知识库系统结构(数据库)
时间：2022-12-11 02:30:01 | 来源：信息时代
时间：2022-12-11 02:30:01 来源：信息时代
知识库系统结构 : 知识在知识库系统中的逻辑表示和物理存储结构,具体应由知识表示、知识管理及外部接口等部件构成。知识库系统一般采用概念—事实—规则的知识表示体系,概念给出了知识最基本的内容,它处在知识的最底层; 事实由概念组成,它建立了概念间的联系; 规则由事实组成,它建立了事实间的联系。因此,概念—事实—规则建立了从概念到事实再到规则之间的层次构造关系。事实上数据库也是一种没有规则的特殊的知识库,数据库的属性和元组较好地表示了知识结构中的概念和事实,但没有考虑到规则的表达。在数据库中需要建立数据模式以规范数据的逻辑结构和物理结构,在知识库中则要建立知识模式以规范知识的逻辑结构与物理结构。
与传统的数据库系统不同,知识库系统的管理对象不再是简单的数据,而是内容更为复杂、形式更为多样的“知识”。它有自己的知识来源、知识获取渠道、管理系统和特定的用户。在整个知识库系统中,每个部分有着不同的作用。目前普遍认为知识库系统是一种资源的集成,一般由知识库、知识库管理系统、用户接口、知识获取接口等基本部件组成,如图1所示。
图1 知识库系统一般结构
(1)知识源是知识的出处,不管是内部知识还是外部知识,显性知识还是隐性知识,都可以作为知识的来源。
(2)用户接口是一种良好的人机接口,向用户提供使用知识库的手段。通过它,用户可以对知识进行查询、检索、增、删、改等操作。它通常是一种知识查询语言。
(3)知识获取接口是完成从知识源抽取知识,通过向某一种知识表示语言转换,并实现知识同化的功能部件。知识的形式是多种多样的,如果不对它进行统一规范的表示,就很难进行有效的管理。作为用户建立知识库的接口,知识获取接口能使用户比较方便地把外部的知识安装到知识库中。
(4)知识库管理系统是对知识库进行管理、控制,完成对知识库的各类操作,并向用户提供查询、检索手段的计算机软件系统。它包括系统的维护与诊断、系统日常事务管理、各种实用程序的管理、出错处理、知识库系统的安全控制和用户的使用权限管理等。也有学者从实现知识推理这个角度认为知识库管理系统还应该包含一个推理机构,它可以完成对知识的操纵,包括知识的演绎检索,利用知识解释输入的数据或事实,推导出用户所需的结论等。
(5)知识库是知识的存储机构,它是按一定要求存储在计算机中相互关联的某种事实、规则的集合,是经过分类、组织和序化的知识集合,是构造知识库系统的核心和基础,其中包含了概念、事实和规则。知识库不同于传统数据库,它是在传统数据库的基础上,有针对性、有目的地从中抽取知识点,按一定的知识体系进行整理和分析而组织起来的,需要建立知识表示模式以规范知识的逻辑结构与物理结构。目前的一种存储结构是可以把一个规则中的前件或后件称作知识结点,前件知识结点定义为内部结点,后件知识结点定义为出口结点; 结点和结点之间的关系就构成了知识单元。
图2 知识库知识单元图结构示意图
图2是知识库知识单元图的结构示意图,其中,U→U
1构成的知识单元中,知识结点U
1为规则中的前件,知识结点U为规则中的后件,以此类推。U所代表的是某一领域知识的规则体系,该规则体系中的规则构成层次结构,但也不排除网状结构; E代表的则是类似于U的另一规则体系。
知识库的第一级逻辑存储结构可以用图矩阵表示。知识库中所有的知识结点以其关键字的键值为权值从小到大顺次排列形成知识结点行向量和列向量,构成图矩阵(如表1所示)。
表1 图2对应的图矩阵
| | | U | U1 | U2 | U3 | U4 | U5 | U6 | U7 | U8 | U9 |
| | | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| U | 1 | | | | | | | | | | K1,10 |
| U1 | 2 | K2,1 | | | | | | | | | |
| U2 | 3 | K3,1 | | | | | | K3,7 | K3,8 | | |
| U3 | 4 | K4,1 | | | | | | | K4,8 | | |
| U4 | 5 | K5,1 | | | | | | | | | |
| U5 | 6 | | K6,2 | | | | | | | | |
| U6 | 7 | | K7,2 | | | | | | | | |
| U7 | 8 | | | | | K8,5 | | | | | |
| U8 | 9 | | | | | K9,5 | | | | | |
| U9 | 10 | | | | | K10,5 | | | | | |
知识库的二级逻辑结构可以用二维链表表示。图矩阵是一个二维关系,各种知识表示在该矩阵中都能给出简单直观的表示形式。但该矩阵是一个稀疏矩阵,矩阵中非零元素的位置也没有固定的规律可循,对于规则和知识点数量庞大的知识库而言,容易造成计算资源浪费。采用二维链表的数据结构直接存储图矩阵的非零元素可提高效率(如图3所示)。
图3 表1图矩阵对应的二维链表结构
图矩阵中一个非零项对应一个链结点,链结点中定义一个左指针、一个右指针,它联系图矩阵中行向和列向链结点。编程实现时链结点对应一个基类,基类中定义了规则中条件事实项、结论事实项(即知识结点)间连接关系的数据结构和关于链结点的各种操作。一个规则对应一个超类,该超类中定义了规则之间关联关系的数据结构和对规则所进行的各种操作。有同一结论事实项的各规则构成二维链表中的各列结点链,列链结点对应一个更高级别的超类,该超类中定义了列链结点之间关联关系的数据结构和关于列的各种操作。
知识库管理系统必须支持对知识库中规则的快速查询以及存取、增删等操作,并且能对规则的各条件事实项和结论事实项进行编辑、修改。因此二维链表中的各列链被作为一个记录进行连续存储(如图4所示),链结点作为记录的不等长数据项存储。为了便于对知识结点主要信息的搜索,记录的关键字值和指针与记录的其他信息分开存入主文件中,采用适当的文件组织方法进行文件组织。
图4 某链节列记录构造
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