一阶逻辑中的知识工程

什么是知识工程？

用一阶逻辑构造知识库的过程称为知识工程。在知识工程中，研究特定领域，学习该领域的重要概念并生成对象的形式表示的人称为知识工程师。

在本主题中，我们将了解已经熟悉的电子电路领域的知识工程过程。此方法主要适合于创建专用知识库。

知识工程过程：

以下是知识工程过程的一些主要步骤。使用这些步骤，我们将开发一个知识库，使我们能够对数字电路(一位全加法器)进行推理，如下所示

1.确定任务：

该过程的第一步是确定任务，对于数字电路，有各种推理任务。

在第一层或最高层，我们将检查电路的功能：

• 电路是否正确添加？
• 如果所有输入均为高电平，则门A2的输出是什么？

在第二级，我们将检查电路结构细节，例如：

• 哪个门连接到第一个输入端子？
• 电路是否有反馈回路？

2.汇集相关知识：

在第二步中，我们将汇总数字电路所需的相关知识。因此，对于数字电路，我们具有以下必需的知识：

• 逻辑电路由导线和门组成。
• 信号通过导线流到栅极的输入端子，每个栅极产生相应的输出，该输出进一步流动。
• 在该逻辑电路中，使用了四种类型的门： AND，OR，XOR和NOT 。
• 所有这些门都有一个输出端子和两个输入端子(非门除外，它有一个输入端子)。

3.决定词汇：

该过程的下一步是选择函数，谓词和常量以表示电路，端子，信号和门。首先，我们将把大门与其他物体区分开。每个门都表示为一个由常量命名的对象，例如Gate(X1)。每个门的功能取决于其类型，该类型被视为诸如AND，OR，XOR或NOT之类的常量。电路将由谓词标识：电路(C1)。

对于终端，我们将使用谓词：Terminal(x)。

对于门输入，我们将使用函数In(1，X1)表示门的第一个输入端子，对于输出端子，我们将使用Out(1，X1)。

函数Arity(c，i，j)用于表示电路c具有i输入，j输出。

门之间的连通性可以用谓词Connect(Out(1，X1)，In(1，X1))表示。

我们使用一元谓词On(t)，如果终端上的信号打开，则为true。

4.编码有关该域的常识：

要编码有关逻辑电路的常识，我们需要遵循以下规则：

• 如果连接了两个端子，则它们具有相同的输入信号，可以表示为：

∀  t1, t2 Terminal (t1) ∧ Terminal (t2) ∧ Connect (t1, t2) → Signal (t1) = Signal (2).   

• 每个端子上的信号值为0或1，将表示为：

∀  t Terminal (t) →Signal (t) = 1 ∨Signal (t) = 0.  

• Connect谓词是可交换的：

∀  t1, t2 Connect(t1, t2)  →  Connect (t2, t1).       

• 闸门类型的表示：

∀  g Gate(g) ∧ r = Type(g) → r = OR ∨r = AND ∨r = XOR ∨r = NOT.   

• 当且仅当其任何输入为零时，AND门的输出才会为零。

∀  g Gate(g) ∧ Type(g) = AND →Signal (Out(1, g))= 0 ⇔  ∃n Signal (In(n, g))= 0.   

• 当且仅当其任何输入为1时，或门的输出为1：

∀  g Gate(g) ∧ Type(g) = OR → Signal (Out(1, g))= 1 ⇔  ∃n Signal (In(n, g))= 1   

• 当且仅当其输入不同时，XOR门的输出才为1：

∀  g Gate(g) ∧ Type(g) = XOR → Signal (Out(1, g)) = 1 ⇔  Signal (In(1, g)) ≠ Signal (In(2, g)).  

• 非门的输出是其输入的反相：

∀  g Gate(g) ∧ Type(g) = NOT →   Signal (In(1, g)) ≠ Signal (Out(1, g)).  

• 上述电路中的所有门都有两个输入和一个输出(非门除外)。

∀  g Gate(g) ∧ Type(g) = NOT →   Arity(g, 1, 1)   
∀  g Gate(g) ∧ r =Type(g)  ∧ (r= AND ∨r= OR ∨r= XOR) →  Arity (g, 2, 1).   

• 所有门都是逻辑电路：

∀  g Gate(g) → Circuit (g).   

5.编码问题实例的描述：

现在我们对电路C1的问题进行编码，首先我们对电路及其门极组件进行分类。如果已经考虑了有关该问题的本体，则此步骤很容易。此步骤涉及编写概念实例的简单原子语句，这称为本体。

对于给定的电路C1，我们可以使用原子语句对问题实例进行编码，如下所示：

由于电路中有两个XOR，两个AND和一个OR门，因此这些门的原子语句为：

For XOR gate: Type(x1)= XOR, Type(X2) = XOR  
For AND gate: Type(A1) = AND, Type(A2)= AND  
For OR gate: Type (O1) = OR.    

然后代表所有门之间的连接。

注意：本体论定义了关于存在本质的特定理论。

6.对推理过程进行查询并获得答案：

在这一步中，我们将找到加法器电路所有端子的所有可能值集。第一个查询将是：

输入将产生电路C1的第一输出为0而第二输出为1的输入的组合是什么？

∃ i1, i2, i3 Signal (In(1, C1))=i1  ∧  Signal (In(2, C1))=i2  ∧ Signal (In(3, C1))= i3  
 ∧ Signal (Out(1, C1)) =0 ∧ Signal (Out(2, C1))=1  

7.调试知识库：

现在我们将调试知识库，这是整个过程的最后一步。在这一步中，我们将尝试调试知识库问题。

在知识库中，我们可能省略了诸如1≠0之类的断言。