知识表示-框架表示法.pptx

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1、框架表示法框架表示法框架表示法框架表示法2010年年11月月4日星期四日星期四www。themegallery。com主要内容主要内容v 框架与框架网框架与框架网络v 框架推理的基本框架推理的基本过程及形式程及形式v 框架的不确定性匹配框架的不确定性匹配v 框架的推理步框架的推理步骤v 框架表示法的特点框架表示法的特点2www。themegallery。com1 简介介框架表示法框架表示法理理论是由美国的人工智能学者是由美国的人工智能学者明斯基在明斯基在1975年首先提出来的。年首先提出来的。该理理论认为人人们对现实世界中各种事物的世界中各种事物的认识都是以一种都是以一种类似似于框架的于框架的

2、结构存构存储在在记忆中，当面中，当面临一个新事物一个新事物时，就从，就从记忆中找出一个合适的框架，并根据中找出一个合适的框架，并根据实际情况情况对其其细节加以修改、加以修改、补充，从而形成充，从而形成对当当前事物的前事物的认识。也就是也就是说框架表示法表示的是一种框架表示法表示的是一种经验性的性的知知识。3www。themegallery。com2 框架与框架网框架与框架网络2.1 概述概述框架是描述框架是描述对象象(事物，事件或概念事物，事件或概念)属性的属性的一种数据一种数据结构。构。框架网框架网络是由不同的框架通是由不同的框架通过属性之属性之间的关的关系而建立起来的系而建立起来的联系，从

3、而构成了框架网系，从而构成了框架网络。框架网框架网络能能够充分表达相关充分表达相关对象之象之间的各种的各种关系。关系。4www。themegallery。com2 框架与框架网框架与框架网络2.2 框架的基本形式框架的基本形式一个框架由若干个被称一个框架由若干个被称为“槽槽”的的结构构组成，成，每一个槽又可根据每一个槽又可根据实际需要分需要分为若干个若干个“侧面面”。槽用于描述槽用于描述对象的某一方面的属性。象的某一方面的属性。侧面用于描述相面用于描述相应属性的一个方面。属性的一个方面。槽和槽和侧面所具有的属性面所具有的属性值分分别称称为槽槽值和和侧面面值.5www。themegallery。

4、com2 框架与框架网框架与框架网络槽名槽名1：侧面名面名11:侧面面值11侧面名面名12:侧面面值12侧面名面名1n:侧面面值1n槽名槽名k:6www。themegallery。com2 框架与框架网框架与框架网络2.3 框架的框架的BNF描述描述:=:=框架名框架名:=,:=约束束,:=|(,)7www。themegallery。com2 框架与框架网框架与框架网络:=|:=|:=|:=,:=:=|:=|8www。themegallery。com2 框架与框架网框架与框架网络:=|:=|,:=几点几点说明明:(1)框架名的框架名的值允允许带有用符号名表示的参数有用符号名表示的参数.当一个框

5、架当一个框架A调用另一个用另一个带有符号名参数的框架有符号名参数的框架B时A需要需要为B提供相提供相应的参数的参数.(2)当槽当槽值或或侧面面值是一个是一个过程程时,它既可以它既可以是一个是一个动作串又可以是作串又可以是对某个某个过程的程的调用用.9www。themegallery。com2 框架与框架网框架与框架网络没有没有侧面的框架可以面的框架可以简化化为:槽名槽名1：-值1槽名槽名2：-值2槽名槽名n：-值n某些槽的某些槽的值可缺省可缺省.槽槽值可以有如下几种可以有如下几种类型型:具体具体值,默默认值,过程程值,另一框架名另一框架名,空空10www。themegallery。com2 框

6、架与框架网框架与框架网络例例 2.1 房房间框架框架框架框架:房房间墙数数:a=4窗数窗数:b=2门数数:c=1墙:墙框架框架调用用(b,c)门:门框架框架调用用天花板天花板:天花板框架天花板框架调用用地板地板:地板框架地板框架调用用窗窗:窗框架窗框架调用用 框架框架:墙(w,d)墙面材料面材料:白灰白灰(或或墙纸)颜色色:白白窗数窗数:w门数数:d窗窗:窗框架窗框架调用用门:门框架框架调用用|11www。themegallery。com2 框架与框架网框架与框架网络2.4 框架的知框架的知识表示步表示步骤框架是一种描述框架是一种描述对象属性并反映相关个象属性并反映相关个对象象间的各种关系的数

7、据的各种关系的数据结构构,并且可以把它并且可以把它视作知作知识单位位.对于要表达的知于要表达的知识,其中可能包含着其中可能包含着许多多对象象,各个各个对象之象之间有着各种各有着各种各样的的联系系,将将这些有些有关系的关系的对象的框架象的框架联结起来便形成了要表达知起来便形成了要表达知识的框架系的框架系统.框架表示知框架表示知识的具体步的具体步骤:1)分析代表的知分析代表的知识对象及其属性象及其属性,对框架中的框架中的槽槽进行合理行合理设置置.12www。themegallery。com2 框架与框架网框架与框架网络在槽及在槽及侧面的面的设置上要考置上要考虑两方面的因素两方面的因素:要符合系要符

