人工智能-第2章知識表示方法

1、框架表示法知識的框架表示法1975年由M.Minsky提出，最早用作視覺感知、自然語言對話等問題的知識表示；目前已作為一種通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表示知識對象(實體)?？蚣芾碚撜J為，人們對現(xiàn)實世界中各種事物的認識都是以一種類似于框架的結(jié)構(gòu)存儲在記憶中的，當面臨一種新事物時，就從記憶中找出一個合適的框架并根據(jù)實際情況對其細節(jié)加以修改、補充，從而形成對當前事物的認識?！纠繉淌业闹R：在記憶中建立關(guān)于教室的框架，指出相應(yīng)事物的名稱（教室），以及事物各有關(guān)方面的屬性（如有四面墻、有課桌、有黑板，）。通過對該框架的查找，很容易得到教室的各有關(guān)特征。當實際接觸了教室后，經(jīng)觀察得到了教室的大小、門窗的個數(shù)、桌凳的

2、數(shù)量、顏色等細節(jié)，把它們填入到教室框架中，就得到了教室框架的一個具體事例，稱為事例框架。1框架表示示法框架是是一種結(jié)結(jié)構(gòu)化表表示法。通常框框架采用用節(jié)點-槽-值值表示?？蚣苡糜谟诿枋龈窀袷焦潭ǘǖ氖挛镂?、行動動和事件件?？蚣艿牡臉?gòu)成一個框架架由若干干個槽（Slot）組組成，槽槽用于描描述屬性性；一個槽又又可由若若干個側(cè)側(cè)面組成成。側(cè)面面用于描描述相應(yīng)應(yīng)屬性的的一個方面；一個側(cè)側(cè)面可有有一個或或多個側(cè)側(cè)面值。槽和側(cè)面面所具有有的屬性性值分別別稱為槽槽值和側(cè)側(cè)面值。對框架、槽或側(cè)側(cè)面，都都可以附附加上一一些說明明性信息息(約束束條件)，用用于指出出什么樣樣的值才才能填入入到槽或或側(cè)面中中。槽值或側(cè)

3、側(cè)面值的的取值：數(shù)值、字字符串、布爾值值；在滿足某某個給定定條件時時要執(zhí)行行的動作作或過程程；另一個框框架的名名字?？蚣軐嵸|(zhì)質(zhì)上是一一個層次次的嵌套套鏈接表表。2框架表示示法一個框架架的一般般結(jié)構(gòu)如如下：框架名：槽名1：槽值1側(cè)面名11：側(cè)側(cè)面值111側(cè)面值值11p側(cè)面名12：側(cè)側(cè)面值121側(cè)面值值12p槽名2：槽值2側(cè)面名21：側(cè)側(cè)面值211側(cè)面值值21p槽名n：槽值n側(cè)面名n1：側(cè)側(cè)面值n11側(cè)面值值n1p側(cè)面名nm：側(cè)側(cè)面值nm1側(cè)面值值nmp3框架表示示法-例【例】一一個人可可以用其其職業(yè)、身高和和體重等等項描述述，用這這些項目組成成框架的的槽。當描述一一個具體體的人時時，再用用這些項

4、項目的具具體值填填入到相相應(yīng)的槽中。下面是描描述John的的框架?？蚣苊簄ame:JOHNisa:PERSONprofession:PROGRAMMERheight:1.8mweight:79kg4框架表示示法-例【例】框框架名名：商品名稱稱：生產(chǎn)廠家家：出售商店店:處罰罰：處處理方式式：處罰依據(jù)據(jù)：處罰時間間：單位位（年、月、日日）經(jīng)辦部門門：在這個框框架中，有4個個槽，其其中，“處罰”槽有4個側(cè)面面，側(cè)面面“處罰時時間”用用“單位位”指出出了一個個填值時時的標準準限制。5框架網(wǎng)絡(luò)絡(luò)框架間間的橫向向聯(lián)系：由于框架架中的槽槽值或側(cè)側(cè)面值都都可以是是另一個個框架的的名字，這就在框架架之間建建立

