Chương 7: Biểu diễn tri thức có cấu trúc

1Chương 7: Biểu diễn tri thức có cấu trúc 2Nội dung
Semantic Nets – Mạng ngữ nghĩa
Frames – Khung 3Semantic Nets – Mạng ngữ nghĩa
Mạng ngữ nghĩa là một ñồ thị ñịnh hướng gồm tập nút và tập cung/cạnh, trong ñó,  Mỗi nút có ñánh nhãn ñể biểu diễn một ñối tượng.  Mỗi cạnh ñường mũi tên có ñánh nhãn liên kết giữa hai nút chỉ mối quan hệ giữa hai ñối tượng.
Cách biểu diễn này cho ta cái nhìn tổng thể về tri thức của bài tóan bằng bằng ñồ thị
Nhờ cách biểu diễn này, luật suy diễn ñược thiết lập thông qua nút và cung liên kết
Biểu diễn ñược xem như một cấu trúc dữ liệu mà các ràng buộc của bài toán có thể ñược vạch ra 4Mạng ngữ nghĩa: ví dụ
Ví duï : Chẳng hạn : giữa các khái niệm chích chòe, chim, hót, cánh, tổ có một số mối quan hệ như sau :  Chích chòe là một loài chim.  Chim biết hót  Chim có cánh  Chim sống trong tổ 5Mạng ngữ nghĩa: ví dụ 6Mạng ngữ nghĩa: ví dụ các lớp ðV Animal Bird Canary Ostrich Breathe Skin Move Fly Wings Feathers Sing Yellow Tail Fly can has can is a can has has is a is a can not is is can 7Mạng ngữ nghĩa
Ưu ñiểm  Mạng ngữ nghĩa rất linh ñộng, ta có thể dễ dàng thêm vào mạng các ñỉnh hoặc cung mới ñể bổ sung các tri thức cần thiết.  Mạng ngữ nghĩa có tính trực quan cao nên rất dễ hiểu.  Mạng ngữ nghĩa cho phép các ñỉnh có thể thừa kế các tính chất từ các ñỉnh khác thông qua các cung loại "là", từ ñó, có thể tạo ra các liên kết "ngầm" giữa những ñỉnh không có liên kết trực tiếp với nhau.  Mạng ngữ nghĩa hoạt ñộng khá tự nhiên theo cách thức con người ghi nhận thông tin. 8Mạng ngữ nghĩa
Nhược ñiểm  Cho ñến nay, vẫn chưa có một chuẩn nào quy ñịnh các giới hạn cho các ñỉnh và cung của mạng. Nghĩa là bạn có thể gán ghép bất kỳ khái niệm nào cho ñỉnh hoặc cung!  Tính thừa kế (vốn là một ưu ñiểm) trên mạng sẽ có thể dẫn ñến nguy cơ mâu thuẫn trong tri thức. 9Mạng ngữ nghĩa
Semantic Nets và vị từ cấp 1  Semantic Nets: thuận tiện biểu diễn quan hệ giữa các ñối tượng. Thông thường các quan hệ như vậy là hai ngôi (left và right của cung quan hệ) – có thể biểu diễn ở predicate hai ngôi.  VD isa (chíchchòe, chim) isa (Bird, animal) 10 Mạng ngữ nghĩa
Semantic Nets và vị từ cấp 1 (tt)  Vị từ không phải hai ngôi ở Semantic Nets ra sao?  Vị từ 1 ngôi: có thể biểu diễn ở dạng hai ngôi bằng cách sử dụng vị từ tổng quát như isa, instance.  Ví dụ man(Marcus) Có thể ñược viết lại: instance(Marcus, Man) 11 Mạng ngữ nghĩa
Semantic Nets và vị từ cấp 1 (tt)  Vị từ 3 hay nhiều hơn ngôi:
Tạo một ñối tượng mới biểu diễn toàn bộ vị từ
ðưa ra quan hệ hai ngôi biểu diễn giữa node mới và các ñối số.  Ví dụ scor(Cubs, Dodgers, 5-3) 12 Mạng ngữ nghĩa
Semantic Nets và PC (tt.):  Biểu diễn câu có hai túc từ -dùng cách như nói ở vị từ 3 ngôi.  EX: “John gave the book to Mary” 13 Mạng ngữ nghĩa
Biểu diễn lượng từ ∀, ∃ :  EX: “The dog bit the mail carrier”  Lưu ý: dog, mail carrier là cụ thể Dogs, Bite, Mail-Carrier: class d, b, m : các ñối tượng cụ thể nào ñó của các lớp dòng trên tương ứng 14 Mạng ngữ nghĩa
Biểu diễn lượng từ ∀, ∃ :  EX: “The dog bit the mail carrier”  Vị từ : ∀X (dog(X)⇒∃Y(mail-carrier(Y) ^ bite(X,Y))) 15 Mạng ngữ nghĩa
Biểu diễn lượng từ ∀, ∃ :  g: biểu diễn cho phát biểu có lượng từ nó trên.  GS: lớp biểu diễn phát biểu tổng quát (có lượng từ: ∀).  Mỗi phần tử của GS có hai loại quan hệ:
form: (1) quan hệ nào ñược ñề cập.
