知识获取及表示方法

出处：按学科分类—工业技术 北京理工大学出版社《新编液压工程手册上册》第224页（3388字）

(1)知识的获取

知识获取，就是把用于问题求解的专门知识从领域专家、书本文献、实验数据和经验数据等知识源中提炼出来的过程。主要知识源是领域专家。

获取知识采用的方法之一是通过知识工程师(即计算机工作者)，从领域专家处获取知识，其工作如图6．4－2所示。

图6．4－2 获取知识的主要方法

知识工程师通过和专家交谈以及阅读和分析资料可得到领域的各种知识，再借助于知识编辑系统把知识输入到计算机中，实际上是由知识工程师代替机器获取知识，再“传授”给机器，另一种途径是通过机器自己学习，从处理问题的过程中获取知识，积累知识。

一般来说，知识获取的步骤如下：

·知识工程师与领域专家相互交流本领域的知识。知识工程师讲解专家系统的工作原理、基本概念和应用实例，使专家了解这些知识和它们的特点，以便明确自己在建立专家系统中的作用。专家介绍本领域的基本概念、术语和理论体系。

·根据实际问题，知识工程师请专家回想求解过程和所用的知识，从中提炼求解问题的关键知识。

·针对专家系统所解决的问题，形成问题求解的过程和信息流、子问题的目标和相互关系以及求解策略、推理方式和主要知识。

·选取知识表示方式，设计知识库的结构并能转换成计算机程序。

·通过运行典型实例，考察知识的表示是否得当、数值是否合理、知识连接方式是否恰当等，不断修改、完善知识库。

(2)知识表示方法

在专家系统中，知识表示就是研究如何用最合适的形式来组织知识，对所要解决的问题最为有利。一般说来，知识表示与所要解决的问题的性质以及解决的方法密切相关。在专家系统中知识表示总是与推理策略同时研究，使知识表示能适合解决该问题的推理与计算。通常知识表示法有逻辑表示法、语义网络表示法、产生式规则法、特性表示法、框架表示法以及过程表示法等。

A．逻辑表示法

逻辑表示法是运用命题演算、谓词演算等知识来描述一些事实，从现有事实推导新事实的过程。命题是指具有“真假值”的话，命题演算是指用逻辑联接词：与、或、非、蕴合、等价把单个命题组合到一起使之成为较复杂的复合命题。谓词是刻划实体性质或关系的，谓词演算是除了命题还需要谓词。用逻辑关系表示的知识，依照一定的运算规律能进行一系列演绎、推理，是知识表示的基本方法。

B．语义网络法

语义网络法是一个由表示实体、概念等的节点和表示节点之间关系的弧线所组成的“点有向图”。对于“车床是机床”，“车床是物体”，“镗床是机床”，“所有的机床都是切削机床”这些事实，用图来描述就形成了表示“事”和“物”相互关系的网状结构，如图6．4－3所示。在语义网络结构中，车床、机床等节点由一个弧IS－A联接起来，用这些节点和弧可以把一些独立的知识组成巨大的网络形式，并能从网状知识中组合新的知识。由于这种方法难于为人理解，局部修改易引起连锁反应，与其它方法结合困难，实用较少。

图6．4－3 语义网络定义

C．产生式规则表示法

规则表示法是专家系统领域内应用最广泛的知识表示法。它能表示各种知识，包括不确定和不完备的知识，用规则表示的知识结构容易模拟试探性推理的控制策略。规则表示还具有良好的模块化结构，易于理解和为用户提供解释。它是将专家的知识用被称作产生式表示的规则集合来表示，每一条产生式就是构成一个知识模块的规则，每一条规则由IF－THEN形式组成，可以写成IF a THEN b的形式。其中IF代表规则的前提部分，它可以是多个条件的逻辑组合，THEN代表规则的结论部分。如在单级电液伺服阀知识库中有下列情况：

如果单级阀体积有严格的限制；

圆柱滑阀的阀芯直径较大；

其它无特殊限制；

那么 力矩马达的气隙应取得较小。

运用产生式规则时，谓词逻辑可表示成如下形式：

HAS(SISTVASP，LIMIT)∧IS(SPODIA，MOLAG)

∧～HAS(OTHER，SPELIMIT)

→TAKES(AIRGAP，

SMALLER)

D．特性表表示法

对于知识比较固定且雷同的专业领域用这个方法来表示知识。特性是一个二元组或多元组的“特征值”，对于二元组将包括特性和值两部分。对于一组特性可以用特性表方便地表示一些类型知识。例如人事档案中一个人的登记表就是特性表：

对于不同对象，不同需求，其特性也不同。因此用特性表表示知识时，表示特征的选取应根据解决问题的性质而定。对于用特性表表示的知识，推理算法仅用检索就可以了。

E．框架结构表示法

框架是一种数据结构，能描述知识之间的相互关系和相互作用。框架与规则结合起来是目前专家系统知识表示方法的趋势。

框架由一组槽组成。一个框架有如下形式：

〈框架名〉

〈槽名1〉〈侧面名11〉〈值111，值112，值113，…〉

〈侧面名12〉〈值121，值122，值123，…〉

∶

〈槽名2〉〈侧面名21〉〈值211，值212，值213，…〉

〈侧面名22〉〈值221，值222，值223，…〉

一个框架可以有若干个槽，一个槽可以有若干个侧面，一个侧面又可以有若干个值。框架、槽、侧面可以描述各种信息，框架名可以是物体的名称；槽中可以是子框架名，也可以是事物的属性名。所有框架构成一个树状结构。

F．过程模式表示法

过程表示法是用一段子程序块来表示某一类或某一个知识，把有关知识表示在若干个子程序块中。在推理过程中只要调用这些子程序块就行了。

知识表示在专家系统及人工智能中均是一个很重要的问题，到目前为止，也只是一些经验性的东西，距离建立比较完整的知识表示理论也还有一段很长的路程。