知識(shí)表示-框架表示法課件

框架表示法2010年11月4日星期四框架表示法2010年11月4日星期四主要內(nèi)容

框架與框架網(wǎng)絡(luò)

框架推理的基本過程及形式框架的不確定性匹配框架的推理步驟框架表示法的特點(diǎn)2主要內(nèi)容 21簡(jiǎn)介

框架表示法理論是由美國的人工智能學(xué)者明斯基在1975年首先提出來的。該理論認(rèn)為人們對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中各種事物的認(rèn)識(shí)都是以一種類似于框架的結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)在記憶中，當(dāng)面臨一個(gè)新事物時(shí)，就從記憶中找出一個(gè)合適的框架，并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)其細(xì)節(jié)加以修改、補(bǔ)充，從而形成對(duì)當(dāng)前事物的認(rèn)識(shí)。

也就是說框架表示法表示的是一種經(jīng)驗(yàn)性的知識(shí)。31簡(jiǎn)介 框架表示法理論是由美國的人工智能學(xué)者明斯基在192框架與框架網(wǎng)絡(luò)2.1概述

框架是描述對(duì)象(事物，事件或概念)屬性的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

框架網(wǎng)絡(luò)是由不同的框架通過屬性之間的關(guān)系而建立起來的聯(lián)系，從而構(gòu)成了框架網(wǎng)絡(luò)。

框架網(wǎng)絡(luò)能夠充分表達(dá)相關(guān)對(duì)象之間的各種關(guān)系。42框架與框架網(wǎng)絡(luò)2.1概述42框架與框架網(wǎng)絡(luò)2.2框架的基本形式

一個(gè)框架由若干個(gè)被稱為“槽”的結(jié)構(gòu)組成，每一個(gè)槽又可根據(jù)實(shí)際需要分為若干個(gè)“側(cè)面”。

槽用于描述對(duì)象的某一方面的屬性。

側(cè)面用于描述相應(yīng)屬性的一個(gè)方面。

槽和側(cè)面所具有的屬性值分別稱為槽值和側(cè)面值.52框架與框架網(wǎng)絡(luò)2.2框架的基本形式52框架與框架網(wǎng)絡(luò)

<框架名>

槽名1：

側(cè)面名11:側(cè)面值11

側(cè)面名12:側(cè)面值12 ……

側(cè)面名1n:側(cè)面值1n

槽名k: ……62框架與框架網(wǎng)絡(luò) <框架名>62框架與框架網(wǎng)絡(luò)2.3框架的BNF描述 <框架式>::=<框架頭><槽部分>[<約束部分>] <框架頭>::=框架名<框架名的值> <槽部分>::=<槽>,[<槽>] <約束部分>::=約束<約束條件>,[<約束條件>] <框架名的值>::=<符號(hào)名>|<符號(hào)名>(<參數(shù)>,[<參數(shù)>])72框架與框架網(wǎng)絡(luò)2.3框架的BNF描述72框架與框架網(wǎng)絡(luò)

<槽>::=<槽名><槽值>|<側(cè)面部分> <槽名>::=<系統(tǒng)預(yù)定義槽名>|<用戶自定義槽名> <槽值>::=<靜態(tài)描述>|<過程>|<謂詞>|<框架名的值>|<空> <側(cè)面部分>::=<側(cè)面名>,[<側(cè)面>] <側(cè)面>::=<側(cè)面名><側(cè)面值> <側(cè)面名>::=<系統(tǒng)預(yù)定義側(cè)面名>|<用戶自定義側(cè)面名> <側(cè)面值>::=<靜態(tài)描述>|<過程>|<謂詞>|<框架名的值>|<空>

82框架與框架網(wǎng)絡(luò) <槽>::=<槽名><槽值>|<側(cè)面部2框架與框架網(wǎng)絡(luò) <靜態(tài)描述>::=<數(shù)值>|<字符串>|<布爾值>|<其他值> <過程>::=<動(dòng)作>|<動(dòng)作>,[<動(dòng)作>] <參數(shù)>::=<符號(hào)名>

幾點(diǎn)說明: (1)框架名的值允許帶有用符號(hào)名表示的參數(shù).當(dāng)一個(gè)框架A調(diào)用另一個(gè)帶有符號(hào)名參數(shù)的框架B時(shí)A需要為B提供相應(yīng)的參數(shù). (2)當(dāng)槽值或側(cè)面值是一個(gè)過程時(shí),它既可以是一個(gè)動(dòng)作串又可以是對(duì)某個(gè)過程的調(diào)用.92框架與框架網(wǎng)絡(luò) <靜態(tài)描述>::=<數(shù)值>|<字符串>2框架與框架網(wǎng)絡(luò)

