方 曉，馬 健，譚成兵，丁 麗

（亳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系，安徽 亳州236800）

目前已經(jīng)存在許多知識(shí)表示方法和推理技術(shù)，在智能系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，但是也存在共同的問(wèn)題，就是創(chuàng)造性思維還很難在智能體系系統(tǒng)中得到發(fā)揮．所以本文引入可拓學(xué)理論和面向?qū)ο蠹夹g(shù)．可拓學(xué)雖然是一門新興學(xué)科，但是通過(guò)幾十年的發(fā)展，已經(jīng)形成了基本的理論框架，它是研究事物的可拓性以及開(kāi)拓的規(guī)律與方法，并用以解決問(wèn)題的學(xué)科，而面向?qū)ο笫钱?dāng)今比較流行的思想和技術(shù)．本文就是將可拓學(xué)理論和面向?qū)ο笏枷霊?yīng)用于人工智能中，針對(duì)現(xiàn)有人工智能技術(shù)的不足，做一些研究工作．

本文首先給出了面向?qū)ο蟮目赏刂R(shí)表示方法．以及把此方法運(yùn)用到常識(shí)中，在此基礎(chǔ)上給出一些面向?qū)ο蟮目赏赝评硪?guī)則．

1 主要工作

1．1 確定知識(shí)表示模型

用三元組g＝（object－name，c，v）或g＝（知識(shí)對(duì)象名，特征，特征量值）表示確定知識(shí)，其中的object－name稱為知識(shí)對(duì)象名 （類、實(shí)例、接口、其它特征），ci（i＝1，2，…n）為特征 （屬性、方法、知識(shí)對(duì)象），νi（i＝1，2，…n）為object－name關(guān)于ci的量值 （參數(shù)、名稱、解釋說(shuō)明等）．以對(duì)象名objectname，n個(gè)特征c1，c2，…nn）和相應(yīng)的量值ν1，ν2，…νn構(gòu)成的n維陣列，即n維基元，如圖1所示．

圖1 確定知識(shí)表示模型

1．2 不確定知識(shí)表示模型

在確定知識(shí)表示的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)．確定了主要的特征關(guān)系，也就是綜合了Bayes思想提出的，采用可拓學(xué)的復(fù)元的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表示，

圖2 不確定知識(shí)表示模型

結(jié)合李俊鈴的文獻(xiàn)中定義，進(jìn)行以下說(shuō)明［1］：

定義1 重要程度是指在前提中所占的重要程度，用IM來(lái)表示．則

定義2 可信度是指前件或后件為真的程度．用CF表示，CF∈ ［0，1］．

定義3 前件的關(guān)系指前件之間是或關(guān)系還是與關(guān)系，才有后件 （結(jié)論）．

例如：

Pi（i＝1，2，3，4）分別是0．6，0．5，0．8，0．9，IMi（i＝1，2，3，4）分別是0．1，0．2，0．4，0．3，CFi（i＝1，2，3，4）分別是0．5，0．6，0．8，0．4，H 為后項(xiàng)Ph＝0．6，CFh＝0．8，如圖3所示．

圖3 不確定知識(shí)表示實(shí)例

1．3 心理常識(shí)的表示

常識(shí)知識(shí)是人類知識(shí)的重要組成部分，對(duì)人工智能的發(fā)展有重要意義．常識(shí)與一般的知識(shí)不一樣，除了具有知識(shí)的共性，還有自己特有的性質(zhì)．本節(jié)針對(duì)心理常識(shí)進(jìn)行研究和分析．常識(shí)概念的特點(diǎn)：

（1）模糊性．①概念外延的定義不清，實(shí)例對(duì)概念的隸屬關(guān)系不確定．如鯨魚(yú)與常識(shí) “魚(yú)”的概念．②概念的內(nèi)涵定義不清，常識(shí)的屬性取值往往是不精確的．例如 “年輕”的理解．③常識(shí)概念使用的模糊性．常識(shí)概念是在長(zhǎng)期生產(chǎn)生活實(shí)踐中積累形成的，所以常識(shí)概念構(gòu)詞既有認(rèn)知規(guī)律起作用，即 “構(gòu)詞法”，也有歷史的偶然性或習(xí)慣起作用．

