知識表示和推理之框架表示法課件

第三章知識表示和推理——框架表示及推理中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所框架知識表示法的提出1975年明斯基在論文“Aframeworkforrepresentingknowledge”中提出了框架理論。它所針對的是人們在理解事物情景或某一個故事時的心理學模型，論述了人們理解問題的一種思想方法。2中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所兩種不同的知識表示法產(chǎn)生式系統(tǒng)表示的知識是龐大、凌亂，且不易整理的?？蚣芊ū硎镜闹R一般是系統(tǒng)的，有層次的，經(jīng)過整理的，并跟隨事情的發(fā)展而變化的。3中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所例如:一個人在走進教室前，對教室里的基本結構，如門、窗、黑板、講臺以及課桌和凳等有一定的預見性，那是因為他在以前的時間活動中，已建立起了有關“教室”這一概念的基本框架，通過對該框架的查找，就很容易得到有關教室的特征。4中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所框架系統(tǒng)以框架作為單位，將一組有關的框架連接起來，便形成了框架系統(tǒng)。在框架系統(tǒng)中，不同的框架可以有共同的節(jié)點，系統(tǒng)的行為由系統(tǒng)內框架的變化來表現(xiàn)。推理過程則由框架之間的協(xié)調來完成。5中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所對于某些問題，有時要同時使用多個框架，組成一個框架系統(tǒng)來表示。例如，一個立方體有三個面可見，則它需要四個子框架來說明它。立方體1BEA子框架ABE大框架EAD立方體26中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所從上圖可看出，一個框架結構可以是另一個框架的槽值，并且同一個框架結構可以作為幾個不同的框架的槽值。這樣，可以節(jié)省存儲空間，這就是框架的重要特性——繼承性。即當子節(jié)點的某些槽值或側面值沒有直接記錄時，可以從父節(jié)點繼承這些值。7中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所默認值的作用：這樣一個故事:Bob住在一幢大樓房的十二層樓上，每天早上他從第十二層樓進入電梯，然后從底層離開，并且每天晚上如果有人在電梯里時，他就從底層進入電梯而從第十二層樓離開，如果他是獨自一人乘電梯，那么他就從第八層下來并走到第十二層，根據(jù)“成年人”的默認值的繼承作用，我們就很容易得出Bob是一個小孩，它夠不著到十二層樓的按鈕，僅能到達第八層。8中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所§3.3.1典型知識與框架框架的定義：

—框架是一種描述所論對象屬性的數(shù)據(jù)結構。所論的對象可以是一個事物、一個事件或者一個概念。9中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所框架的結構一個框架由若干個“槽”組成，用于描述所論及對象的若干個方面的屬性；每個“槽”又可劃分為若干個“側面”，用于描述相應屬性的若干個方面。槽和側面所具有的屬性值分別稱為槽值和側面值，具體的值可以是程序、條件、默認值或是一個子框架。10中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所框架的一般格式一個框架可以由框架名、槽、側面和值四部分組成，表示成如下格式：框架名

〈槽1〉〈側面11〉〈值111〉…〈側面12〉〈值121〉……〈槽2〉〈側面21〉〈值211〉………〈槽n〉〈側面n1〉〈值n11〉……〈側面nm〉〈值nm1〉…11中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所例如，一個人可以用其職業(yè)、身高和體重等項描述，因而可以用這些項目組成框架的槽。當描述一個具體的人時，再用這些項目的具體值填入到相應的槽中。后表給出的是描述John的框架。12中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所JOHNIsa

PERSONProfession

ProgrammerHeight

1.8mWeight

79Kg框架名槽1槽2槽3槽4槽值13中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所再如，一臺計算機主機的框架表示：計算機主機主機品牌聯(lián)想1+1生產(chǎn)廠商北京聯(lián)想集團公司CPU品牌：Intel型號：奔騰IV/825主板品牌：型號：內存品牌：型號：容量：硬盤品牌：型號：容量：框架名槽1槽2槽3槽4槽5槽6槽值側面值14中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所舉例：會議37的框架會議37時間