沒有側(cè)面的框架可以簡(jiǎn)化為: <框架名>

槽名1：-----值1

槽名2：-----值2 ……

槽名n：-----值n

某些槽的值可缺省.槽值可以有如下幾種類型:具體值,默認(rèn)值,過程值,另一框架名,空102框架與框架網(wǎng)絡(luò) 沒有側(cè)面的框架可以簡(jiǎn)化為:102框架與框架網(wǎng)絡(luò)例2.1房間框架

框架:房間

墻數(shù):a[=4]

窗數(shù):b[=2]

門數(shù):c[=1]

墻:墻框架調(diào)用(b,c)

門:門框架調(diào)用

天花板:天花板框架調(diào)用

地板:地板框架調(diào)用

窗:窗框架調(diào)用

框架:墻(w,d)

墻面材料:白灰(或墻紙)

顏色:白

窗數(shù):w

門數(shù):d

窗:窗框架調(diào)用

門:門框架調(diào)用

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|||112框架與框架網(wǎng)絡(luò)例2.1房間框架 112框架與框架網(wǎng)絡(luò)2.4框架的知識(shí)表示步驟

框架是一種描述對(duì)象屬性并反映相關(guān)個(gè)對(duì)象間的各種關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),并且可以把它視作知識(shí)單位.對(duì)于要表達(dá)的知識(shí),其中可能包含著許多對(duì)象,各個(gè)對(duì)象之間有著各種各樣的聯(lián)系,將這些有關(guān)系的對(duì)象的框架聯(lián)結(jié)起來便形成了要表達(dá)知識(shí)的框架系統(tǒng).

框架表示知識(shí)的具體步驟: 1)分析代表的知識(shí)對(duì)象及其屬性,對(duì)框架中的槽進(jìn)行合理設(shè)置.122框架與框架網(wǎng)絡(luò)2.4框架的知識(shí)表示步驟122框架與框架網(wǎng)絡(luò)

在槽及側(cè)面的設(shè)置上要考慮兩方面的因素:

①要符合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo),凡是系統(tǒng)目標(biāo)中所要求的屬性或是問題求解過程中可能用到的屬性都要設(shè)置相應(yīng)的槽.

②不能盲目的把所有的甚至無用的屬性都用槽表示出來. 2)對(duì)各對(duì)象間的各種聯(lián)系進(jìn)行考察.使用一些常用的或根據(jù)具體需要定義一些表達(dá)聯(lián)系的槽名,來描述上下層框架間的聯(lián)系.

在框架系統(tǒng)中,對(duì)象間的聯(lián)系是通過各個(gè)槽的

132框架與框架網(wǎng)絡(luò) 在槽及側(cè)面的設(shè)置上要考慮兩方面的因素:2框架與框架網(wǎng)絡(luò)

槽名來表述的.通常在框架系統(tǒng)中定義一些公用,常用且標(biāo)準(zhǔn)的槽名,并把這些槽名稱為系統(tǒng)預(yù)定義槽名.易于理解.比如常見的有:ISA,AKO和Instance等例2.2用分層的框架網(wǎng)絡(luò)表示

1976年3月18日,一次強(qiáng)度為里氏8.5級(jí)的地震發(fā)生在下斯洛文尼亞地區(qū),造成25人死亡和5億美元的損失.多年來靠近薩迪豪金斯斷層的地區(qū)一直是一個(gè)地震多發(fā)區(qū).

解:由于地震可看成是一種災(zāi)害事件,除地震以外,還有火災(zāi),洪水,颶風(fēng)等災(zāi)害事件,因此可以組成一個(gè)描述災(zāi)害事件的框架系統(tǒng).142框架與框架網(wǎng)絡(luò) 槽名來表述的.通常在框架系統(tǒng)中定義一些公2框架與框架網(wǎng)絡(luò)

框架名:<災(zāi)害事件>

地點(diǎn):字符串

日期:單位(年,月,日)

死亡人數(shù):單位(人)

財(cái)產(chǎn)損失:單位(億美元)

框架名:<地震> ISA:<災(zāi)害事件>

強(qiáng)度:單位(里氏級(jí))

斷層:字符串

框架名:<地震1>|||||||||

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地點(diǎn):LowSlabovia

日期:1976,3,18

死亡人數(shù):25

財(cái)產(chǎn)損失:5

強(qiáng)度8.5

斷層:SadieHawkins152框架與框架網(wǎng)絡(luò) 框架名:<災(zāi)害事件>| 地點(diǎn):Low2框架與框架網(wǎng)絡(luò) 3)對(duì)各層對(duì)象的”槽”及”側(cè)面”進(jìn)行合理的組織和安排,避免信息描述的重復(fù).