（2）無(wú)處不在性．科學(xué)概念往往來(lái)自于有邊界的科學(xué)領(lǐng)域．邊界性表現(xiàn)在：可有效判定概念是否屬于該領(lǐng)域的討論范圍．常識(shí)概念涉及生活的各個(gè)方面．因此，如何限定常識(shí)概念集的邊界，如何獲取和組織這些 “散亂”的常識(shí)概念是常識(shí)概念獲取的關(guān)鍵問(wèn)題之一．獲取心理常識(shí)概念的第一步是確定將哪些常識(shí)概念加入心理常識(shí)概念庫(kù)［2］．

（3）私有性．不同語(yǔ)境對(duì)應(yīng)不同的常識(shí)概念集．例如 “病毒”對(duì)醫(yī)務(wù)工作者是常識(shí)，對(duì)小學(xué)生是專業(yè)詞匯；“餃子”是中國(guó)文化中的常識(shí)概念，而非外國(guó)文化中的常識(shí)概念［2］．

常識(shí)知識(shí)是一類重要的人類知識(shí)，對(duì)自然語(yǔ)言分析、機(jī)器智能研究和自然推理研究等都有重要意義．在一定的場(chǎng)合下智能體為親情中的角色，各個(gè)智能體之間的關(guān)系為親情關(guān)系，當(dāng)某個(gè)智能體方式某種行為的時(shí)候，各個(gè)智能體之間的親情關(guān)系的常識(shí)表示，進(jìn)行常識(shí)推理，作出智能體的行為［2，3］．

在曹存根等人對(duì)常識(shí)的定義的基礎(chǔ)上對(duì)以下概念進(jìn)行了定義［3］．

（1）常識(shí)基本概念

定義4 角色 （用R表示）．對(duì)于一個(gè)給定的實(shí)體E，R是E的一個(gè)角色當(dāng)且僅當(dāng)R滿足：

①至少存在另外一個(gè)實(shí)體E′，與E具有關(guān)系，即Relation（E，E′）；

②在得到角色R之前或失去角色R之后，實(shí)體E仍然存在并且仍保持為它本身．

用一個(gè)四元組來(lái)表示角色R，即R＝（R－Name，Player，Event，R－Relations），其中R－Name是該角色的名稱，作為一個(gè)角色謂詞使用，用來(lái)表示參數(shù)所扮演的角色；Player是角色扮演者，指角色扮演者的自然類型 （例如人、男人、女人、成年人、青年男人等以固有的生理差異劃分的類型）；Event是角色作為施動(dòng)者發(fā)生的具體事件；R－Relations是一定的親屬中該角色與其他角色間存在的、相對(duì)穩(wěn)定的各種角色關(guān)系 （Role Relations）．

定義5 事件 （用Event表示）是一個(gè)五元組，E＝（Time，Location，Agent，Nature，Condition），其中Time指角色出現(xiàn)的時(shí)間；Location指角色出現(xiàn)的地點(diǎn)；Agent指場(chǎng)景中與親情產(chǎn)生相關(guān)的各種角色，包括當(dāng)前的親情主體所扮演的角色；Nature指事件發(fā)生，與角色有關(guān)的性質(zhì)；Condition則是事件發(fā)生是由于角色自身?xiàng)l件以及外界條件引起的．

定義6 角色關(guān)系 （R－Relation）是一個(gè)三元組，即 R－Relation＝（R－Name，RA，RB），其中 RName是角色關(guān)系的名稱，是親情關(guān)系中的一種，作為一個(gè)角色關(guān)系謂詞使用．角色關(guān)系謂詞是二元的，兩個(gè)參數(shù)的類型相同，同為角色；RA和RB表示兩個(gè)角色，它們之間存在關(guān)系R－Relation．

根據(jù)心理學(xué)研究的結(jié)果，情緒的產(chǎn)生、變化是情緒主體與外部自然、社會(huì)環(huán)境發(fā)生交互作用的結(jié)果，其中認(rèn)知過(guò)程起著關(guān)鍵作用．把參與角色扮演者認(rèn)知過(guò)程的要素組織為角色內(nèi)涵 （Role Connotation）．

