บทที่ 2 การแทนองค�ความรู�Knowledge RepresentationUbon Ratchathani University, Mukdahan Campus : อ.วรยทุธ วงศน์ิล

1

1106 602(Artificial Intelligence)

If, for a given problem, we have a means of checking a

proposed solution, then we can solve the problem by

testing all possible answers. But this always takes much too

long to be of practical interest. Any device that can reduce

this search may be of value.

- Marvin Minsky, Steps Toward Artificial Intelligence

2

Knowledge

องค(ความรู. (Knowledge) เป3นส6วนสําคัญใน AI โดยใช.เป3นข.อมูลเพื่อคิดหรือตัดสินใจ

� ข.อมูล (Data) คือ ข.อเท็จจริงเกี่ยวกับสิ่งต6างๆ อาจจะอยู6ในรูปของตัวเลข ข.อความ หรือสื่ออื่นๆ

� สารสนเทศ (Information) คือ ข.อมูลที่ผ6านการประมวลผลและถูกจัดการให.มีความถูกต.องและทันสมัย

� องค(ความรู. (Knowledge) คือ สารสนเทศที่ผ6านการคัดเลือก เพื่อนํามาใช.ในการแก.ปTญหาในสถานการณ(ต6างๆ ตามความต.องการอย6างมีประสิทธิภาพ

3

Knowledge

4

Knowledge Representation

การแทนองค(ความรู. (Knowledge representation) หมายถึง

กระบวนการจัดรูปแบบองค(ความรู.และจัดเก็บไว.ในฐานองค(ความรู. เพื่อ

ใช.ในการแก.ปTญหาต6อไป

5

Knowledge Representation

ประเภทของวิธกีารแทนองค(ความรู.

� Logical Knowledge Representation

� Procedural Knowledge Representation

� Network Knowledge Representation

� Structured Knowledge Representation

� Multiple Knowledge Representation

6

Predicate Logic : ตัวอักษร

Predicate Logic ประกอบด.วย

� ค6าคงที่ (Constant) เป3นค6าที่ใช.บอกถึงความหมายที่ชัดเจนแน6นอน� GARFIELD แทนความหมายของแมว

� LUMYONG แทนความหมายของคน เพศหญิง

� ตัวแปร (Variable) คือ การระบุถึงความหมายในภาพรวม ไม6เจาะจง� cat หมายถึง สัตว(ที่เป3นแมว แต6ไม6ได.ระบุถึงพันธุ(

� mother หมายถึง แม6คน แต6ไม6ได.ระบุว6าแม6ใคร

� ตัวแปร (Variable) คือ� cat(GARFIELD) เป3นฟTงก(ชันสําหรับหาว6า GARFIELD เป3นแมวพันธุ(อะไร

� mother(WANCHALERM) เป3นฟTงก(ชันสําหรับหาว6าใครเป3นแม6ของ WANCHALERM

7

Predicate Logic : ส+วนแสดงความสัมพันธ�

เป3นส6วนที่ใช.แสดงความสัมพันธ(ระหว6างองค(ประกอบ ซึ่งจะช6วย

ขยายความเข.าใจในค6าที่แสดงว6ามีความสัมพันธ(กันอย6างไร เช6น

� WOMAN(LUMYONG) LUMYONG เป3นผู.หญิง

� LIKES(BOY, BAITOEI) BOY ชอบ BAITOEI

� OLDER(LUMYONG, mother(BOY)) LUMYONG แก6กว6าแม6ของ BOY

8

Predicate Logic : ตัวเชื่อม

ใช.ในการเชื่อมระหว6างส6วนแสดงความสัมพันธ( (Predicate) เข.าด.วยกัน

� NOT (¬) เช6น ¬ MAN(BOY)

� AND (∧) เช6น HANDSOME(BOB) ∧ NICE(BOB)

� OR (∨) เช6น OLDER(KORN, BOB) ∨ OLDER(KORN, SOM)

� IF…THEN (⇒) เช6น TALL(BOB) ⇒ HANDSOME(BOB)

� IF AND ONLY IF (⇔) เช6น ADULT(BOB) ⇔ AGE20(BOB)