5、起起了聯(lián)系系，通過過一個框框架可以以找到另另一個框架，這這稱為橫橫向聯(lián)系系?？蚣荛g間的縱向向聯(lián)系：當某些事事物有一一些共同同的屬性性時，在在對它們們進行描描述時，可以將它們們具有的的共同屬屬性抽取取出來，構(gòu)成一一個上層層框架，然后再對各各自獨有有的屬性性分別構(gòu)構(gòu)成下層層框架。為了指明明框架間間的這種種上下關(guān)關(guān)系，可可在下層層框架中中設(shè)立一一個專用的槽槽，用以以指出他他的上層層框架是是哪一個個。這樣樣就在框框架間建立了了縱向聯(lián)聯(lián)系。具有橫橫向聯(lián)系系及縱向向聯(lián)系的的一組框框架稱為為框架網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。6框架間的的繼承框架的的繼承性性，就是是當子節(jié)節(jié)點的某某些槽值值或側(cè)面面值沒有有被直接記錄錄時，可可以從其

6、其父節(jié)點點繼承這這些值。繼承性是是框架表表示法的的一個重重要特性性，它不不僅可以以在兩個個框架之間實實現(xiàn)繼承承關(guān)系，而且還還可以通通過兩兩兩的繼承承關(guān)系，從最低層追追搠到最最高層，使高層層的信息息逐層向向低層傳傳遞。例如，椅椅子一般般都有4條腿，如果一一把具體體的椅子子沒有說說明它有幾條腿腿，則可可以通過過一般椅椅子的特特性，得得出它也也有4條條腿。如果一個個在上層層框架中中描述的的屬性在在下層框框架需作作進一步步說明時，則則需要在在下層框框架中再再次給出出描述。如果在下下層框架架中對某某些槽沒沒有作特特別的聲聲明，那那么它將將自動繼承上上層框架架相應(yīng)槽槽的槽值值。7框架網(wǎng)絡(luò)絡(luò)-例下圖是一一個

7、關(guān)于于師生員員工的框框架網(wǎng)絡(luò)絡(luò)。師生員工工框架：用于描描述師生生員工的的共同屬屬性，例例如姓名名，性別，年年齡等；教職工框框架：用用于描述述教師、干部、工人的的共同屬屬性，凡凡是在師生員員工框架架中已指指出的屬屬性在這這里可不不再重復(fù)復(fù)描述；（以此類類推）師生員工框架教師1教師n學生n學生1教職工框架 學生框架 教師框架 電子系學生框架 工人框架 機械系學生框架 8師生員工工框架為為：框框架名名：姓名：單單位（姓，名名）年齡：單單位（歲）性別：范范圍（男，女女）缺省：男男健康狀況況：范范圍（健健康,一一般,差差）缺?。阂灰话阕≈罚航搪毠た蚩蚣転椋嚎蚩蚣苊豪^承：工作類別別：范圍圍(教師師,干部

8、部,工人人)缺省：教教師開始工作作時間：單位(年，月月)截止工作作時間：單位(年，月月)缺?。含F(xiàn)現(xiàn)在離退休狀狀況：范范圍(離離休，退退休)框架網(wǎng)絡(luò)絡(luò)-例9框架網(wǎng)絡(luò)絡(luò)-例教師框架架為：框架名：繼承：部門：單單位(系系，教研研室)語種：范范圍(英英語,法法語,日日語,德語,俄俄語)缺?。河⒂⒄Z外語水平平：范圍圍(優(yōu)，良，中，差)缺?。毫剂悸毞Q：范范圍(教教授,副副教授,講師,助教)缺?。褐v講師研究方向向：某個教師師的事例例框架為為：框架名：繼承：姓名：孫孫林年齡：28健康狀況況：健康康部門：計計算機系系軟件教教研室語種：德德語開始工作作時間：1985.910框架中槽槽的設(shè)置置與組織織充分表達達事物