定義7 角色結(jié)構(gòu) （用R－Structure，RS表示）指一個(gè)特定角色所具有的一系列相對(duì)固定的觀念、希望、社會(huì)規(guī)范和行為模式，表示為一個(gè)五元組，R－Connotation＝（Believes，Expectations，Norms，Behavior－Modes，Type）．其中Believes是角色的信念，即具有該角色的人相信成立的那些事實(shí)或規(guī)則 （含人的知識(shí)和常識(shí)）；Expectations是角色的期望，即扮演該角色的人所具有的各種愿望和需要；Norms是角色的規(guī)范，即角色扮演者在所處社會(huì)環(huán)境中應(yīng)該遵守的各種行為規(guī)范；Behavior－Modes是角色的行為．Type是角色所屬的自然屬性；

定義8 角色自然屬性 （用Natural Type，NT表示）角色的自然類型是一個(gè)四元組，NT＝（Trait，Belief，Expectation，Norm）．Trait是角色的自然類型所具有的特征；Belief指的是角色的自然類型所具有的信念結(jié)構(gòu)；Expectation指的角色自然類型所具有的期望結(jié)構(gòu)；Norm是角色的自然類型所具有的規(guī)范結(jié)構(gòu)；

定義9 角色繼承的關(guān)系 （Inheritance of Roles）給定一個(gè)角色類型的集合R，存在一個(gè)定義在R上的偏序關(guān)系?，構(gòu)詞了一個(gè)角色的層次結(jié)構(gòu)，對(duì)于R中的兩個(gè)角色類型r和r′，若r是相對(duì)于r′來(lái)說(shuō)更泛化的一個(gè)角色類型，則稱r是r′的一個(gè)父角色類型，r′是r的一個(gè)子角色類型，記為r′≤r［3］．

（2）約束條件

條件1 當(dāng)親屬關(guān)系確定后，兩角色在自然屬性年齡、性別存在約束關(guān)系．

例如：角色A和角色B為父子關(guān)系：A （F－S）B，約束條件A．a(chǎn)ge＞B．a(chǎn)ge而且A．a(chǎn)ge－B．a(chǎn)ge＞＝x，x為一個(gè)定值．A．sex＝M＆B．sex＝M．如，對(duì)兩種有繼承關(guān)系的角色在年齡上的約束．在父子關(guān)系中，父親的年齡一定大于兒子的年齡，而且要有一定的差距．

條件2 對(duì)于兩個(gè)角色類型r1，r2，如果r1≤r2，則角色r1的自然類型NT1與角色r2的自然類型NT2也應(yīng)當(dāng)滿足關(guān)系：NT1≤NT2或NT1＝NT2［3］．

其中，≤為角色的繼承關(guān)系，“＝”則說(shuō)明NT1＝NT2是相同的自然類型屬性．這樣就可以保證角色結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生矛盾．

（3）心理常識(shí)的可拓表示形式

根據(jù)定義4用可拓知識(shí)表示方法進(jìn)行表示：

根據(jù)定義5用可拓知識(shí)表示方法進(jìn)行表示：

根據(jù)定義6用可拓知識(shí)表示方法進(jìn)行表示：

根據(jù)定義7用可拓知識(shí)表示方法進(jìn)行表示：

根據(jù)定義8用可拓知識(shí)表示方法進(jìn)行表示：

根據(jù)定義9用可拓知識(shí)表示方法進(jìn)行表示：

（4）事例說(shuō)明

例如：A為父親的角色和B為兒子的角色．事件為B在高考時(shí)失敗，A與B的心理常識(shí)的可拓的形式表示：

上述表示可知：兒子學(xué)習(xí)不勤奮，導(dǎo)致高考失?。赣H意識(shí)到高考的重要性，內(nèi)心比較痛恨兒子．

2 知識(shí)推理

知識(shí)推理是專家系統(tǒng)的核心部分，本章先介紹面向?qū)ο蟮耐评?，然后給出了面向?qū)ο蟮目赏赝评硪?guī)則，并對(duì)知識(shí)的一致性、冗余性、繼承循環(huán)進(jìn)行研究．

