本体论工程

10.1 本体论工程

在“玩具”领域，表示的选择不是那么重要；很容易找出一个一致的词汇表。另一方面，在复杂领域内，诸如因特网购物或是在一个变化的物理环境中控制一个机器人，就需要更为通用和灵活的表示。这一章将说明如何创建这样的表示，主要着重于一些在许多不同的领域都会出现的通用概念——诸如行动、时间、物理对象以及信度。表示这样的抽象概念有时被称为本体论工程——它和第8.4节中描述的知识工程有联系，但是运作规模更大。

表示世界上的一切事物的前景是令人生畏的。当然，我们并不会真的对所有事物都写出完整描述——那样的话就算 1000 页的教科书也不够——但是我们将会留下一些占位符，以使任何领域的知识都能填入。例如，我们会定义物理对象意味着什么，以及以后能够填充的各种类型对象的细节——诸如机器人、电视机、书本或者无论什么。这个概念的通用框架被称作为上位本体论，因为按照画图惯例，一般概念在上面而更具体的概念在它们的下面，如图10.1所示。

在进一步考虑本体论之前，我们要做一个避免误解的重要说明。我们选择了用一阶逻辑来讨论知识的内容和组织。现实世界的某些方面是很难用FOL来捕捉的。主要的困难在于几乎所有的一般化都会有例外，或者说只能是一定程度的一般化。例如，尽管“西红柿是红色的”是一条有用的法则，然而有些西红柿是绿色的、黄色的或者橙色的。这章中的所有一般命题几乎都有类似的例外。处理这些例外和不确定性的能力是极端重要的，但是对于理解通用本体论的任务而言却是正交而无关的。由于这个原因，我们将对于例外的讨论推迟到第10.6节，关于不确定信息的更为一般的话题则推迟到了第十三章。

上位本体论的作用是什么？再考虑一下第8.4节中电路的本体论。它做了大量简化的假设。例如，时间被完全忽略了。信号是固定的，并且不传播。电路结构保持不变。如果我们想使它更一般化一些，要考虑特定时刻的信号，以及把导线长度和传播延迟包括进来。这将使我们能够模拟电路的时间特性，实际上，电路设计师经常进行这样的模拟。我们还可以引入更多有趣种类的门，例如通过技术（TTL， MOS，CMOS等）以及输入输出规格进行描述。如果我们想要讨论可靠性或者诊断，我们要考虑到电路结构或者门属性自发改变的可能性。为了顾及杂散电容，我们需要用更为实际的几何属性描述来代替连通性的纯拓扑表示。

图10.1 世界的上位本体论，这里显示了以后在本章将会论及的主题。每一条弧表示下面的概念是上面概念的一个特殊化

如果我们观察 wumpus 世界，也需要应用类似的考虑。虽然我们的确把时间包含在内，但是它的结构非常简单：除了智能体行动时，什么也不会发生，并且所有的变化都是同时的。更适合现实世界的、更为一般化的本体论会考虑在时间上延续的同步变化。我们还用了Pit谓词来说明哪些方格里有陷阱。通过设置属于陷阱类的拥有不同属性的个体，我们可能考虑到不同种类的陷阱。类似地，我们可能也会考虑到除了 wumpus 以外的其它动物。或许不可能从可感知信息确定对象的确切物种，所以我们需要建立一个 wumpus 世界的生物分类学，根据稀缺的线索对智能体的预测行为有所帮助。

对于任何专用的本体论，像这样做些变化使其更为一般化是可能的。那么一个很明显的问题出现了：所有这些本体论能汇聚到一种通用的本体论中吗？经过数个世纪哲学和计算的调查研究，答案是“有可能”。在这一节里，我们将提供一个版本，表现了这么多世纪中各种思想的一个综合。有两个主要特征可以使通用本体论和各种专用本体论区分开来：

• 通用本体论应该能或多或少地应用于任何专用领域（附加必要的领域特定公理）。这就意味着只要有可能，没有表示问题可以被掩盖到地毯下面。

• 在任何足够苛刻的域，不同领域的知识必须统一起来，因为推理和问题求解可能会同时涉及数个领域。例如，一个机器人电路修复系统需要从电路连通、物理布局以及时间的概念来对电路进行电路时序分析和工作开销估算方面的推理。因此，描述时间的语句必须能够和描述空间布局的语句相结合，而且对纳秒和分钟、埃和米都能同样有效。

在提出了一般本体论之后，我们用它来描述因特网购物域。这个域足以用来练习我们的本体论，并留下了充足空间让读者进行一些自己的创造性的知识表示。例如考虑因特网购物智能体必须知道无数的主题和作者才能从Amazon.com买书，必须知道所有种类的食物才能从Peapod.com买杂物，必须知道所有可能出现在二手货市场上的东西才能从Ebay.com搜寻便宜货。[34]