∀ :(1 hay nhiều) cung này cho biết sự tổng quát tác ñộng ñến biến nào.  Ví dụ trên:  Biến d: ∀  Biến b,m: ∃ 16 Mạng ngữ nghĩa
Biểu diễn lượng từ ∀, ∃ :  EX: “Every dog in town has bitten the constable”.  Lưu ý: mọi dog, constable: nào ñó cụ thể. 17 Mạng ngữ nghĩa
Biểu diễn lượng từ ∀, ∃ :  EX: “Every dog in town has bitten every mail-carrier”  Lưu ý: mọi dog, mọi mail carrier 18 Frame - Khung
Semantic nets và Frame:  Khi phạm vi bài toán nới ra thì dạng biểu diễn semantic nets trở nên phức tạp hơn. Do có số nodes và cung giữa chúng tăng lên.  Trong trường phức tạp vậy, frame là cách biểu diễn có vẽ ñược thích hơn.
Giới thiệu frame:  Frame là sự mở rộng của mạng ngữ nghĩa trong ñó, mỗi nút của mạng là một cấu trúc dữ liệu  Frame chứa các slot ñược xem như là các thuộc tính và các giá trị của các slot ñược kèm theo  Frame cho phép truy cập các thành phần của Frame ñó là các slot và cho phép hưởng quyền thừa kế giữa Frame dữ liệu này và Frame dữ liệu khác 19 Frame - Khung
Cấu trúc Frame Slot : Value : Slot : Value : value of property_name_2> Slot : Value : . 20 Frame - Khung
Các slot trong mỗi frame chứa các thông tin như sau  Thông tin nhận dạng frame.  Thông tin quan hệ của frame này với frame khác.  Các thành phần mô tả của frame.  Thông tin thủ thủ tục.  Thông tin mặc ñịnh frame.  Thông tin ñề xuất mới.
VD: Cho mạng ngữ nghĩa biểu diễn các sự kiện về ñộng vật như hình trên. 21 Frame - Khung
Frame animal Slot : can Value : breathe, move Slot : has Value : wings
Frame bird Slot : is_a Value : animal Slot : can Value : fly Slot : has Value : wings, feathers 22 Frame - Khung
Frame canary Slot : is_a Value : bird Slot : can Value : sing Slot : is Value : yellow
Frame ostrich Slot : is_a Value : bird Slot : can_not Value : fly Slot : is Value : tail 23 Frame - Khung
Ví dụ ứng dụng : Thiết kế hệ chuyên gia ñiều khiển nhiệt ñộ môi trường trên cơ sở hệ thống Frame.
Các yêu cầu ñặt ra của bài tóan là  ðiều khiển nhiệt ñộ môi trường trong một căn nhà nhỏ gồm ba phòng : khách, ăn và ngũ.  Mỗi phòng ñược trang bị một lò sưởi, một máy ñiều hòa và một nhiệt kế.  Lò sưởi làm ấm, máy ñiều hòa làm mát và nhiệt kế ño nhiệt ñộ môi trường.  Cấu trúc hệ thống ñiều khiển nhiệt ñộ trong mỗi phòng ñược mô tả như hình. 24 Frame - Khung Room Termostat 50 60 70 Mode Heat Air Temperature Setting Furnace Air conditioner 25 Frame - Khung
Hệ thống gồm các frame như room, thermostat, furnace và air conditioner ñược mô tả như sau :
Frame room Slot : funace Value : Slot : air_conditioner Value : < air_conditioner1,air_conditioner2, air_conditioner3 > Slot : thermostat Value : Slot : occupany Value : 26 Frame - Khung
Frame thermostat Slot : air_conditioner Value : Slot : funace Value : Slot : mode Value : Slot : setting Value : 60 Slot : temperature Value : 65 Slot : room Value : 27 Frame - Khung
Frame air_conditioner Slot : room Value : Slot : state Value : Slot : thermostat Value :
Frame furnace Slot : room Value : Slot : state Value : Slot : thermostat Value : 28 Frame - Khung
Cơ sở luật ñiều khiển nhiệt ñộ môi trường trong nhà trên cơ sở các thành phần của hệ thống frame ñược thiết lập gồm các luật là
Luật 1 : if ( temperature < setting ) and (funace state ≠ off ) and (mode ≠ heat ) and ( roomoccupancy ≠ yes) then send message (funace state = on ).
Luật 2 : if ( temperature < setting - 5) and (funace state ≠ off ) and (mode ≠ heat )and ( roomoccupancy ≠ no) then send message (funace state = on ).
Luật 3 : if ( temperature >= setting ) and (funace state ≠ on ) and (mode ≠ heat ) and ( roomoccupancy ≠ yes ) then send message (funace state = off ). 29 Frame - Khung
Luật 4 : if ( temperature >= setting - 5) and (funace state ≠ on ) and (mode ≠ heat ) and ( roomoccupancy ≠ no) then send message (funace state = off ).
Luật 5 : if ( temperature < setting ) and (air_conditioner state ≠ off ) and (mode ≠ air ) and ( roomoccupancy ≠ yes) then send message (air_conditioner state = on ).
Luật 6 : if ( temperature < setting - 5) and (air_conditioner state ≠ off ) and (mode ≠ air ) and ( roomoccupancy ≠ no) then send message (air_conditioner state = on ).
Luật 7 : if ( temperature >= setting ) and (air_conditioner state ≠ on ) and (mode ≠ air ) and ( roomoccupancy ≠ yes ) then send message (air_conditioner state = off ). 30 Frame - Khung
Luật 8 : if ( temperature >= setting - 5) and (air_conditioner state ≠ on ) and (mode ≠ air ) and ( roomoccupancy ≠ no) then send message (air_conditioner state = off ).