几种结构化知识表示及其推理.ppt
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1、几种结构化知识表示及其推理几种结构化知识表示及其推理2022-9-21现在学习的是第1页,共55页第第7 7章章 几种结构化知识表示及其推理几种结构化知识表示及其推理7.1 框架框架7.2 语义网络语义网络7.3 类与对象类与对象*2022-9-22现在学习的是第2页,共55页7.1 框架框架n19751975年年 MinskyMinsky在论文中提出了框架理论。他从在论文中提出了框架理论。他从心理心理学学的证据出发,认为人的知识以的证据出发,认为人的知识以框架框架结构记存在人结构记存在人脑中。当人们面临新的情况,或对问题的看法有重要变脑中。当人们面临新的情况,或对问题的看法有重要变化时,总是
2、从自己的记忆中找出一个合适的框架,然后化时,总是从自己的记忆中找出一个合适的框架,然后根据细节加以修改补充,从而形成对新观察到的事物的根据细节加以修改补充,从而形成对新观察到的事物的认识。认识。n人类对于一件事的了解,表现在对于这件事物的诸方面人类对于一件事的了解,表现在对于这件事物的诸方面,即属性的了解。掌握了事物的属性,也就有了关于事,即属性的了解。掌握了事物的属性,也就有了关于事物的知识,知识表示是从属性描述开始的。物的知识,知识表示是从属性描述开始的。2022-9-23现在学习的是第3页,共55页7.1 框架框架7.1.1 框架的概念框架的概念7.1.2 框架的表达能力框架的表达能力7
3、.1.3 基于框架的推理基于框架的推理7.1.4 框架的程序语言实现框架的程序语言实现2022-9-24现在学习的是第4页,共55页7.1.1 框架的概念框架的概念| | | 约束:约束: 条件条件1 条件条件2 讨论对象讨论对象的属性的属性讨论对象讨论对象的属性的属性可以是数字、字符串、布尔值或动作2022-9-25现在学习的是第5页,共55页7.1.1 框架的概念框架的概念-示例示例(1)例例7.1 描述描述“教师教师”的框架的框架框架名:框架名: 类属类属 : 工作:工作: 范围范围: (教学,科研)教学,科研) 缺省缺省: (教学)教学) 性别性别 : (男,女)(男,女)学历学历 :
4、 (中师,高师)(中师,高师)类型类型 : ( , , ) | 2022-9-26现在学习的是第6页,共55页7.1.1 框架的概念框架的概念-示例示例(2)例例7.2 描述描述“大学教师大学教师”的框架的框架框架名:框架名: 类属类属 : 学历学历 : (学士、硕士、博士)(学士、硕士、博士)专业专业 : 职称职称 : (助教、讲师、副教授、教授)(助教、讲师、副教授、教授)外语外语 :语种语种:范围范围:(英,法,日,俄,德,(英,法,日,俄,德,) 缺省:缺省: 英英 水平:水平:(优,良,中,差)优,良,中,差) 缺省:缺省:良良 | 2022-9-27现在学习的是第7页,共55页7.