2．1 面向?qū)ο笸评?/h3>

在面向?qū)ο蟮闹R(shí)表示中，對(duì)象將實(shí)體、知識(shí)以及知識(shí)處理方法封裝在一起，這種封裝機(jī)制實(shí)現(xiàn)了信息隱藏和數(shù)據(jù)抽象．對(duì)象通過(guò)接口與外部發(fā)生聯(lián)系［4］，如圖4所示．

對(duì)象之間的相互作用體現(xiàn)在 “消息”的傳送上．對(duì)象響應(yīng)外界發(fā)送來(lái)的消息，按照消息模式找出匹配的操作并執(zhí)行．消息傳遞機(jī)制真實(shí)地反映了客觀世界的內(nèi)部結(jié)構(gòu)［4］．

對(duì)于一類領(lǐng)域子問(wèn)題，如果它們的求解方法近似，可以通過(guò)繼承共享其推理機(jī)的實(shí)現(xiàn)．對(duì)于求解方法不同的對(duì)象，也應(yīng)該繼承其方法的聲明，給外部提供統(tǒng)一的接口．利用對(duì)象的多態(tài)性，外界可以通過(guò)統(tǒng)一的方法訪問(wèn)對(duì)象．

在對(duì)象與對(duì)象之間的外部推理，是通過(guò)特性繼承和消息傳遞來(lái)實(shí)現(xiàn)的．對(duì)象與基類、基類與派生類之間可以通過(guò)實(shí)例化和繼承來(lái)傳遞特性值和知識(shí)處理方法．在沒(méi)有派生關(guān)系的類與對(duì)象之間則可以通過(guò)消息傳遞來(lái)達(dá)到獲取知識(shí)的目的．消息傳遞通常采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式．消息傳遞具有遞推功能即收到消息的對(duì)象類還可以將消息或部分消息傳遞到其它對(duì)象類，以求取得其它對(duì)象類協(xié)同求解問(wèn)題的目的［4］．

知識(shí)對(duì)象的內(nèi)部推理和對(duì)象間推理的過(guò)程也是各個(gè)對(duì)象類的實(shí)例化過(guò)程．需要接收消息的對(duì)象首先進(jìn)行對(duì)象的實(shí)例化過(guò)程，如果該對(duì)象還包含其他對(duì)象類作為自己的成員，則首先實(shí)例化那些對(duì)象，這一過(guò)程遞推進(jìn)行，最終通過(guò)屬性填充、繼承、過(guò)程調(diào)用等手段獲取知識(shí)，建立起一個(gè)新對(duì)象；然后推理過(guò)程就首先在該對(duì)象內(nèi)部進(jìn)行，完成與對(duì)象所對(duì)應(yīng)的診斷子系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)的故障假設(shè)和證實(shí)任務(wù)．如果假設(shè)能夠成立，說(shuō)明該對(duì)象所對(duì)應(yīng)的實(shí)體出現(xiàn)了故障，否則應(yīng)引導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)入下一層或與其相關(guān)的另一子系統(tǒng)進(jìn)行推理．這一過(guò)程不斷進(jìn)行直到推理完成或推理失?。罱K可以建立起一個(gè)推理樹(shù)，樹(shù)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)則對(duì)應(yīng)著原型知識(shí)庫(kù)中的某一知識(shí)對(duì)象，也就是一個(gè)實(shí)體［4］．面向?qū)ο蟮谋硎痉椒ň哂蟹庋b性、模塊性、繼承性、易維護(hù)性等優(yōu)點(diǎn)，克服了知識(shí)庫(kù)開(kāi)發(fā)、維護(hù)以及管理的難度［5］．

圖4 消息傳遞機(jī)制

2．2 面向?qū)ο蟮目赏赝评?/h3>

（1）類－對(duì)象的可拓推理

設(shè)有基元的基元系統(tǒng)Sobject、Sclass表示

其中R1，R2，…Rn為Sclass基元系統(tǒng)的對(duì)象，R′1，R′2，…R′n為Sobject基元系統(tǒng)的對(duì)象．M1，M2，…Mk和M′1，M′2，…M′k分別為Sobject、Sclass的特征 （屬性和方法），V（M1）V（M2），…V（Mk）和V（M′1），V（M′2），…V（M′k）分別為 M1，M2，…Mk和M′1，M′2，…M′k相對(duì)的量值．若

