謂詞邏輯在人工智能知識(shí)表示中的應(yīng)用

李娟 吳想 海南師范大學(xué)

謂詞邏輯在人工智能知識(shí)表示中的應(yīng)用

李娟 吳想 海南師范大學(xué)

謂詞邏輯是在謂詞分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行形式化后得出的語(yǔ)言與推理，在人工智能的發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮著理論基礎(chǔ)的作用。謂詞邏輯在人工智能領(lǐng)域的應(yīng)用，主要包括消解原理與知識(shí)表示兩個(gè)方面，本文將謂詞邏輯在人工智能知識(shí)表示中的應(yīng)用進(jìn)行分析，探討人工智能中利用謂詞邏輯形式語(yǔ)言進(jìn)行知識(shí)表示的具體步驟，為謂詞邏輯的應(yīng)用提供有價(jià)值的參考。

謂詞邏輯 人工智能 知識(shí)表示 形式語(yǔ)言

1 引言

在人工智能的研究過(guò)程中，怎樣才能使計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)人工之智能，是我們一直探討的關(guān)鍵問(wèn)題。而解決這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵在于獲取知識(shí)并將其用于推理。為了獲取并應(yīng)用知識(shí)，首要問(wèn)題就是實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的正確表示，所以，只有明確知識(shí)表示形式，才能為人工智能的實(shí)現(xiàn)提供基礎(chǔ)支持。在知識(shí)表示中，謂詞邏輯是最重要的表示方法之一。這種方法可以用于表達(dá)多種描述性的語(yǔ)句，同時(shí)可以將其存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中用于處理。例如，可以利用謂詞邏輯來(lái)表示生產(chǎn)式系統(tǒng)中的規(guī)則集與數(shù)據(jù)庫(kù)。本文將對(duì)謂詞邏輯在人工智能知識(shí)表示中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

2 謂詞邏輯的形式語(yǔ)言

在謂語(yǔ)邏輯的形式語(yǔ)言L(fǎng)中，使用的符號(hào)有以下幾類(lèi)：第一類(lèi)，v，v0，v1，v2等。第二類(lèi)，∨、∧、 與→等。第三類(lèi)，。第四類(lèi)，大于1的自然數(shù)n，Pn，Qn，與Rn等。第五類(lèi)，c，c0，c1，c2等。第一類(lèi)符號(hào)表示多個(gè)可數(shù)個(gè)體變項(xiàng)。第二類(lèi)符號(hào)表示的是邏輯連接詞，其中∧代表合取，∨代表析取， 代表并非，→代表蘊(yùn)涵。而第三類(lèi)符號(hào)代表量詞，其中表示存在，表示存在。第四類(lèi)符號(hào)表示無(wú)窮多個(gè)n(n≥1)元謂詞或關(guān)系符號(hào)。第五類(lèi)符號(hào)表示無(wú)窮個(gè)體常項(xiàng)。與此同時(shí)，形式語(yǔ)言的形成規(guī)則包括以下幾點(diǎn)：第一，我們將個(gè)體常項(xiàng)與個(gè)體變項(xiàng)合稱(chēng)為L(zhǎng)-項(xiàng)，表示方式為t0，t1，t2，tn-1等。第二，如果從t0到tn-1均為L(zhǎng)-項(xiàng)，而Rn是形式語(yǔ)言中的一個(gè)n元謂詞符號(hào)，Rn（t0，t1，t2，tn-1）就屬于L-公式。第三，如果α屬于L-公式，則 α同樣為L(zhǎng)-公式。第四，如果α與β均為L(zhǎng)-公式，則(α∧β)、(α∨β)、以及(α→β)均為L(zhǎng)-公式。第五，如果α為L(zhǎng)-公式，x為個(gè)體變項(xiàng)，則xα與xα均為L(zhǎng)-公式。第六，只有有限次使用上述各步得到的L符號(hào)序列才是L-公式。在謂詞邏輯的形式語(yǔ)言中，L-公式可以用于表示許多復(fù)雜的知識(shí)，可以用 、∧以及∨連接謂詞表示事物的概念、屬性以及狀態(tài)等知識(shí)，還可以用→來(lái)表示不同事物之間存在的明確的因果關(guān)系。并且能夠表示智能行為活動(dòng)中的知識(shí)過(guò)程。采用形式語(yǔ)言的方法表示知識(shí)，用于創(chuàng)建智能系統(tǒng)中的知識(shí)庫(kù)，就是應(yīng)用合適的謂詞來(lái)代表一個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的知識(shí)，構(gòu)建L-公式，與被表達(dá)的自然語(yǔ)言保持邏輯一致性。