9

Predicate Logic : ตัวบ+งปริมาณ

เป3นค6าที่ใช.ชีว้ัดปริมาณของประโยค เพื่อใช.ในการบ6งชี้ถึงจํานวนหรือขนาด

ใน Predicate Logic มี 2 ประเภท คือ

� ตัวบ6งปริมาณสากล (Universal Quantifier) บางครั้งเรียก for all

เช6น ∀x(THAI18(x) ⇒ VOTE(x))

� ตัวบ6งปริมาณบางส6วน (Existential Quantifier) บางครั้งเรียน for some

เช6น ∃x(FACEBOOK(x) ∧ LINE(x))

10

Nested Quantifier

บางครั้งอาจมีตัวบ6งปริมาณหลายตัว เช6น

∀x∀y [BROTHER(x, y) ⇒ SIBLING(x, y)]

∀x∃y[LOVES(x, y)]

∃x∀y[LOVES(y, x)]

11

NOT of Quantifier

¬ {∀x[P(x)] } ≡ ∃x[¬ P(x)]

¬ {∃x[P(x)] } ≡ ∀x[¬ P(x)]ตัวอย6าง เช6น

ไม6มีใครเลยที่ชอบไอศครีม

¬ {∃x[LIKES(x, ice-cream)] }

สามารถเขียนได.อีกอย6าง คือ

∀x[¬ LIKES(x, ice-cream)]

12

Logical Knowledge Representation

การแทนองค(ความรู.เชิงตรรกะ

� อาศัยแนวคิดความรู.เชิงตรรกะสําหรับแสดงองค(ความรู.

� ใช.การนําสารสนเทศที่สร.างขึ้นในรูปแบบของข.อตกลง (premise)

หรือข.อเท็จจริง (fact) มาเข.าสู6กระบวนการทางตรรกะ

� สร.างผลลัพธ(ซึ่งเป3นผลของการอนุมาน (inference)

13

Logical Knowledge Representation

ข�อดี

� ค6าที่ใส6เข.าไปในประพจน(หรือประโยคมีความเป3นอิสระต6อกัน

� มีความแม6นยําและสมบูรณ(สูงในข.อมูลขนาดเล็ก

ข�อเสีย

� แยกส6วนวิธีการจัดรูปแบบและการประมวลผลออกจากกัน

� ไม6เหมาะกับชุดข.อมูลที่มีขนาดใหญ6

� ค6อนข.างช.าเมื่อปริมาณข.อมูลเพิ่มขึ้น

14

Procedural Knowledge Representation

การแทนองค(ความรู.เชิงระเบยีบวิธี

� เป3นการจัดรูปแบบโดยนํากลุ6มคําสั่งเงื่อนไข (condition) และ การ

กระทํา (action) มาใช.ร6วมกัน

� แต6ละกฏมีความเป3นอิสระต6อกัน ทําให.สามารถเพิ่มเติมกฏต6างๆ ได.

เรื่อยๆ

� คล.ายคลึงกับพฤติกรรมการเรียนรู.ของมนุษย(

15

Procedural Knowledge Representation

รูปแบบการใช.งาน

� IF ข.อตกลง THEN สรุปความ

� สรุปความ IF ข.อตกลง

� IF ข.อตกลง THEN สรุปความ 1

ELSE สรุปความ 2

� กฏซับซ.อนที่มี AND, OR เข.ามาเกี่ยวข.อง

16

Procedural Knowledge Representation

ตัวอย6าง

IF John Smith is an employee

AND John Smith’s age is greater than 65

THEN John Smith can retire

17

Procedural Knowledge Representationข�อดี

� ง6ายต6อการทําความเข.าใจและสื่อสาร

� ง6ายต6อการอนุมานและอธิบาย

� ง6ายต6อการปรับปรุงและรักษาคุณสมบัติของความสัมพันธ(

� ง6านต6อการผสมผสานกฎต6างๆ เข.าด.วยกัน

� กฎแต6ละข.อเป3นอิสระต6อกัน

ข�อเสีย

� องค(ความรู.มีความซับซ.อน ยากต6อการใช.งาน

� บางครั้งกฏไม6สมเหตุสมผล

� ระบบที่ใช.กฎเป3นจํานวนมาก จะทําให.ยากในการค.นหาองค(ความรู.