∞表示R′1對(duì)R1的實(shí)例化，則在語(yǔ)義約束上有定義：

如果 ｛M1，M2，…Mk｝? ｛M′1，M′2，…M′k｝

對(duì)于上面的例子則有：張三屬于人類．

（2）繼承的可拓推理

在面向?qū)ο蟮募夹g(shù)當(dāng)中，繼承是一種類和類之間的關(guān)系．即子類和父類的關(guān)系．子類的屬性和方法（行為）是繼承了父類的方法和屬性．但子類中的另外一些屬性和方法是本身特有的．在一個(gè)智能系統(tǒng)中不可能也沒(méi)有必要把某一事物的所有相關(guān)信息用一個(gè)單元來(lái)記錄．事物的相關(guān)信息一般分名別類記錄在不同單元內(nèi)，共同信息可只儲(chǔ)存在一個(gè)單中，事物的比較全面、精確的信息可通過(guò)單元之間的推理來(lái)獲得．而單元之間推理的主要部分是繼承的推理．所謂繼承的可拓推理是根據(jù)基元關(guān)系把對(duì)事物、事件 （包括過(guò)程）的特征描述從一基元傳遞到另一基元的過(guò)程．

單一繼承的可拓推理

基元子類對(duì)基元父類基元的繼承的可拓推理．設(shè)有基元的基元系統(tǒng)Ss－class、Sf－class表示：

Sf－class＝ ｛R1，R2，…Rn｝＊｛M1，M2，…Mk｝＊｛V（M1），V（M2），…V（Mk）｝

Ss－class＝ ｛R′1，R′2，…R′n｝＊｛M′1，M′2，…M′x｝＊｛V（M′1），V（M′2），…V（M′x）｝

而且x≥k．其中R1，R2，…Rn為基元系統(tǒng)Sf－class的成員，R′1，R′2，…R′n為基元系統(tǒng)Ss－class的成員．M1，M2，…Mk和M′1，M′2，…M′x分別是Sf－class、Ss－class的特征．

Vj（M′i）（i＝1，2，…x，j＝1，2，…x）是Ss－class的R′j上M′i的量值，Vj（Mi）（i＝1，2，…k，j＝1，2，…k）是Sf－class中成員Rj在Mi上的量值．若Rj和R′j有繼承關(guān)系，面向?qū)ο蟮目赏乇硎拘问綖椋?/p>

≤表示R′1對(duì)R1的繼承，α1和α2為被繼承和繼承．

則 ｛M1，M2，…Mk｝? ｛M′1，M′2，…M′x｝

例如：

則 ｛用途，載重，廠家｝? ｛用途，載重，廠家，動(dòng)力原料｝如果：

多繼承的可拓推理

在多繼承的可拓推理中．他的父類不止一個(gè)．因而繼承了許多父類的性質(zhì) （屬性，方法），在可拓推理中就可以把一個(gè)類拓展到他的許多父類當(dāng)中去，就是一個(gè)子類能推理得到許多個(gè)子類的過(guò)程．

繼承的可拓傳導(dǎo)推理

設(shè)基元Rclass，R1，R2…Rn．Rclass的面向?qū)ο蟮目赏乇硎緸?/p>

例如：在家電這個(gè)類中，有許多子類，電視機(jī)類、洗衣機(jī)類、音響類等等．根據(jù)上述的規(guī)則，則在語(yǔ)義約束上有：電視機(jī)類?洗衣機(jī)類?音響類

（3）對(duì)象之間的可拓推理

在對(duì)象與對(duì)象之間的關(guān)系中，有兩種情況，一是兩個(gè)對(duì)象是同一個(gè)類實(shí)例化的對(duì)象，即類內(nèi)對(duì)象的關(guān)系．二是兩個(gè)對(duì)象是不同實(shí)例化的結(jié)果，是類外的對(duì)象關(guān)系．在前一種情況下，他們是同一個(gè)類，在這里不再詳述；后一種中情況中，對(duì)象之間的關(guān)系是消息傳遞機(jī)制所形成的．