3 使用謂詞邏輯進(jìn)行知識(shí)表示

在人工智能中，求解問(wèn)題的基就是掌握與其相關(guān)的知識(shí)，將已有的知識(shí)利用計(jì)算機(jī)代碼的形式進(jìn)行描述與存儲(chǔ)，并對(duì)其進(jìn)行利用的過(guò)程就是知識(shí)表示。目前，謂詞邏輯是可以表現(xiàn)出人類(lèi)思維規(guī)律的最準(zhǔn)確的符號(hào)語(yǔ)言，是在人工智能中進(jìn)行知識(shí)表達(dá)的最重要的方法。在應(yīng)用謂詞邏輯進(jìn)行知識(shí)表示的過(guò)程中，使用謂詞邏輯來(lái)表示自然語(yǔ)言必須經(jīng)歷三個(gè)步驟：首先，將一個(gè)基礎(chǔ)的命題分解為兩個(gè)部分，分別為謂詞和體詞，應(yīng)用x，y，z代替?zhèn)€體變?cè)?，并?yīng)用P，Q，R代替謂詞變?cè)賾?yīng)用a，b，c代替?zhèn)€體常項(xiàng)。其次，在基礎(chǔ)命題中找到量詞，并應(yīng)用 來(lái)表示存在，利用來(lái)表示所有。最后，使用符號(hào)∧、∨以及→表示基礎(chǔ)命題中的謂詞與個(gè)體家的關(guān)系以及謂詞與幾個(gè)個(gè)體詞間存在的復(fù)合關(guān)系。

4 對(duì)自然語(yǔ)言進(jìn)行形式描述

例如，想要應(yīng)用謂詞邏輯來(lái)表述“天下烏鴉一般黑”這句話(huà)，具體的方法如下：首先，要定義一個(gè)“烏鴉”，可以用CROW(x)表示。其次，要表明烏鴉是黑色的，就可以用COLOR(x,black)表示，在這個(gè)語(yǔ)句中，x屬于變項(xiàng)，而black則是常項(xiàng)。最后，將x定義為代表“所有的x”。并使用→來(lái)表示謂詞間的蘊(yùn)含關(guān)系，也就是“只要x是只烏鴉，其顏色就是黑的”，因此，“天下烏鴉一般黑”這句話(huà)可以利用L-公式表示為x(CROW(x)→COLOR(x,black))。

例如，想要應(yīng)用謂詞邏輯來(lái)表述“任意一個(gè)自然數(shù)都有一個(gè)比它大的素?cái)?shù)”這個(gè)原理，具體的方法如下：首先，將基礎(chǔ)命題中的兩個(gè)個(gè)體詞“自然數(shù)”與“素?cái)?shù)”分別定義為x和y，分別用N(x)和P(y)表示。其次，將二者的關(guān)系定義為“x小于y”，可以用R(x，y)表示。再次，將x定義為“任意x”，并用y表示“任意y”。最后，使用符號(hào)∧與→來(lái)表示謂詞間的合取及蘊(yùn)涵關(guān)系，因此，“任意一個(gè)自然數(shù)都有一個(gè)比它大的素?cái)?shù)”這個(gè)原理可以利用L-公式表示為

綜上所述，應(yīng)用謂詞邏輯進(jìn)行知識(shí)表示的過(guò)程，就是形式化的表現(xiàn)知識(shí)的過(guò)程，將其合理有效的存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中。對(duì)于人工智能知識(shí)表示，需要更多人研究其中的模糊邏輯、模糊邏輯以及直覺(jué)邏輯等，改進(jìn)謂詞邏輯在知識(shí)表示中的問(wèn)題，提高知識(shí)表示效率。

[1]卿曉霞,王誠(chéng),周健,余建平.小型污水處理廠(chǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)[J].給水排水.2012(01)

[2]江莉,蔡忠清.內(nèi)河水上交通智能決策解決方案[J].中國(guó)水運(yùn)(下半月).2014(03)

[3]張坤朋,孫瑞,劉震,鄭思明.河南園林植物昆蟲(chóng)信息查詢(xún)系統(tǒng)的研建與開(kāi)發(fā)[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué).2012(15)