在框架的表示中,ISA、AKO和Instance槽等所聯(lián)系的上下框架間具有繼承性,這就要求把同一層中不同框架間所具有的相同的槽名作為這些框架所表示的對(duì)象的共同屬性抽取出來,放入他們上層框架中.162框架與框架網(wǎng)絡(luò) 3)對(duì)各層對(duì)象的”槽”及”側(cè)面”進(jìn)行2框架與框架網(wǎng)絡(luò)例2.3建立一個(gè)分層的框架網(wǎng)絡(luò)

從高層框架至最底層框架名依次為<師生員工>,<教職工>,<教師>,<教師1>…,并為相應(yīng)的框架設(shè)置繼承槽來避免重復(fù)描述.

解:框架定義如下:

①師生員工框架.

框架名:<師生員工>

姓名:單位(姓,名)

年齡:單位(歲)

172框架與框架網(wǎng)絡(luò)例2.3建立一個(gè)分層的框架網(wǎng)絡(luò)172框架與框架網(wǎng)絡(luò)

性別:單位(男,女)

缺省:男

健康狀況:范圍(健康,一般,差)

缺省:一般

住房:<住房>

②教職工框架.

框架名:<教職工>

繼承:<師生員工>

工作類別:范圍(教師,干部,工人)

缺省:教師182框架與框架網(wǎng)絡(luò) 性別:單位(男,女)182框架與框架網(wǎng)絡(luò)

學(xué)歷:范圍(中專,大專,本科,研究生)

缺省:本科

參加工作時(shí)間:單位(年,月)

③教師框架.

框架名:<教師>

繼承:<教職工>

部門:單位(系,教研室)

語種:范圍(英語,法語,德語,日語,俄語)

缺省:英語

職稱:范圍(教授,副教授,講師,助教)192框架與框架網(wǎng)絡(luò) 學(xué)歷:范圍(中專,大專,本科,研究生)2框架與框架網(wǎng)絡(luò)

缺省:講師

④某個(gè)教師的實(shí)例框架.

框架名:<教師1>

繼承:<教師>

姓名:王林

年齡:36

健康狀況:健康

參加工作時(shí)間:1982,9

部門:計(jì)算機(jī)系軟件教研室

職稱:副教授202框架與框架網(wǎng)絡(luò) 缺省:講師203框架推理的基本過程及形式

框架表示知識(shí)的系統(tǒng)主要由兩部分組成:

一.由框架網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的知識(shí)庫.

二.由一組程序組成的框架推理機(jī).3.1框架推理的基本過程

在用框架表示知識(shí)的系統(tǒng)中,推理主要是通過框架匹配與填槽來實(shí)現(xiàn)的.

首先把要求解的問題用一個(gè)稱為問題框架的框架表示出來,然后把初始問題框架與知識(shí)庫中的框架進(jìn)行匹配.

213框架推理的基本過程及形式 框架表示知識(shí)的系統(tǒng)主要由兩3框架推理的基本過程及形式

比較原則是如果兩個(gè)框架對(duì)應(yīng)的槽沒有沖突或滿足預(yù)設(shè)的某些條件就可以認(rèn)為兩個(gè)框架匹配成功.例3.1推理的例子

假設(shè)例2.3提出的關(guān)于師生員工的框架網(wǎng)絡(luò)已建立在知識(shí)庫中,當(dāng)前要求解決的問題是從知識(shí)庫中找出一個(gè)滿足如下條件的教師:男性,年齡在40歲一下的副教授,身體健康,會(huì)英語.求解問題可表示成如下初始問題框架:

223框架推理的基本過程及形式 比較原則是如果兩個(gè)框架對(duì)應(yīng)3框架推理的基本過程及形式

框架名:<教師x>

姓名:

年齡:<40

性別:男

健康狀況:健康

職稱:副教授

語種:英語

用此問題框架與知識(shí)庫中的框架進(jìn)行匹配,顯然<教師1>可以與之匹配.233框架推理的基本過程及形式 框架名:<教師x>233框架推理的基本過程及形式

3.2框架推理形式

框架鏈?zhǔn)且环N復(fù)雜的語義網(wǎng)絡(luò).語義網(wǎng)絡(luò)中的推理在框架中同樣可以進(jìn)行,但對(duì)框架最主要的推理形式為填充槽值.填充槽值有幾種辦法實(shí)現(xiàn),主要有兩種:匹配和繼承. 1)匹配

框架是一類事物的完整描述,因此框架匹配只能做到部分匹配.例3.2王強(qiáng)的行動(dòng)和音量想消防車,找出王強(qiáng)的行動(dòng)和音量像什么243框架推理的基本過程及形式3.2框架推理形式243框架推理的基本過程及形式

框架1：<王強(qiáng)>

是:人

性別:男

行動(dòng):

音量:

進(jìn)取心:中等

框架2：<消防車>

是:車輛

顏色:紅

行動(dòng):快

音量:極高

載物:水

匹配這兩個(gè)框架的槽:行動(dòng)和音量.框架1沒有此值,框架2有.匹配結(jié)果是填充框架1的兩個(gè)槽值->王強(qiáng)行動(dòng)是快的,音量是極高的.

