Two approaches to AI, neural networks and symbolic systems, have been proven very successful for an array of AI problems. However, neither has been able to achieve the general reasoning ability required for human-like intelligence. It has been argued that this is due to inherent weaknesses in each approach. Luckily, these weaknesses appear to be complementary, with symbolic systems being adept at the kinds of things neural networks have trouble with and vice-versa. The field of neural-symbolic AI attempts to exploit this asymmetry by combining neural networks and symbolic AI into integrated systems. Often this has been done by encoding symbolic knowledge into neural networks. Unfortunately, although many different methods for this have been proposed, there is no common definition of an encoding to compare them. We seek to rectify this problem by introducing a semantic framework for neural-symbolic AI, which is then shown to be general enough to account for a large family of neural-symbolic systems. We provide a number of examples and proofs of the application of the framework to the neural encoding of various forms of knowledge representation and neural network. These, at first sight disparate approaches, are all shown to fall within the framework's formal definition of what we call semantic encoding for neural-symbolic AI.


翻译:两种人工智能方法——神经网络与符号系统——已被证明在众多人工智能问题上非常成功。然而,这两种方法都未能实现类人智能所需的通用推理能力。研究表明,这源于每种方法固有的缺陷。幸运的是,这些缺陷似乎具有互补性:符号系统擅长处理神经网络难以应对的问题,反之亦然。神经符号人工智能领域试图通过将神经网络与符号人工智能整合为集成系统来利用这种非对称性。常见做法是将符号知识编码到神经网络中。遗憾的是,尽管已提出多种编码方法,但目前缺乏统一的编码定义来进行比较。本文通过引入神经符号人工智能的语义框架来弥补这一缺陷,并证明该框架具有足够通用性,可涵盖大量神经符号系统。我们提供了框架应用于多种知识表示形式与神经网络神经编码的若干实例与证明。这些初看起来迥异的方法,均被证明符合该框架对所谓"神经符号人工智能语义编码"的形式化定义。

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人工神经网络(Artificial Neural Network,即ANN ),是20世纪80 年代以来人工智能领域兴起的研究热点。它从信息处理角度对人脑神经元网络进行抽象, 建立某种简单模型,按不同的连接方式组成不同的网络。在工程与学术界也常直接简称为神经网络或类神经网络。神经网络是一种运算模型,由大量的节点(或称神经元)之间相互联接构成。每个节点代表一种特定的输出函数,称为激励函数(activation function)。每两个节点间的连接都代表一个对于通过该连接信号的加权值,称之为权重,这相当于人工神经网络的记忆。网络的输出则依网络的连接方式,权重值和激励函数的不同而不同。而网络自身通常都是对自然界某种算法或者函数的逼近,也可能是对一种逻辑策略的表达。 最近十多年来,人工神经网络的研究工作不断深入,已经取得了很大的进展,其在模式识别、智能机器人、自动控制、预测估计、生物、医学、经济等领域已成功地解决了许多现代计算机难以解决的实际问题,表现出了良好的智能特性。
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