9、各各有關(guān)方方面的屬屬性合理地地設(shè)置槽槽要與系統(tǒng)統(tǒng)的設(shè)計計目標相相一致，所要求求的及可可能用到到的都要要表示出來來；僅僅需要要對有關(guān)關(guān)的屬性性設(shè)立槽槽，不可可面面俱俱到，以以免浪費費空間和降降低系統(tǒng)統(tǒng)的運行行效率。充分表達達相關(guān)事事物間的的各種關(guān)關(guān)系由槽中中的框架架名建立立聯(lián)系事物間的的聯(lián)系是是通過在在槽中填填入相應(yīng)應(yīng)的框架架名來建建立的，它們之間間究竟是是一種什什么樣的的關(guān)系，則是由由槽名來來指明的。對槽及側(cè)側(cè)面進行行合理的的組織利用用其上下下層間的的繼承性性。盡量將不不同框架架中的相相同屬性性抽取出出來，放放入其上上層框架，而在在下層框框架中只只描述相相應(yīng)事物物獨有的的屬性。從而減少少信息的

10、的重復(fù)性性，并且且有利于于知識的的一致性性。有利于進進行框架架推理?？蚣芡评砝硎且粋€個反復(fù)進進行框架架匹配的的過程，為了是是推理得得11標準槽名名在框架表表示系統(tǒng)統(tǒng)中通常常定義一一些標準準槽名，應(yīng)用時時不用說說明就可直接接使用。稱這些些槽名為為系統(tǒng)預(yù)預(yù)定義槽槽名。1)ISA槽：用于指指出事物物間抽象象概念上上的類屬屬關(guān)系。其直觀觀含義是“是是一個”，“是是一種”，“是是一只” ?！纠吭O(shè)設(shè)有下面面兩個框框架：框架名：姓名：單單位（姓姓，名）年齡：單單位（歲歲）性別：范范圍（男男，女）缺省：男男框架名：ISA: 腦力：特特好12標準槽名名2)AKO槽槽：用于于具體的的指出事事物間的的類屬關(guān)關(guān)系。

11、其其直觀含含義是“是一一種”，下層框框架可以以繼承其其上層框框架所描描述的屬屬性及值值。對上面的的例子，可將棋棋手框架架中的ISA改改為AKO。3)Subclass槽：用用于指出出子類與與類之間間的類屬屬關(guān)系。上例中，由于“棋手”是“運運動員的的一個子子類，故故可將ISA該該為Subclass。4)Instance槽：用來建建立AKO槽的的逆關(guān)系系。用它作為為某框架架的槽時時，可用用來指出出它的下下層框架架是哪些些?！纠靠蚩蚣苊篒nstance:，姓名：單單位（姓姓，名）年齡：單單位（歲歲）性別：范范圍（男男，女）缺省：男男13標準槽名名5)Part-of槽：用用于指出出部分與與全體的的關(guān)

12、系?！纠科嚭洼嗇喬?。上上層框架架是對汽汽車的描描述，下下層框架架是對輪胎的的描述。顯然，輪胎是是汽車的的一部分分。注意將Part-of槽與上上面四種種槽區(qū)分分開來：前述4種種槽是上上、下層層框架間間的類屬屬關(guān)系，它們由由共同的的特性，可以以繼承；Part-of槽只指指出下層層是上層層的一個個子結(jié)構(gòu)構(gòu)，兩者者一般不不具有共同的特特征，不不能繼承承。14標準槽名名6)Infer槽：指出兩兩個框架架所描述述的事物物間的邏邏輯推理理關(guān)系，用它可以以表示相相應(yīng)的產(chǎn)產(chǎn)生式規(guī)規(guī)則?！纠吭O(shè)設(shè)有下面面知識：如果咳咳嗽，發(fā)發(fā)燒且流流涕，則則八成是是患了感冒，需服用用感冒清清，一日日三次，每次2-3粒粒。并

13、要要多喝開開水。對該該知識，可用用如下兩兩個框架架表示：框架名：癥狀1：咳嗽癥狀2：發(fā)燒癥狀3：流涕Infer:可信度：0.8框架名：病名：感感冒治療方法法：服用用感冒清清，一日日三次，每次次2-3粒注意事項項 ：多多喝開水水愈后：良良好7)Possible-Reason槽槽：與Infer槽作作用相反反，用來來把某個個結(jié)論與可能的的原因聯(lián)聯(lián)系起來來。15框架求解解問題的的過程在用框架架表示知知識的系系統(tǒng)中，問題的的求解主主要是通通過匹配配與填槽實現(xiàn)現(xiàn)的。要要求解某某個問題題時:(1)首首先把問問題用框框架表示示出來；(2)然然后與已已有的框框架進行行匹配，找出一一個或幾幾個可匹匹配的預(yù)預(yù)選框架

