知识表示和推理之框架表示法课件.ppt

1、第三章第三章 知识表示知识表示和推理和推理框架表示及推理框架表示及推理框架知识表示法的提出框架知识表示法的提出v1975年明斯基在论文年明斯基在论文“A framework for representing knowledge”中提出了框架中提出了框架理论。它所针对的是人们在理解事物情理论。它所针对的是人们在理解事物情景或某一个故事时的景或某一个故事时的心理学模型心理学模型，论述，论述了人们理解问题的一种思想方法。了人们理解问题的一种思想方法。两种不同的知识表示法两种不同的知识表示法v产生式系统表示的知识是庞大、凌乱，产生式系统表示的知识是庞大、凌乱，且不易整理的。且不易整理的。v框架法表示的

2、知识一般是系统的，有层框架法表示的知识一般是系统的，有层次的，经过整理的，并跟随事情的发展次的，经过整理的，并跟随事情的发展而变化的。而变化的。例如例如:框架系统框架系统 对于某些问题，有时要同时使用多个框对于某些问题，有时要同时使用多个框架，组成一个框架系统来表示。例如，一个架，组成一个框架系统来表示。例如，一个立方体有三个面可见，则它需要四个子框架立方体有三个面可见，则它需要四个子框架来说明它。来说明它。立方体立方体1BEA子框架子框架ABE大框架大框架EAD立方体立方体2 从上图可看出，一个框架结构可以是另从上图可看出，一个框架结构可以是另一个框架的槽值，并且同一个框架结构可以一个框架的

3、槽值，并且同一个框架结构可以作为几个不同的框架的槽值。这样，可以节作为几个不同的框架的槽值。这样，可以节省存储空间，这就是框架的重要特性省存储空间，这就是框架的重要特性继继承性。即当子节点的某些槽值或侧面值没有承性。即当子节点的某些槽值或侧面值没有直接记录时，可以从父节点继承这些值。直接记录时，可以从父节点继承这些值。默认值的作用：默认值的作用：这样一个故事这样一个故事:Bob:Bob住在一幢大楼房的十二层住在一幢大楼房的十二层楼上，每天早上他从第十二层楼进入电梯，楼上，每天早上他从第十二层楼进入电梯，然后从底层离开，并且每天晚上如果有人然后从底层离开，并且每天晚上如果有人在电梯里时，他就从底

4、层进入电梯而从第在电梯里时，他就从底层进入电梯而从第十二层楼离开，如果他是独自一人乘电梯，十二层楼离开，如果他是独自一人乘电梯，那么他就从第八层下来并走到第十二层，那么他就从第八层下来并走到第十二层，根据根据“成年人成年人”的默认值的继承作用，我的默认值的继承作用，我们就很容易得出们就很容易得出BobBob是一个小孩，它够不着是一个小孩，它够不着到十二层楼的按钮，仅能到达第八层。到十二层楼的按钮，仅能到达第八层。3.3.1 典型知识与典型知识与框架框架v框架的定义：框架的定义： 框架是一种描述所论对象属性的数框架是一种描述所论对象属性的数据结构。据结构。 所论的对象可以是一个事物、一个事件所论

5、的对象可以是一个事物、一个事件或者一个概念。或者一个概念。框架的结构框架的结构v一个框架由若干个一个框架由若干个“槽槽”组成，用于描述组成，用于描述所论及对象的若干个方面的属性；每个所论及对象的若干个方面的属性；每个“槽槽”又可划分为若干个又可划分为若干个“侧面侧面”，用于，用于描述相应属性的若干个方面。描述相应属性的若干个方面。v槽和侧面所具有的属性值分别称为槽值和槽和侧面所具有的属性值分别称为槽值和侧面值，具体的值可以是程序、条件、默侧面值，具体的值可以是程序、条件、默认值或是一个子框架。认值或是一个子框架。框架的一般格式框架的一般格式v一个框架可以由框架名、槽、侧面和值四部分组一个框架可

6、以由框架名、槽、侧面和值四部分组成，表示成如下格式：成，表示成如下格式： 框架名框架名 槽槽1 1侧面侧面11 11值值111111 侧面侧面1212值值121121 槽槽2 2侧面侧面2121值值211211 槽槽n n侧面侧面n1n1值值n11n11 侧面侧面nmnm值值nm1nm1 例如，一个人可以用其职业、身高和体例如，一个人可以用其职业、身高和体重等项描述，因而可以用这些项目组成框架重等项描述，因而可以用这些项目组成框架的槽。当描述一个具体的人时，再用这些项的槽。当描述一个具体的人时，再用这些项目的具体值填入到相应的槽中。后表给出的目的具体值填入到相应的槽中。后表给出的是描述是描述J