18

Network Knowledge Representation

การแทนองค(ความรู.ด.วยโครงสร.างกราฟ ประกอบด.วย

� โหนด (node) ทําหน.าที่แทนวัตถุ การกระทํา เหตุการณ(

� เส.นเชื่อม (edge/ling/arc) ทําหน.าที่เชื่อมโยงความสัมพันธ(ระหว6าง

โหนดต6างๆ

19

Network Knowledge Representation

� ข.อดี� ง6ายต6อการติดตามโครงสร.างระดับชั้น

� ง6ายต6อการติดตามการเชื่อมโยง

� ขนาดของเครือข6ายมีความยืดหยุ6นสูง

� มีคุณสมบัติการถ6ายทอดคุณลักษณะ

� ข.อเสีย� ความหมายที่ใช.กับโหนดอาจเบี่ยงเบนได. เนื่องจากคําอาจมีหลายความหมาย

� ยากต6อการตรวจจับข.อผิดพลาด

� ยากต6อการเขียนโปรแกรม

� ขนาดหน6วยความจําที่ใช.

20

Structured Knowledge Representation

การแทนความรู.เชิงโครงสร.าง

� เป3นการอธิบายองค(ความรู.ในลักษณะโครงสร.าง

� สามารถนํามาใช.ควบคู6กบัการแทนความรู.เชิงเครือข6ายได. เมื่อโหนดแต6

ละโหนดของการแทนความรู.เชิงเครือข6ายมีความซ้ําซ.อน

� การแทนความรู.เชิงโครงสร.างที่นิยมใช.กันคือ เฟรม (frame)

21

Structured Knowledge Representation

เฟรม (frame) หมายถึง กรอบที่ใช.ล.อมรอบองค(ความรู.เชิงวัตถุที่

มีความซับซ.อนเพื่อใช.แก.ปTญหาใดปTญหาหนึ่ง

� เฟรมจะถูกแบ6งออกเป3นส6วนย6อยๆ เรียนว6า slot

� Slot จะทําหน.าที่เก็บคุณลักษณะและ facet (ค6าของ slot)

22

Structured Knowledge Representation

23

hotel room

specialization of : room

location: hotel

contains : (hotel chair,hotel phone,hotel bed)

hotel chair

specialization of : chair

height : 20-40 cm

legs : 4

use : sitting

hotel phone

specialization of : phone

use : calling room servicehotel bed

specialization of : bed

use : sleeping

size : king

part : (mattress frame)

mattress

superclass: cushion

firmness : firm

Structured Knowledge Representation

� ข�อดี

� ง6ายต6อการสร.าง slot เพิ่มและลดภายหลังได.

� มีการกําหนดค6า default ได.

� สามารถนําเฟรมไปประยุกต(ทํางานร6วมกับเครือข6ายเชิงความหมายได.

� มีคุณสมบัติการถ6ายทอดคุณลักษณะ

� ข�อเสีย

� ยากต6อการเขียนโปรแกรม

� ยากต6อการสรุปความ

� เครื่องมือที่ใช.พัฒนาการแทนองค(ความรู.ประเภทนี้มนี.อย

24

Multiple Knowledge Representation

การแทนองค(ความรู.เชิงผสมผสาน

� การแทนองค(ความรู.แบบใดแบบหนึ่งไม6สามารถนํามาใช.ได.กับทุกงาน

� การแทนองค(ความรู.แต6ละวิธีจะมีข.อดีข.อเสียแตกต6างกัน

� การแทนองค(ความรู.เชิงผสมผสาน คือ การนําข.อดีของการแทนองค(

ความรู.แต6ละวิธีมาผสมและใช.งานร6วมกัน

25

Homework

1. จงแปลงข.อความต6อไปนี้ให.อยู6ในรูปของ Predicate Logic

� ถ.าวันนี้ฝนไม6ตกแล.ว Pancake จะอ6านหนังสือ

� นักเรียนทุกคนได.เกรด A

� ม.าทุกตัววิ่งเร็วกว6าแมว

� มีบางคนไม6ชอบดูหนัง

� Buakaw คือ นักมวย

26

Homework

2. จงเขียนกราฟแบบ Network Knowledge Representation เมื่อกําหนดให.มีวัตุและความสัมพันธ(ต6อไปนี้ Objects Relations (ใช'ซ้ําได')

John เป3น

Cat เป3นเจ.าของ

Garfield สร.าง

Engineer กิน

House

Fishbone

27