第二講-知識圖譜的表示

浙江大學計算機科學與技術(shù)學院陳華鈞教授/博導1第1節(jié)什么是知識表示浙江大學計算機科學與技術(shù)學院陳華鈞教授/博導4人類的自然語言，以及創(chuàng)作的繪畫和音樂、數(shù)學語言、物理模型、化學公式等都是人類知識的表示形式和傳承方式。具有獲取、表示和處理知識的能力是人類心智區(qū)別于其它物種心智的最本質(zhì)特征，也是人腦智能的最本質(zhì)特征。R.Davis,H.Shrobe,andP.Szolovits.WhatisaKnowledgeRepresentation?AIMagazine,14(1):17-KRKR=ComputationalModelofRealityR.Davis,H.Shrobe,andP.Szolovits.WhatisaKnowledgeRepresentation?AIMagazine,14(1):17-基于連續(xù)向量的知識表示基于連續(xù)向量的知識表示RDF，OWL，各種RuleLanguage等Tensor，各種Embedding，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)表示等顯式知識、強邏輯約束、易于解釋、推理不易擴展隱式知識、弱邏輯約束、不易解釋、對接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)Theessenceofintelligenceisreasoning,agoodstartingpointforunderstandingLearningwillonlybesolvedonceweknowwhatneedstobelearned,TheideathatTherearenopixelsorsymbolstringsinthehead.Allwehaveinourheadsisbigactivityvectorsthatcausemorebigactivityvectors.大腦中并沒有符號和圖像的存儲，而是一些BigActivitGeoffreyHinton.AetherialSymbols.Invitedtalk,AAAISpringSymposiumonKRR,StanfordUniversity,CA,March23-25,謝謝大家！第2節(jié)人工智能歷史發(fā)展長河中的知識表示浙江大學計算機科學與技術(shù)學院陳華鈞教授/博導描述邏輯是一階謂詞邏輯的可判定子集，主要用于描述本體概念和屬性，對于本體知識庫的構(gòu)建提供了便捷的表達形式，是與知識圖譜例如：學生，已婚者：{x|Student(x)}，{x|Married(x)}描述邏輯的知識庫O:=<T，A>，T即Tbox，A即AboxTBox包含內(nèi)涵知識，描述概念的一般性質(zhì)定義:引入概念以及關(guān)系的名稱，例如：MotABox包含外延知識(又稱斷言知識)概念斷言—表示一個對象是否屬于某個概念，例如：Mother(Hele關(guān)系斷言—表示兩個對象是否滿足一定的關(guān)系，例如：has_chHornLogic是一階謂詞邏輯的子集，主要特點是表達形式簡單，復雜度低。著名的Prolog語言就是基于Horn邏輯設(shè)計實現(xiàn)的。原子Atomsp(t1,t2...,tn)，p是謂詞，ti是項（變量或者常量），例子:has_child(X,Y)規(guī)則Rules由原子構(gòu)建:H:-B1,B2,...,Bm.H稱為Head；B1,B2,...,Bm稱為Body，例子：has_child(X,Y):-has_son(X,Y)事實Facts：Feigenbaum研制的化學分子結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)DENDRALShortliffe研制的的診斷感染性疾病的專家系統(tǒng)MYCIN框架理論的基本思想：認為人們對現(xiàn)實世界中事物的認識都是以一種類似于框架，并根據(jù)實際情況對其細節(jié)加以修改、補充，從而形成對當前事物的認識。1968年J.R.Quillian在其博士論文中最先提出語義網(wǎng)絡(luò)，把它作為人類聯(lián)想記(reproductionegg-laying))))WordNet是最著名的詞典知識庫，主要用于詞義消歧。WordNet由普林斯頓大WordNet主要定義了名詞、動詞、形容詞和副詞之間的語義關(guān)系。例如名詞），這些方法各有優(yōu)缺點，但都有一個共同的缺點是知識的獲取過程主要依靠專謝謝大家！第3節(jié)知識圖譜的符號表示方法浙江大學計算機科學與技術(shù)學院陳華鈞教授/博導KnowledgeGraphismoreexpressivethanpuregraphbutlesscomplexthanformallogicOWLOWL與Ontology簡單圖建模有向標記圖簡單圖建模有向標記圖RDF&PropertyGraph屬性圖的優(yōu)點是表達方式非常靈活，例如，它允許為邊增加屬性，非常便于表屬性圖的缺點是缺乏工業(yè)標準規(guī)范的支持，由于不關(guān)注更深層的語義表達，也在屬性圖的術(shù)語中，屬性圖是由頂點（Vertex邊（Edge標簽（Label關(guān)系類型還有屬性頂點也稱為節(jié)點（Node），邊也稱為關(guān)系在屬性圖中，節(jié)點和關(guān)系是最重要的實體。節(jié)點上一個標簽、一個開始節(jié)點和結(jié)束節(jié)點。關(guān)系的方向的標簽使得屬性圖具有語義化特征。和節(jié)點一樣，關(guān)系也可以有屬性，即邊屬性，可以通過在關(guān)系上增加屬性給圖算法提供有關(guān)邊的元信息，如創(chuàng)建時間等，此外還可以通過RDFRDF代表ResourceDescriptionFramework(資源描述框架)AnRDFtriple（S,P,O）encodesastatement—asimplelogicalexpression,orclaimabouttheworld.