253框架推理的基本過程及形式 框架1：<王強(qiáng)> 框架2：<3框架推理的基本過程及形式

2)繼承

繼承有兩種:直接繼承和復(fù)雜繼承

直接繼承:下層框架直接從上層框架中繼承所有的屬性值和條件.

復(fù)雜繼承:以時(shí)序繼承為例,即有條件的繼承.例3.3

框架名:<舊中國>

政體:資產(chǎn)階級(jí)專政

面積:960萬平方公里

人口:4.5億

領(lǐng)導(dǎo)黨派:國民黨

框架名:<新中國>

政體:人民民主專政

面積:960萬平方公里

人口:4.5億(1949年)

領(lǐng)導(dǎo)黨派:共產(chǎn)黨

263框架推理的基本過程及形式 2)繼承框架名:<新中國4框架的不確定性匹配

4.1定義

若兩個(gè)框架的對(duì)應(yīng)的槽的值完全一致,則稱這兩個(gè)框架是完全匹配,或稱確定性匹配.

若兩個(gè)框架雖然不能使對(duì)應(yīng)槽完全一致,卻滿足預(yù)先指定的條件,則稱這兩個(gè)框架是不完全匹配,或稱為不確定性匹配.274框架的不確定性匹配4.1定義274框架的不確定性匹配

4.2主要的匹配方法

1)匹配度方法

匹配度是指當(dāng)前看框架所描述的屬性與已知框架可匹配的程度.

匹配度方法的基本思想

首先求出兩個(gè)框架匹配的匹配度,然后根據(jù)該匹配度與預(yù)先給定的框架匹配閥值進(jìn)行比較.

最簡(jiǎn)單的匹配方法給各個(gè)屬性確定一個(gè)重要性

284框架的不確定性匹配4.2主要的匹配方法284框架的不確定性匹配

2)充分條件與必要條件方法

將框架中的某些槽分別設(shè)定為”充分條件”槽和”必要條件”槽,如果充分條件可以得到滿足,就可以認(rèn)為相應(yīng)的兩個(gè)框架可以匹配,如果充分條件不滿足,兒必要條件滿足,就認(rèn)為需要進(jìn)一步搜集信息后在進(jìn)行匹配,如果必要條件不滿足就認(rèn)為兩個(gè)框架不可匹配.

這種方法不僅較好的解決了框架匹配問題,而且在框架推理中可把框架分為確認(rèn),激活與沉睡3種狀態(tài),有利于確定推理和搜索方向.294框架的不確定性匹配 2)充分條件與必要條件方法294框架的不確定性匹配

3)規(guī)定屬性值變化范圍方法

對(duì)某些事物的某些屬性,可通過規(guī)定對(duì)其值規(guī)定一個(gè)變化范圍來實(shí)現(xiàn)屬性的不確定性匹配.

例如, 可規(guī)定教室的門的數(shù)量為1~3扇,椅子的腿數(shù)為1~4條等.只要一個(gè)具體的事物的屬性落在規(guī)定的值得范圍內(nèi),就認(rèn)為這個(gè)屬性是匹配的.304框架的不確定性匹配 3)規(guī)定屬性值變化范圍方法304框架的不確定性匹配

4)功能屬性描述法

對(duì)某些事物除了給出有關(guān)外形的屬性描述外,還可以給出功能其功能屬性描述,而且功能屬性描述應(yīng)該高于外形描述,這有利于實(shí)現(xiàn)框架的確定性描述.

例如,如果能在<椅子>的框架中給出其功能屬性,那么即便對(duì)只有一條腿的椅子,只要它具有椅子的功能,仍然可以認(rèn)為它是椅子.

小結(jié)

實(shí)際應(yīng)用中可以將幾種情況組合起來使用.314框架的不確定性匹配 4)功能屬性描述法315框架推理步驟

在用框架表示知識(shí)的系統(tǒng)中,通過框架中的AKO槽和Instance槽把框架連接起來,構(gòu)成的框架網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)層次結(jié)構(gòu).

框架推理就是以此層次結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),按照一定的搜索策略,不斷尋找可匹配的框架進(jìn)行填槽過程.

此過程有可能找到合適的框架,得到問題的解而成功結(jié)束,也有可能因?yàn)檎也?/p>