設(shè)一個(gè)對(duì)象系統(tǒng)中有方法和屬性．則表示；

O1＝ ｛c′o1，c′2，…c′n｝＊｛c1，c2，…cm｝＊｛V（c′1），V（c′2），…V（c′n）｝＊｛V（c1），V（c2），…V（cm）｝ c′i（i＝1，2，…n）為n個(gè)方法．c′i（i＝1，2，…m）為m個(gè)屬性．另外一個(gè)對(duì)象系統(tǒng)也有方法和屬性．則表示：

O2＝ ｛c′o1，c′o2，…c′ok｝＊｛co1，co2，…coh｝＊｛V（c′o1），V（c′o2），…V（c′ok）｝＊｛V（co1），V（co2），…V（coh）｝ c′oi（i＝1，2，…k）為k個(gè)方法，coi（i＝1，2…h(huán)）為h個(gè)屬性．

如果c′ox，x∈ ［1，k］，他的參數(shù)為c′y，y∈ ［1，n］或者cz，z∈ ［1，m］，利用面向?qū)ο蟮目赏乇硎緸椋?/p>

c′ox＝｜c(diǎn)′ox－name 參數(shù) c′y或者c′zy｜

也就是在對(duì)象2的一個(gè)方法中，它的參數(shù)是有對(duì)象1中的方法或?qū)傩詡魅氲模畡t在語(yǔ)義約束上有：

例如：

根據(jù)上述規(guī)則有：O2?O1

（4）類間的可拓推理

類與類之間的關(guān)系是通過(guò)接口來(lái)完成的．如果一個(gè)類是繼承了某個(gè)接口，則在類中要完成對(duì)接口中的方法和屬性完整的定義．

設(shè)一個(gè)接口I，I表示為I＝ ｛c′1，c′2，…c′m｝＊｛c1，c2，…cn｝，c′i（i＝1，2…m）為接口I定義的方法．ci（i＝1，2…n）為接口定義的屬性．

如果類CA繼承了接口I，CA＝ ｛c′1，c′2，…c′m｝＊｛c1，c2，…cn｝＊｛cA1，cA2，…cAK｝，在CA中CAi（i＝1，2…k）為類中定義的方法和屬性．

類CB也繼承了接口I，CB＝ ｛c′1，c′2，…c′m｝＊｛c1，c′2，…cn｝＊｛cB1，cB2，…cBr｝，在CB中cBi（i＝1，2，…r）為CB自己定義的方法和屬性．CA、CB可拓表示為

則在語(yǔ)義約束上有：

根據(jù)上述規(guī)則，在語(yǔ)義約束上有：CA?CB

3 今后的工作

本文只是做了嘗試性的工作，還有大量的問(wèn)題需要探索，從可拓學(xué)科自身的特點(diǎn)來(lái)看，可拓學(xué)與智能系統(tǒng)的結(jié)合是很有發(fā)展前景的．特別是可拓策略生成系統(tǒng)的研究，為今后人工智能的發(fā)展提供一種廣闊的途徑．

在今后的研究工作中，針對(duì)本文的許多不足之處進(jìn)行改進(jìn)和深入研究，主要對(duì)面向?qū)ο蟮目赏赝评聿呗陨线M(jìn)行研究．將把本體的概念引入為解決矛盾性提供基礎(chǔ)［6］，也為可拓策略生成系統(tǒng)更加智能化提供支持．再將軟件開(kāi)發(fā)的領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行試驗(yàn)證明［7］，形成知識(shí)共享模型．

［1］ 李俊玲．一種改進(jìn)的知識(shí)表示方法及其模糊推理的研究 ［D］．長(zhǎng)春：東北師范大學(xué)，2007

［2］ 葉瀟，楊帆，曹存根，等．基于場(chǎng)合的情緒常識(shí)模型研究與分析 ［J］．華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006，32（09）：1091－1097

［3］ 田雯．人類心理常識(shí)的形式化研究 ［D］．北京：中國(guó)科學(xué)院研究生院 （計(jì)算技術(shù)研究所），2004

［4］ 陳迎春．一種基于面向?qū)ο蟮闹R(shí)表示和推理機(jī)設(shè)計(jì) ［D］．成都：西南交通大學(xué)，2008

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