2000年9月11日地點

AI專題研討會會議室目的人工智能系統(tǒng)開發(fā)出席者佐藤，山田，安部15中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所舉例：教師的框架教師姓名年齡性別男/女職稱教授/副教授/講師/助教部門院/研究所住址住址框架工資工資框架參加工作時間年/月16中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所關于自然災害的新聞報道中所涉及的事實經(jīng)常是可以預見的，這些可預見的事實就可以作為代表所報道的新聞中的屬性。例如，以下是一則關于地震的報道，請用框架表達這段報道。今天，一次強度為里氏8.5級的強烈地震襲擊了下斯洛文尼亞(LowSlabovia)地區(qū)，造成25人死亡和5億美元的財產(chǎn)損失。下斯洛文尼亞地區(qū)主席說：多年來，靠近薩迪豪金斯斷層的重災區(qū)一直是一個危險地區(qū)。這是本地區(qū)發(fā)生的第3號地震。17中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所第一步：確定屬性——框架的槽。

本報道中關于地震的關鍵屬性是地震發(fā)生的地點、時間、傷亡人數(shù)、財產(chǎn)損失數(shù)量、地震強度的震級、斷層情況。新聞框架表達步驟18中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所第二步：將有關數(shù)據(jù)填入相應的槽。地震3地點

LowSlabovia時間今天傷亡人數(shù)

25財產(chǎn)損失

5億美元震級8.5斷層薩迪豪金斯19中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所例如，一個三角錐由四個面組成AB三角錐三角形面1

A三角形面2

B三角形面3

C三角形面4

D20中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所從不同角度觀察，可看到不同的面。如，AB情景a）對象三角錐左側三角形

A右側三角形

B情景a）21中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所又如，情景b）對象三角錐左下三角形

A右下三角形

B上側三角形

C情景b）ABC22中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所再如，對于情景c），由于它與情景b）的框架匹配失敗，說明情景c）看到的不是一個三角錐，需尋找另外的框架與之匹配。ABDC情景c）23中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所§3.3.2階層知識與特征的繼承框架表示的知識特點——具有分類、階層構造的特性。這類階層構造的知識，上層框架具有的特征應是與之相聯(lián)系的所有下層框架共有的，即下層框架能繼承上層框架的信息。24中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所例如，會議37是所有AI會議中的一次，因此它可以繼承AI會議這個大框架的多種屬性，從而簡化它的框架表示。25中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所AI會議種類一般會議時間每周星期五地點

AI專題研討會會議室目的人工智能系統(tǒng)開發(fā)出席者佐藤，山田，鈴木會議37種類

AI會議出席者佐藤，山田，安部表示會議37與AI會議的上下層關系26中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所框架知識除了可以進行繼承推理外，還有匹配推理方式。例如，假設有關教師的框架網(wǎng)絡已建立災知識庫中，且其中包含了許多教師的實例框架，其中兩個如示：27中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所教師-1姓名范怡偉年齡35性別男職稱講師部門計算機學院/軟件所住址住址框架-1工資工資框架-1參加工作時間1996年/10月28中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所教師-2姓名李連鷹年齡58性別男職稱教授部門計算機學院/軟件所住址住址框架-1工資工資框架-1參加工作時間1966年/10月29中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所當要解決的問題是從知識庫中找出一個滿足如下條件的教師：男性，年齡在35歲以下，職稱為講師把這些條件用框架表示出來，就可得到如下的初始問題框架。教師-x姓名年齡35性別男職稱講師30中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所用此問題框架與知識庫中的框架匹配，顯然“教師-1”框架可以匹配?！敖處?x”中的“姓名”槽為未知，通過匹配，符合條件的教師有可能就是范怡偉。也還可能是其他的框架，需要進一步收集信息。31中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所§3.3.3程序知識及其啟動在用框架進行知識表示的過程中，如果需要進行推理和求解問題時，會