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数据库系统与技术（7） --基于知识的数据库技术 汤 庸 博士 issty@ 知识的概念 知识表达与推理 知识库系统 基于知识的数据库技术 主动数据库技术 决策支持系统 数据挖掘技术 1．数据、信息与知识 数据——是对事实的一种表达形式，包括数字、字符和图形。数据可以通过人工或自动化装置进行处理。 信息——是对人有用的、能够影响人们行为的数据。信息通过对数据加工处理而产生。 知识——是人类对客观规律的认识，是系统的有条理的信息。一般地，知识是数据经过一系列加工，如归纳、综合、比较、分类、联想等得到的上层信息。 例如，摄氏39度是一个数据，如果用来表示一个人体温，则成为一种信息；对于医生或具有保健常识的人来说，如果一个人的体温达到摄氏39度，则其正在发烧，需要及时治疗，这就称为一种知识。 ? 2. 知识的要素 概念——给出知识的最基本内容，是知识的最底层基础，通常以名词形式出现，例如花，红色，太阳，风，雨等。 事实——是知识所表示的有关问题涉及到的事物、环境的常识性知识，如事物的分类、属性、事物之间的关系、科学事实和客观事实等。事实建立了概念之间的联系。事实是静态地为人们所共享、最低层次的——0层的知识，通常以“……是……”的形式出现。 规则——由事实组成，建立了事实间的联系。规则是有关问题中与事物的行动、动作相联系的因果关系知识，这种知识是动态的，通常以“如果……则……”的形式出现。例如启发式规则：如果下雨，则出门带伞。 3．知识的类型 过程型知识 过程型知识针对特定问题，用一系列过程来表达具体的处理步骤，优点是执行效率高，但它也有不少缺点： 不易表示大量知识，且表示的知识难于理解和修改。 只适合表达完全正确的知识，稍有含糊的知识就难于用程序表达。 只适合于处理完整、准确的数据。 过程型知识表示要求待处理的问题具有成熟的解法和完整、准确的数据，同时这也大大地限制了它的适用范围。 描述型知识 事实知识描述有关对象、事件以及行为等特征。例如“鸟会飞”、“雪是白色的”等。 判断型知识是指对事实的判断和推断的过程，基于主观理解和感情色彩对客观事件的解释和推理过程，例如“他看起来很开心”。 元知识 组织知识的元知识。这种元知识用来刻画知识的内容和一般特征，描述知识的分类、综合信息等。 利用知识求解问题方向的元知识。这类元知识对领域知识的运用起到指导作用。例如，在问题求解中所用到的推理方法，为解决一个特殊任务而完成活动的计划、组织和选择方面的知识。 从知识源获取知识的元知识。这类知识源包括书本、大脑和其他知识系统。 1．谓词逻辑方法 在知识库中目前大都采用“概念-事实-规则”三级层次的知识构造体系。这种体系的知识表示方法也很多，在人工智能和知识工程学科中知识表示方法已经成为一个专门领域。由于谓词逻辑本身很好的一些基本特点，当前的知识库系统中一般采用谓词逻辑表示方法。 2．产生式方法 产生式知识表达方法也称为产生式规则知识表示方法，该方法可以方便地描述事实、规则并进行不确定性推理，具有和图灵机一样的表达能力。 产生式表示的特点：产生式表示格式固定，形式单一，规则（知识单位）间相互较为独立，没有直接关系使知识库的建立较为容易，处理较为简单的问题是可取的。另外推理方式 单纯，也没有复杂计算。特别是知识库与推理机是分离的，这种结构给知识的修改带来方便，无须修改程序，对系统的推理路径也容易做出解释。所以，产生式知识表示方法常作为构造专家系统知识表示方法的第一选择。 3．语义网络表示法 逻辑表示法和产生式表示法常用于表示有关论域中各个不同状态间的关系，然而用于表示一个事物同其各个部分间的分类知识就不方便了。槽（slot）与填槽表示方法便于表示这种分类知识。语义网络和框架表示方法就属于其中的两种。 4．框架表示法 1975年Minsky的论文“A framework for representing knowledge”中提出了框架理论。 其基本观点是人脑已存储有大量典型情景，当人面临新的情景时，就从记忆中选择一个以框架形式存放的知识空框，其具体内容依新的情景而改变，对这空框的细节加工修改和补充，形成对新情景的认识又重新记忆于人脑中。框架理论将框架视作知识单位，将一组有关的框架连接起来便形成框架系统。系统中不同框架可以有共同结点，系统的行为由系统内框架的变化来表现。推理过程是由框架间的协调来完成的。 框架表示法是一种适应性强、概括性高、结构化良好、推理方式灵活又能把陈述性知识与过程性知识相结合的知识表示方法。 1．Prolog Prolog是一种基于一阶谓词的逻辑程序设计语言，它是由R.Kowalskv和A.Colme