14、作作為初步步假設(shè)，并在此此引導下下收集進進一步的的信息;框架的匹匹配是通通過對相相應(yīng)的槽槽的槽名名及槽值值逐個比比較實現(xiàn)現(xiàn)的。如果果兩個框框架的各各對應(yīng)槽槽沒有矛矛盾，或或者滿足足預(yù)先規(guī)規(guī)定的某些條條件，就就認為這這兩個框框架可以以匹配。(3)最最后用某某種評價價方法對對預(yù)選框框架進行行評價，決定是是否接受受它。16繼承性框架的推推理-例【例】師師生員工工的框架架網(wǎng)絡(luò)已已建立在在知識庫庫中，從從知識庫庫中找出出一個滿滿足以下下條件的的教師：男性，年齡在在30歲歲以下，身體健健康，職職稱為講講師把這這些條件件用框架架表示出出來，就就可得到到如下的的初始問問題框架框架名：姓名：年齡：30性別：男男

15、健康狀況況：健康康職稱：講講師某個教師師的事例例框架為為：框架名：繼承：姓名：孫孫林年齡：28健康狀況況：健康康部門：計計算機系系軟件教教研室語種：德德語開始工作作時間：1985.9師生員工教師故：孫林林可能是是要找的的教師(符合條條件的可可能不止止孫林一一個,此框只能能作為預(yù)預(yù)選框,還需進一一步收集集更多的的信息,以從中選選出一個個)。17劇本(script)表示劇本是是框架的的一種特特殊形式式，它用用一組槽槽來描述述某些事事件的發(fā)生序序列，就就像劇本本中的事事件序列列一樣，故稱為為“劇本本”(腳腳本)表示示法。劇本的的構(gòu)成(1)開開場條條件：給給出在劇劇本中描描述的事事件發(fā)生生的前提提條件

16、。(2)角角色：用來表表示在劇劇本所描描述的事事件中可可能出現(xiàn)現(xiàn)的有關(guān)關(guān)人物的一些些槽。(3)道道具：表示在在劇本所所描述的的事件中中可能出出現(xiàn)的有有關(guān)物體體的一些槽。(4)場場景：描述事事件發(fā)生生的真實實順序，可以由由多個場場景組成成，每個場景景又可以以是其它它的劇本本。(5)結(jié)結(jié)果：在劇本本所描述述的事件件發(fā)生以以后通常常所產(chǎn)生生的結(jié)果果。18劇本表示示-例【例】餐餐廳劇本本(1)開開場條條件：(a)顧顧客餓了了，需要要進餐。(b)顧客有有足夠的的錢。(2)角角色：顧客，服務(wù)員員，廚師師，老板板。(3)道道具：食品，桌子，菜單，錢。(4)場場景：場景1進進入餐餐廳(a)顧顧客走走入餐廳廳。

17、(b)尋尋找桌子子。(c)在在桌子子旁坐下下。場景2點點菜(a)服服務(wù)員員給顧客客菜單。(b) 顧客客點菜。(c)顧顧客把把菜單還還給服務(wù)務(wù)員。(d)顧顧客等等待服務(wù)務(wù)員送菜菜。場景3等等待(a)服服務(wù)員員把顧客客所點的的菜告訴訴廚師。(b) 廚師師做菜。19劇本表示示-例場景4吃吃菜(a)廚廚師把把做好的的菜給服服務(wù)員。(b) 服務(wù)務(wù)員給顧顧客送菜菜。(c)顧顧客吃吃菜。場景5離離開(a)服服務(wù)員員拿來帳帳單。(b)顧顧客付付錢給服服務(wù)員。(c)顧顧客離離開餐廳廳。(5)結(jié)結(jié)果(a)顧顧客吃吃了飯，不餓了了。(b)顧顧客花花了錢。(c)老老板掙掙了錢。(d)餐餐廳食食品少了了。20劇本的特特