(subject(主),predicate(謂),object(賓))(subject(浙江大學),predicate(位于),object(杭州))Class,subClassOf,type,Property,subPropertyOf,Domain,ROntologyisthephilosophicalstudyofthenaturcategoriesofbeingan——-Merriam-WebsterOntologyinComputerScienceandArtifiWebOntologiesOntologiesbasedonwebstandardssuchasRDF-Schema：Class,subclass,Property,subProperty……ComplexClasses:intersection,unionandcoPropertyRestrictions:existentialquantification,universalquantification,hasValueCardinalityRestrictions:maxQualifiedCardinality,minQualifiedCardinality,qualifiedCardinalPropertyCharacteristics:inverseOf,SymmetricProperty,AsymmetricProperty,propertyDisjointWith,ReflexiveProperty,FunctionalPropeexp:運動員owl:exp:運動員owl:equivalentClassexp:體育選手exp:獲得owl:equivalentPropertyexp:取得exp:運動員Aowl:sameIndividualAsexp:小明2.聲明屬性的傳遞性exp:ancestorrdf:typeowl:TransitivePropertyexp:小明exp:ancestorexp:小林；exp:小林exp:ancestorexp:小志推理得出：exp:小明exp:ancestorexp:小志.exp:ancestorowl:inverseOfeexp:小明exp:ancestorexpexp:ancestorowl:inverseOfeexp:小明exp:ancestorexp推理得出：exp:小林exp:descendantexp:小明exp:hasMotherrdf:typeowl:Functexp:hasMother是一個具有exp:hasMotherrdf:typeowl:Functexp:hasMother是一個具有exp:friendexp:friendrdf:typeowl:SymmetricPropertyexp:小明exp:friendexp:小林推理得出：exp:小林exp:friendexp:小明exp:Personowl:allValuesFexp:Personowl:onPropertyexp:Personowl:allValuesFexp:Personowl:onPropertyexp:hasMother在主語屬于exp:Person類的時候，賓語7.聲明屬性的局部約束：存在限定8.聲明屬性的局部約束：基數(shù)限定7.聲明屬性的局部約束：存在限定8.聲明屬性的局部約束：基數(shù)限定9.聲明相交的類exp:SemanticWebPaperowl:someValuesFexp:SemanticWebPaperowl:onPropertyexexp:publishedIn在主語屬于exp:SemanticWebPaper類的時候，賓exp:Personowl:cardinality“1”^^xsd:integerexp:Personowl:onPropertyexp:hasMotherexp:hasMother在主語屬于exp:Person類的時候，賓語的取值只能有一個；“1”的數(shù)據(jù)類型被聲明為xsd:integer；這是基數(shù)約束，本質(zhì)上屬于屬性的局部約束。exp:Motherowl:interse_tmprdf:typerdfs:Collection_tmprdfs:memberexp:Person_tmprdfs:memberexp:HasChildren_tmp是臨時資源；它是rdfs:Collection類型，是一個容器；它的兩個成員是exp:Person，exp:HasChildren；上述三元組說明exp:Mother每一種子語言是前述語義表達構(gòu)件的一類集合，并有相應(yīng)的復雜度分析OWL2RL在擴展RDFS表達能力的同時，保持了較低的復雜度；QL代表query專為基于大規(guī)模的查詢設(shè)計。OWL2EL專為概念術(shù)語描述，推理而設(shè)計，在生物醫(yī)療領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，如臨床醫(yī)療術(shù)語本體屬性圖是工業(yè)界最常見的圖譜建模方法，屬性圖數(shù)據(jù)庫充分利用圖結(jié)構(gòu)特點做了性能優(yōu)化，實用度高，但不支持符號推理。RDF是W3C推動的語義數(shù)據(jù)交換標準與規(guī)范，有更嚴格的語義邏輯基礎(chǔ)，支持推理，并兼容更復雜的本體表示語言O(shè)WL。提供了更多可供選用的語義表達構(gòu)件。描述邏輯可以為知識圖譜的表示與建模提供理論基礎(chǔ)。描述邏輯之于知識圖譜，好比關(guān)系代數(shù)之于關(guān)系數(shù)據(jù)庫。謝謝大家！第4節(jié)知識圖譜的向量表示方法浙江大學計算機科學與技術(shù)學院陳華鈞教授/博導WordEmbedding/詞嵌入=WordVectors/詞向量=DistributedRepresentations/詞的分布式表示任意兩兩之間相似度為0（Subject，Predicate，Object）h+r=t(Rome,is-capital-of,知識圖譜中的三元組對每個三元組(h,r,t)的優(yōu)化目標：每個三元組的目標函數(shù):(h,r,t)的score(h,r,t)的score(h,r,t)的負樣本的score負樣本的構(gòu)造：隨機替換h或tis-capital-off