7、ohnJohn的框架。的框架。JOHNIsa PERSONProfession ProgrammerHeight 1.8mWeight 79Kg 框架名框架名槽槽1槽槽2槽槽3槽槽4槽值槽值再如，一台计算机主机的框架表示：再如，一台计算机主机的框架表示：计算机主机计算机主机主机品牌主机品牌 联想联想1+1生产厂商生产厂商 北京联想集团公司北京联想集团公司CPU品牌：品牌：Intel 型号：奔腾型号：奔腾IV/825主板主板品牌：品牌： 型号：型号： 内存内存品牌：品牌： 型号：型号： 容量：容量：硬盘硬盘品牌：品牌： 型号：型号： 容量：容量：框架名框架名槽槽1槽槽2槽槽3槽槽4槽槽5槽槽6槽

8、值槽值侧面值侧面值举例：会议举例：会议37的框架的框架会议会议37时间时间 2000年年9月月11日日地点地点 AI专题研讨会会议室专题研讨会会议室目的目的 人工智能系统开发人工智能系统开发出席者出席者 佐藤，山田，安部佐藤，山田，安部 举例：教师的框架举例：教师的框架教师教师姓名姓名年龄年龄性别性别男/女职称职称教授教授/副教授副教授 /讲师讲师/助教助教部门部门院院/研究所研究所住址住址住址框架住址框架工资工资工资框架工资框架参加工作时间参加工作时间年年/ 月月v关于自然灾害的新闻报道中所涉及的事实关于自然灾害的新闻报道中所涉及的事实经常是可以预见的，这些可预见的事实就经常是可以预见的，这

9、些可预见的事实就可以作为代表所报道的新闻中的属性。可以作为代表所报道的新闻中的属性。v例如，以下是一则关于地震的报道，请用例如，以下是一则关于地震的报道，请用框架表达这段报道。框架表达这段报道。-今天，一次强度为里氏今天，一次强度为里氏8.58.5级的强烈地震袭击级的强烈地震袭击了下斯洛文尼亚了下斯洛文尼亚(Low Slabovia)(Low Slabovia)地区，造成地区，造成2525人死亡和人死亡和5 5亿美元的财产损失。下斯洛文尼亚亿美元的财产损失。下斯洛文尼亚地区主席说：多年来，靠近萨迪豪金斯断层的地区主席说：多年来，靠近萨迪豪金斯断层的重灾区一直是一个危险地区。这是本地区发生重灾区

10、一直是一个危险地区。这是本地区发生的第的第3 3号地震。号地震。第一步：确定属性第一步：确定属性框架的槽。框架的槽。 本报道中关于地震的关键属性是地震发生的本报道中关于地震的关键属性是地震发生的地点地点、时间时间、伤亡人数伤亡人数、财产损失数量财产损失数量、地震强地震强度的震级度的震级、断层情况断层情况。新闻框架表达步骤新闻框架表达步骤第二步：将有关数据填入相应的槽。第二步：将有关数据填入相应的槽。地震地震3地点地点 Low Slabovia时间时间 今天今天伤亡人数伤亡人数 25财产损失财产损失 5亿美元亿美元 震级震级 8.5断层断层 萨迪豪金斯萨迪豪金斯例如，一个三角锥由四个面组成例如，

11、一个三角锥由四个面组成AB三角锥三角锥三角形面三角形面1 A三角形面三角形面2 B三角形面三角形面3 C三角形面三角形面4 D 从不同角度观察，可看到不同的面。从不同角度观察，可看到不同的面。如，如，AB情景情景a）对象对象 三角锥三角锥左侧三角形左侧三角形 A右侧三角形右侧三角形 B情景情景a）又如，又如，情景情景b）对象对象 三角锥三角锥左下三角形左下三角形 A右下三角形右下三角形 B上侧三角形上侧三角形 C情景情景b）ABC再如，再如，v对于情景对于情景c），由），由于它与情景于它与情景b）的）的框架匹配失败，框架匹配失败，说明情景说明情景c）看到）看到的不是一个三角的不是一个三角锥，需