5、1.1 框架的概念框架的概念-示例示例(3)例例7.3 描述一个具体教师的框架描述一个具体教师的框架框架名:框架名: 1类属类属 : 姓名姓名 :李明:李明性别性别 :男男 职业职业 :教师:教师职称职称 :助教助教专业:专业:计算机应用计算机应用部门:部门:计算机系软件教研室计算机系软件教研室工作:工作:参加工作时间:参加工作时间:19951995年年8 8月月 工龄:工龄:当前年份参加工作年份当前年份参加工作年份 工资:工资: 2022-9-28现在学习的是第8页,共55页7.1.1 框架的概念框架的概念n上位框架:一般描述概念上位框架:一般描述概念n下位框架下位框架n上位框架具有的属性,
6、下位框架一定具上位框架具有的属性,下位框架一定具有,下位框架从上位框架中继承某些槽有,下位框架从上位框架中继承某些槽值或侧面名。值或侧面名。n实例框架:一般描述一个具体事物实例框架:一般描述一个具体事物2022-9-29现在学习的是第9页,共55页7.1.1 框架的概念框架的概念-框架网络框架网络n一个框架的槽值可以是另一个框架的名一个框架的槽值可以是另一个框架的名,这就把有关框架,这就把有关框架横向横向联系了起来。联系了起来。n框架间的框架间的“父子父子”关系是框架间的一种关系是框架间的一种纵纵向向联系。联系。n某一论域的全体框架构成了一个某一论域的全体框架构成了一个框架网框架网络络或框架系
7、统。或框架系统。n框架的槽值可以是规则或逻辑式、运算框架的槽值可以是规则或逻辑式、运算式甚至过程调用等。式甚至过程调用等。2022-9-210现在学习的是第10页,共55页7.1.1 框架的概念框架的概念-框架网络(例)框架网络(例)师生员工框架师生员工框架教职工框架教职工框架学生框架学生框架教师框架教师框架职工框架职工框架电子系学生框架电子系学生框架管理系学生框架管理系学生框架教师教师-1-1教师教师-N-N本科生本科生硕士生硕士生2022-9-211现在学习的是第11页,共55页7.1.2 框架的表达能力框架的表达能力n框架适合表达结构性知识框架适合表达结构性知识n概念对象等知识用框架表示
8、概念对象等知识用框架表示n框架的槽是对象的属性或状态框架的槽是对象的属性或状态n框架的值是属性值或状态值框架的值是属性值或状态值n框架网络可以表示过程性事件或情节框架网络可以表示过程性事件或情节2022-9-212现在学习的是第12页,共55页7.1.2 框架的表达能力框架的表达能力-示例示例(1)n例例7.4关于房间的框架(关于房间的框架(1)框架名:框架名: 墙数墙数x1x1 :缺省:缺省:x1x14 4 条件:条件:x10 x10窗数窗数x2x2 :缺省:缺省:x2x22 2 条件:条件:x2=0 x2=0门数门数x3x3 :缺省缺省:x3x31 1 条件条件:x30 x30前墙前墙:
9、(墙框架(墙框架(w1,d1w1,d1)后墙后墙: (墙框架(墙框架(w2,d2w2,d2)2022-9-213现在学习的是第13页,共55页7.1.2 框架的表达能力框架的表达能力-示例示例(2)左墙左墙: (墙框架(墙框架(w3,d3w3,d3)右墙右墙: (墙框架(墙框架(w4,d4w4,d4)天花板天花板 : 地板地板 : 门门 : 窗:窗: 条件条件:w1w1w2w2w3w3w4w4x2x2 d1d1d2d2d3d3d4d4x3x3类型类型: :( , , , , , ) )2022-9-214现在学习的是第14页,共55页7.1.2 框架的表达能力框架的表达能力-示例示例(3)例例
10、7.5 机器人纠纷问题的框架描述机器人纠纷问题的框架描述框架名框架名: 1动作:动作:打打动作发出者:动作发出者:罗宾罗宾动作接受者:动作接受者:苏西苏西后果:后果: ( 1)框架名框架名: 2动作:动作:打打动作发出者:动作发出者:苏西苏西动作接受者:动作接受者:罗宾罗宾后果:后果: ( 2)框架名框架名: 1动作:动作:哭哭动作发出者:动作发出者:苏西苏西后果:后果: (得意,懊悔)(得意,懊悔)框架名框架名: 2动作:动作:哭哭动作发出者:动作发出者:罗宾罗宾后果:后果: 心理平衡心理平衡2022-9-215现在学习的是第15页,共55页7.1.2 框架的表达能力框架的表达能力-示例示例
11、(4)例:某次关于地震的报道:例:某次关于地震的报道:“今天一次强今天一次强度为里氏度为里氏8.5级的强烈地震袭击了下斯洛级的强烈地震袭击了下斯洛文尼亚(文尼亚(Low Slabovia)地区,造成)地区,造成25人死亡和人死亡和5亿美元的财产损失。下斯亿美元的财产损失。下斯洛文尼亚的主席说:多年来,靠近洛文尼亚的主席说:多年来,靠近Sadie Hawkins断层的重灾区一直是一个危险断层的重灾区一直是一个危险的地区。的地区。”2022-9-216现在学习的是第16页,共55页7.1.2 框架的表达能力框架的表达能力-与语义网络结合与语义网络结合灾害事件地震地震-1今天25500,000,00
