基于语义网的几何自动推理研究及其应用

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几何自动推理是让计算机模拟人脑来进行几何命题的证明,它是人工智能领域的重要研究课题。20世纪70年代,吴文俊先生就提出了定理机器证明的方法;随后,张景中院士在面积法的基础上发展了消点法。这些方法都使自动推理的研究取得了突破性进展。但是,从目前的推理软件来看,关于几何命题的证明还存在一些问题:一是上述方法与传统几何命题的证明方法不符,二是机器还不能完全学会几何学家的解题技巧,如辅助线、辅助点的添加。如何设计一种自动推理的方法,使其在保证效率的前提下,既能符合传统证明方法,又能与几何学家相媲美,成为当前重要的研究课题。为了实现自动推理,本文引入了语义网的相关理论与技术,首先,使用本体对平面几何证明过程和推理规则进行构建,生成本体模型,然后,通过模型匹配,并借助辅助信息库的查询来实现自动推理。主要研究内容如下:1、平面几何知识表示。首先,通过对几何命题证明过程的深入研究,自动化地对每一个因果分段进行概括模型和详细模型的提取,并将模型存储于过程本体中。其中,概括模型体现了因果分段的抽象化描述,详细模型体现了因果分段的实例化描述。接着,为了解决辅助线、辅助点的相关问题,对几何推理规则进行了深入研究,使用Protégé构建了基于平面几何学科知识的领域本体,该领域本体为辅助信息库提供相关信息。2、平面几何知识推理。针对不需要辅助信息就能完成的几何证明,为了提高效率,先使用逆向推理,通过与概括模型的匹配来判断是否可能有解,在条件成立的情况下,再使用正向推理,通过与详细模型的匹配来获得证明过程。针对需要辅助信息才能完成的证明,将通过辅助信息库的查询来获取新条件,以此来增大推理成功率。为了提高推理效率,关于辅助线的添加,在辅助线信息库中只存放不存在连线生成的新条件,而关于辅助点的添加,则根据解题经验设计相关算法,并采用边添加边删除的策略。最后,本文通过实验展示了过程本体与领域本体的构建,并将其成功地应用于需要添加辅助线、辅助点才能解决的自动推理实例中。
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