知识表示和推理之框架表示法.ppt

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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 对对于于某某些些问问题题，有有时时要要同同时时使使用用多多个个框框架架，组组成成一一个个框框架架系系统统来来表表示示。例例如如，一一个个立立方方体体有有三三个个面面可可见见，则则它它需需要要四四个个子子框框架架来说明它。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 从从上上图图可可看看出出，一一个个框框架架结结构构可可以以是是另另一一个个框框架架的的槽槽值值，并并且且同同一一个个框框架架结

3、结构构可可以以作作为为几几个个不不同同的的框框架架的的槽槽值值。这这样样，可可以以节节省省存存储储空空间间，这这就就是是框框架架的的重重要要特特性性继继承承性性。即即当当子子节节点点的的某某些些槽槽值值或或侧侧面面值值没没有有直接记录时，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，他就从底层进入电梯而从第在电梯

4、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 典型知典型知识识与与框架框架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、一个事件所论的对象可以是一个事物、一个

5、事件或者一个概念。或者一个概念。框架的框架的结结构构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”，用于描，用于描述相应属性的若干个方面。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以由框架名、槽、侧面和值四

6、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 例例如如，一一个个人人可可以以用用其其职职业业、身身高高和和体体重重等等项项描描述述，因因而而可可以以用用这这些些项项目目组组成成框框架架的的槽槽。当当描描述述一一个个具具体体的的人人时时，再再用用这这些些项项目目的的具具体体值值填填入入到到相相应应的的槽槽中中。后后表表给给出出的的是描述是描述JohnJohn的框架。的框架。框架名框架

7、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：框架名框架名槽槽1槽槽2槽槽3槽槽4槽槽5槽槽6槽值槽值侧面值侧面值举例：会议举例：会议37的框架的框架举例：教师的框架举例：教师的框架v关关于于自自然然灾灾害害的的新新闻闻报报道道中中所所涉涉及及的的事事实实经经常常是是可可以以预预见见的的，这这些些可可预预见见的的事事实实就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例例如如，以以下下是是一一则则关关于于地地震震的的报报道道，请请用用框架表达这段报道。框架表达这段报道。-今今天天，一一次次强强度度为为里里氏氏8.58

8、.5级级的的强强烈烈地地震震袭袭击击了了下下斯斯洛洛文文尼尼亚亚(Low(Low Slabovia)Slabovia)地地区区，造造成成2525人人死死亡亡和和5 5亿亿美美元元的的财财产产损损失失。下下斯斯洛洛文文尼尼亚亚地地区区主主席席说说：多多年年来来，靠靠近近萨萨迪迪豪豪金金斯斯断断层层的的重重灾灾区区一一直直是是一一个个危危险险地地区区。这这是是本本地地区区发发生生的第的第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。本本报报道道中中关关于于地地震震的的关关键键属属性性是是地地震震发发生生的的地地点点、时时间间、伤伤亡亡人人数数、财财产产损损失失数数量量、

9、地地震震强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。例如，一个三角锥由四个面组成例如，一个三角锥由四个面组成AB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）又如，又如，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

10、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，从而简化它的框架表示。从而简化它的框架表示。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框框架架知知识识除除了了

11、可可以以进进行行继继承承推推理理外外，还还有有匹匹配配推推理理方方式式。例例如如，假假设设有有关关教教师师的的框框架架网网络络已已建建立立在在知知识识库库中中，且且其其中中包包含含了了许许多多教教师师的的实实例例框框架架，其其中中两两个个如示：如示：v当当要要解解决决的的问问题题是是从从知知识识库库中中找找出出一一个个满足如下条件的教师：满足如下条件的教师：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 把把这这些些条条件件用用框框架架表表示示出出来来，就就可可得得到到如下的初始问题框架。如下的初始问题框架。v用用此此问问题题框框架架与与知知识识库库中中的的框框架架匹匹配配，

12、显显然然“教教师师-1”框框架架可可以以匹匹配配。“教教师师-x”中中的的“姓姓名名”槽槽为为未未知知，通通过过匹匹配配，符符合合条条件件的的教教师师有有可可能能就就是是范范怡怡伟伟。也也还还可可能能是是其其他他的的框框架架，需需要要进进一一步步收收集集信息。信息。3.3.3 程序知识及其启动程序知识及其启动v在在用用框框架架进进行行知知识识表表示示的的过过程程中中，如如果果需需要要进进行行推推理理和和求求解解问问题题时时，会会把把程程序序附附加加在在槽槽内。内。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 善善于于表表达达结结构构性性的的知知识识，能能够够把把知知识识的的内内部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 下下层层框框架架可可以以继继承承上上层层框框架架的的值值，即即减减少少了了知识的冗余，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。