以图形网络的形式表示我们的知识。该网络由代表对象的节点和描述这些对象之间关系的弧组成。语义网络可以将对象分类为不同的形式，也可以链接这些对象。语义网络易于理解，并且可以轻松扩展。

此表示形式主要包括两种关系：

1. IS-A关系（继承）
2. 关系种类

示例：以下是一些我们需要以节点和弧线形式表示的语句。

声明：

1. 杰瑞是猫。
2. 杰里是哺乳动物
3. 杰里（Jerry）由普里亚（Priya）拥有。
4. 杰里是棕色的。
5. 所有哺乳动物都是动物。

在上图中，我们以节点和弧的形式表示了不同类型的知识。每个对象通过某种关系与另一个对象连接。

语义表示的缺点：

1. 语义网络在运行时会花费更多的计算时间，因为我们需要遍历完整的网络树来回答一些问题。在最坏的情况下，遍历整个树后，我们可能发现该网络中不存在该解决方案。
2. 语义网络尝试对类似于人的内存（其中有1015个神经元和链接）进行建模以存储信息，但是在实践中，不可能建立如此庞大的语义网络。
3. 这些类型的表示形式是不足够的，因为它们没有任何等效的量词，例如对于全部，对于某些，没有等。
4. 语义网络没有链接名称的任何标准定义。
5. 这些网络不是智能的，并且取决于系统的创建者。

语义网络的优势：

1. 语义网络是知识的自然表示。
2. 语义网络以透明的方式传达含义。
3. 这些网络简单易懂。

3.框架表示

框架是一种类似于记录的结构，由一组属性及其值组成，以描述世界上的实体。框架是AI数据结构，通过表示刻板印象的情况将知识分为子结构。它由插槽和插槽值的集合组成。这些插槽可以是任何类型和大小。插槽具有称为构面的名称和值。

构面：插槽的各个方面称为“构面”。构面是框架的功能，使我们能够对框架施加约束。示例：当需要任何特定时隙的数据时，将调用IF-NEEDED事实。帧可以包含任意数量的插槽，并且插槽可以包含任意数量的构面，并且刻面可以具有任意数量的值。框架在人工智能中也称为缝隙滤波器知识表示。

框架是从语义网络派生而来的，后来又演变成现代的类和对象。单个帧没有太大用处。框架系统由一组相互连接的框架组成。在框架中，有关对象或事件的知识可以一起存储在知识库中。框架是一种技术，广泛用于各种应用程序中，包括自然语言处理和机器视觉。

范例：1

让我们以一本书的框架为例

范例2：

假设我们接受一个实体，彼得。彼得是一名工程师，他的年龄是25岁，他住在伦敦的城市，而这个国家是英国。因此，以下是此框架的表示形式：

帧表示的优点：

1. 框架知识表示通过对相关数据进行分组来简化编程。
2. 帧表示具有相当的灵活性，并且被AI中的许多应用程序使用。
3. 为新属性和关系添加插槽非常容易。
4. 包含默认数据并搜索缺失值很容易。
5. 框架表示易于理解和可视化。

帧表示的缺点：

1. 在框架系统中，推理机制不容易处理。
2. 推理机制不能通过帧表示来顺利进行。
3. 框架表示具有非常通用的方法。

4.生产规则

生产规则系统由（条件，动作）对组成，其对表示“如果条件则行动”。它主要包括三个部分：

• 生产规则集
• 工作记忆
• 认识行动周期

在生产规则中，代理检查条件，如果条件存在，则触发生产规则并执行相应的操作。规则的条件部分确定可以将哪个规则应用于问题。动作部分执行相关的问题解决步骤。这个完整的过程称为识别-作用循环。

工作存储器包含对问题解决的当前状态的描述，并且规则可以将知识写入工作存储器。这种知识匹配，并可能激发其他规则。

如果有新情况（状态）生成，则将同时触发多个生产规则，这称为冲突集。在这种情况下，代理需要从这些集合中选择一条规则，这称为冲突解决。

例：

• 如果（在公共汽车站且公共汽车到达）然后采取行动（下车）
• 如果（在公共汽车上且已付费且空座位上）然后采取行动（坐下）。
• 如果（在公共汽车上且未付费）则采取行动（支付费用）。
• 如果（公共汽车到达目的地）则采取行动（从公共汽车下车）。

生产规则的优点：

1. 生产规则以自然语言表达。
2. 生产规则是高度模块化的，因此我们可以轻松地删除，添加或修改单个规则。

生产规则的缺点：

1. 生产规则系统不具有任何学习功能，因为它不存储问题的结果以供将来使用。
2. 在程序执行期间，许多规则可能处于活动状态，因此基于规则的生产系统效率很低。