12、08.5Sadie Hawkins洪水飓风Low-Slabovia时间地点死亡损失震级断层ISAAKOAKOAKO2022-9-217现在学习的是第17页,共55页7.1.2 框架的表达能力框架的表达能力n产生式规则也可以用框架表示产生式规则也可以用框架表示 如果头疼且发烧,则患感冒。如果头疼且发烧,则患感冒。 框架名框架名: 1 前提:前提:条件条件1 1:头痛头痛 条件条件2 2:发烧发烧 结论:结论:患感冒患感冒2022-9-218现在学习的是第18页,共55页7.1.3 基于框架的推理基于框架的推理(1)n基于框架的推理方法是基于框架的推理方法是继承继承。就是子框。就是子框架可以拥有其
13、父框架的槽及槽值。架可以拥有其父框架的槽及槽值。n实现继承的操作有:实现继承的操作有:n匹配匹配 将问题框架同知识库中的框架的模式将问题框架同知识库中的框架的模式匹配。匹配。n搜索搜索 沿着框架间的纵向和横向联系,在框沿着框架间的纵向和横向联系,在框架网络中进行查找。架网络中进行查找。n填槽填槽 问题框架同某一框架匹配时,可以通问题框架同某一框架匹配时,可以通过它的父框架来将它的空槽值填上。过它的父框架来将它的空槽值填上。2022-9-219现在学习的是第19页,共55页7.1.3 基于框架的推理基于框架的推理(2)例:关于教师例:关于教师1外语水平的推理外语水平的推理(1)构造问题框架,与知
14、识库匹配)构造问题框架,与知识库匹配(2)搜索)搜索(3)填槽)填槽框架名:框架名: 1姓名姓名 :李明李明性别性别 :男男 年龄年龄 :2525职称职称 :助教助教专业:专业:计算机应用计算机应用部门:部门:计算机系软件教研室计算机系软件教研室外语水平:外语水平:2022-9-220现在学习的是第20页,共55页7.1.4 框架的程序语言实现(框架的程序语言实现(1)nFRL程序设计语言程序设计语言nPROLOG语言语言2022-9-221现在学习的是第21页,共55页例例: frame(name(教师教师), kind_of(), work(scope(教学教学,科研科研),default
15、(教学教学), sex(男男,女女), reco_of_f_s(中师中师,高师高师), type(, , ).7.1.4 框架的程序语言实现(框架的程序语言实现(2)2022-9-222现在学习的是第22页,共55页如何建立某个事物的框架如何建立某个事物的框架(1)框架知识学习对当前事物或对象进行观察与分)框架知识学习对当前事物或对象进行观察与分析,把要认识的对象与选定的框架知识表示进行析,把要认识的对象与选定的框架知识表示进行比对,完成相关对象属性及其知识的了解与学习比对,完成相关对象属性及其知识的了解与学习。(2)建立框架模式与概念)建立框架模式与概念(3)框架的资料数值填写)框架的资料数
16、值填写2022-9-223现在学习的是第23页,共55页框架框架-小结小结n结构化知识表示方式结构化知识表示方式n框架理论可作为人类理解视觉、自然语言及其他复杂框架理论可作为人类理解视觉、自然语言及其他复杂行为的基础。行为的基础。-Minskyn缺点缺点n没有明确的推理机制保证问题求解的可行性没有明确的推理机制保证问题求解的可行性n框架子系统中各子框架的数据结构不一致,框架子系统中各子框架的数据结构不一致,会影响系统的清晰性,造成推理困难。会影响系统的清晰性,造成推理困难。2022-9-224现在学习的是第24页,共55页7.2 语义网络语义网络n19681968年年QuillianQuill
17、ian的博士论文建议用一种语义网络来描述的博士论文建议用一种语义网络来描述人对事物的认知,实际上是对人对事物的认知,实际上是对人脑功能人脑功能的模拟。的模拟。n语义网络是人类联想记忆的一个心理学模型。也是一语义网络是人类联想记忆的一个心理学模型。也是一种知识表示方法。种知识表示方法。n语义网络同一阶逻辑有相同的能力。多用于专家系统语义网络同一阶逻辑有相同的能力。多用于专家系统和自然语言处理领域。和自然语言处理领域。 n普林斯顿大学开发的电子英语词典普林斯顿大学开发的电子英语词典WordNet,根据语义网络、以同义词集为,根据语义网络、以同义词集为基础结点,通过上下文结点,整体与部分的基础结点,
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