12、寻找另外锥，需寻找另外的框架与之匹配。的框架与之匹配。ABDC情景情景c）3.3.2 阶层知识与特征的继承阶层知识与特征的继承v框架表示的知识特点框架表示的知识特点具有分类、阶层具有分类、阶层构造的特性。构造的特性。v这类阶层构造的知识，上层框架具有的特这类阶层构造的知识，上层框架具有的特征应是与之相联系的所有下层框架共有的，征应是与之相联系的所有下层框架共有的，即下层框架能继承上层框架的信息。即下层框架能继承上层框架的信息。 例如，会议例如，会议37是所有是所有AI会会议中的一次，因此它可以继承议中的一次，因此它可以继承AI会议这个大框架的多种属性，会议这个大框架的多种属性，从而简化它的框架

13、表示。从而简化它的框架表示。AI会议会议种类种类 一般会议一般会议时间时间 每周星期五每周星期五地点地点 AI专题研讨会会议室专题研讨会会议室目的目的 人工智能系统开发人工智能系统开发出席者出席者 佐藤，山田，铃木佐藤，山田，铃木 会议会议37种类种类 AI会议会议出席者出席者 佐藤，山田，安部佐藤，山田，安部表示会议表示会议37与与AI会会议的上下层关系议的上下层关系v框架知识除了可以进行继承推理外，还框架知识除了可以进行继承推理外，还有匹配推理方式。例如，假设有关教师有匹配推理方式。例如，假设有关教师的框架网络已建立灾知识库中，且其中的框架网络已建立灾知识库中，且其中包含了许多教师的实例框

14、架，其中两个包含了许多教师的实例框架，其中两个如示：如示：教师教师-1姓名姓名范怡伟范怡伟年龄年龄35性别性别男职称职称讲师讲师部门部门计算机学院计算机学院/软件所软件所住址住址住址框架住址框架-1工资工资工资框架工资框架-1参加工作时间参加工作时间1996年年/ 10 月月教师教师-2姓名姓名李连鹰李连鹰年龄年龄58性别性别男职称职称教授教授部门部门计算机学院计算机学院/软件所软件所住址住址住址框架住址框架-1工资工资工资框架工资框架-1参加工作时间参加工作时间1966年年/ 10 月月v当要解决的问题是从知识库中找出一个当要解决的问题是从知识库中找出一个满足如下条件的教师：满足如下条件的教

15、师： 男性，年龄在男性，年龄在35岁以下，职称为讲师岁以下，职称为讲师 把这些条件用框架表示出来，就可得到把这些条件用框架表示出来，就可得到如下的初始问题框架。如下的初始问题框架。教师教师-x姓名姓名年龄年龄35性别性别男职称职称讲师讲师v用此问题框架与知识库中的框架匹配，用此问题框架与知识库中的框架匹配，显然显然“教师教师-1”框架可以匹配。框架可以匹配。“教师教师- x”中的中的“姓名姓名”槽为未知，通过匹配，槽为未知，通过匹配，符合条件的教师有可能就是范怡伟。也符合条件的教师有可能就是范怡伟。也还可能是其他的框架，需要进一步收集还可能是其他的框架，需要进一步收集信息。信息。3.3.3 程

16、序知识及其启动程序知识及其启动v在用框架进行知识表示的过程中，如果需要在用框架进行知识表示的过程中，如果需要进行推理和求解问题时，会把程序附加在槽进行推理和求解问题时，会把程序附加在槽内。内。一般会议一般会议种类种类 社会活动社会活动时间时间 IF-ADDED(填写日历的程序填写日历的程序)出席者出席者 IF-NEEDED(询问使用者的程序）询问使用者的程序）3.3.4 框架的特征框架的特征v框架表示法的特点：框架表示法的特点：1. 1.结构性结构性 善于表达结构性的知识，能够把知识的内部善于表达结构性的知识，能够把知识的内部结构及联系表示出来。结构及联系表示出来。2.2.继承性继承性 下层框架可以继承上层框架的值，即减少了下层框架可以继承上层框架的值，即减少了知识的冗余，又保证了知识的一致性。知识的冗余，又保证了知识的一致性。3.3.自然性自然性 体现了人类在观察事物时的思维活动。体现了人类在观察事物时的思维活动。