18、點劇本中所所描述的的事件形形成一個個因果鏈鏈，鏈的起點點是開場場條件，滿足這這些條件件，劇本本中的事事件才能能產(chǎn)生。鏈的終點點是一組組結(jié)果，這組結(jié)結(jié)果可能能導致以以后的事事件(可可能用其他的劇劇本來描描述)發(fā)發(fā)生。因果鏈內(nèi)內(nèi)前后的的事情相相互聯(lián)系系。前面面的事件件使當前前的事件件有可能產(chǎn)生生，而當當前事件件又使后后面的事事件有可可能產(chǎn)生生。如已知某某一劇本本適用于于所給定定的情形形，則可可利用劇劇本來預(yù)預(yù)言一些沒有有直接提提到的事事件。劇本結(jié)構(gòu)構(gòu)比較呆呆板，知知識表達達的范圍圍窄，不不適用于于表達各各種變化頻繁繁的知識識。但對對于預(yù)先先構(gòu)思好好的特定定知識，如理解解故事情節(jié)等等，是非非常有效效

19、的。21劇本的準準備和啟啟用準備劇劇本的方方法：在應(yīng)用某某一劇本本以前，必須先先準備好好劇本。根據(jù)劇劇本的重重要性，可以以有二種種準備劇劇本的方方法。(1)對對于不不屬于事事件核心心部分的的劇本，只需設(shè)設(shè)置指向向該劇本本的指針即即可，以以便當它它成為核核心時啟啟用。【例】有有下述事事件：蘇珊在去去博物館館的路上上經(jīng)過她她喜歡的的餐廳。她非常常喜歡這這次的畢加索索作品展展覽會。則對于餐餐廳劇本本只需要要設(shè)置指指針即可可。(2)對對于符符合事件件核心部部分的劇劇本，則則應(yīng)使用用在當前前事件中中涉及到的的具體對對象和人人物去填填寫劇本本的槽。劇本的的啟用：劇本的的前提、道具、角色和和事件等等常能指指

20、示啟用該劇劇本。22劇本的推推理一旦劇本本被啟用用，則可可以應(yīng)用用它來進進行推理理。其中中最重要要的是運用劇劇本可以以預(yù)測沒沒有明顯顯提及的的事件的的發(fā)生。【例】對對于以下下情節(jié)：昨晚，約約翰到了了餐廳。他訂了了牛排。當他付付完款，發(fā)現(xiàn)錢錢已用光，于于是就趕趕緊回家家了。問題：昨昨晚，約約翰吃飯飯了嗎?【解】啟啟用餐廳廳劇本，情節(jié)中中的所有有事件與與劇本中中所預(yù)測測的事件序列列相對應(yīng)應(yīng)，因而而可以推推斷出約約翰吃飯飯了?！纠繉τ谝韵孪虑楣?jié)：約翰走進進餐廳。他被帶帶到餐桌桌旁。訂訂了一大大塊牛排排之后，他坐在那兒兒等了許許久。于于是，他他生氣地地走了。該情節(jié)中中，因為為要久等等，所以以約翰走走了，這這一事件件改變了了餐廳腳本中中所預(yù)測測的事件件序列，因而餐餐廳劇本本被中斷斷了。23過程式表表示前面的幾幾種知識識表示方方法均是是知識和和事實的的一種靜靜止的表表示方法，即即為知識識的陳述述式表達達，是對對事物有有關(guān)知識識的靜態(tài)態(tài)描述，是知知識的一一種顯式式、說明明性知識識表達形形式。說明性表表示知識識給出事事物本身身的屬性性及事物物之間的的相互關(guān)關(guān)系。對問問題的解解答就隱隱含在這這些知識識之中。而過程程性知識識則給出解決決一個問問題的具具體過程程。過程式式表示就就是將有有關(guān)某一一問題領(lǐng)領(lǐng)域的知知識，連連同如何何使用這些知知識的方方法，均均隱式地地表