8、合系统的的设计目目标,凡是系凡是系统目目标中所中所要求的属性或是要求的属性或是问题求解求解过程中可能用到的属性程中可能用到的属性都要都要设置相置相应的槽的槽.不能盲目的把所有的甚至无用的属性都用不能盲目的把所有的甚至无用的属性都用槽表示出来槽表示出来.2)对各各对象象间的各种的各种联系系进行考察行考察.使用一些使用一些常用的或根据具体需要定常用的或根据具体需要定义一些表达一些表达联系的槽名系的槽名,来描述上下来描述上下层框架框架间的的联系系.在框架系在框架系统中中,对象象间的的联系是通系是通过各个槽的各个槽的13www。themegallery。com2 框架与框架网框架与框架网络槽名来表述的

9、槽名来表述的.通常在框架系通常在框架系统中定中定义一些公用一些公用,常用且常用且标准的槽名准的槽名,并把并把这些槽名称些槽名称为系系统预定定义槽名槽名.易于理解易于理解.比如常比如常见的有的有:ISA,AKO和和Instance等等例例 2.2 用分用分层的框架网的框架网络表示表示1976年年3月月18日日,一次一次强度度为里氏里氏8.5级的地震的地震发生生在下斯洛文尼在下斯洛文尼亚地区地区,造成造成25人死亡和人死亡和5亿美元的美元的损失失.多多年来靠近年来靠近萨迪豪金斯断迪豪金斯断层的地区一直是一个地震多的地区一直是一个地震多发区区.解解:由于地震可看成是一种灾害事件由于地震可看成是一种灾

10、害事件,除地震以外除地震以外,还有有火灾火灾,洪水洪水,飓风等灾害事件等灾害事件,因此可以因此可以组成一个描述灾害成一个描述灾害事件的框架系事件的框架系统.14www。themegallery。com2 框架与框架网框架与框架网络框架名框架名:地点地点:字符串字符串日期日期:单位位(年年,月月,日日)死亡人数死亡人数:单位位(人人)财产损失失:单位位(亿美元美元)框架名框架名:ISA:强度度:单位位(里氏里氏级)断断层:字符串字符串框架名框架名:|地点地点:Low Slabovia日期日期:1976,3,18死亡人数死亡人数:25财产损失失:5强度度8.5断断层:Sadie Hawkins15

11、www。themegallery。com2 框架与框架网框架与框架网络3)对各各层对象的象的”槽槽”及及”侧面面”进行合理的行合理的组织和安排和安排,避免信息描述的重复避免信息描述的重复.在框架的表示中在框架的表示中,ISA、AKO和和Instance槽槽等所等所联系的上下框架系的上下框架间具有具有继承性承性,这就要求把同就要求把同一一层中不同框架中不同框架间所具有的相同的槽名作所具有的相同的槽名作为这些些框架所表示的框架所表示的对象的共同属性抽取出来象的共同属性抽取出来,放入他放入他们上上层框架中框架中.16www。themegallery。com2 框架与框架网框架与框架网络例例 2.3

12、建立一个分建立一个分层的框架网的框架网络从高从高层框架至最底框架至最底层框架名依次框架名依次为,并并为相相应的框架的框架设置置继承槽来避免重复描述承槽来避免重复描述.解解:框架定框架定义如下如下:师生生员工框架工框架.框架名框架名:姓名姓名:单位位(姓姓,名名)年年龄:单位位(岁)17www。themegallery。com2 框架与框架网框架与框架网络性性别:单位位(男男,女女)缺省缺省:男男健康状况健康状况:范范围(健康健康,一般一般,差差)缺省缺省:一般一般住房住房:教教职工框架工框架.框架名框架名:继承承:工作工作类别:范范围(教教师,干部干部,工人工人)缺省缺省:教教师18www。t

13、hemegallery。com2 框架与框架网框架与框架网络学学历:范范围(中中专,大大专,本科本科,研究生研究生)缺省缺省:本科本科参加工作参加工作时间:单位位(年年,月月)教教师框架框架.框架名框架名:继承承:部部门:单位位(系系,教研室教研室)语种种:范范围(英英语,法法语,德德语,日日语,俄俄语)缺省缺省:英英语职称称:范范围(教授教授,副教授副教授,讲师,助教助教)19www。themegallery。com2 框架与框架网框架与框架网络缺省缺省:讲师某个教某个教师的的实例框架例框架.框架名框架名:继承承:姓名姓名:王林王林年年龄:36健康状况健康状况:健康健康参加工作参加工作时间:

14、1982,9部部门:计算机系算机系软件教研室件教研室职称称:副教授副教授20www。themegallery。com3 框架推理的基本框架推理的基本过程及形式程及形式 框架表示知框架表示知识的系的系统主要由两部分主要由两部分组成成:一一.由框架网由框架网络构成的知构成的知识库.二二.由一由一组程序程序组成的框架推理机成的框架推理机.3.1 框架推理的基本框架推理的基本过程程在用框架表示知在用框架表示知识的系的系统中中,推理主要是通推理主要是通过框架匹配与填槽来框架匹配与填槽来实现的的.首先把要求解的首先把要求解的问题用一个称用一个称为问题框架的框架的框架表示出来框架表示出来,然后把初始然后把初

15、始问题框架与知框架与知识库中的中的框架框架进行匹配行匹配.21www。themegallery。com3 框架推理的基本框架推理的基本过程及形式程及形式 比比较原原则是如果两个框架是如果两个框架对应的槽没有冲突的槽没有冲突或或满足足预设的某些条件就可以的某些条件就可以认为两个框架匹配两个框架匹配成功成功.例例 3.1 推理的例子推理的例子假假设例例2.3提出的关于提出的关于师生生员工的框架网工的框架网络已已建立在知建立在知识库中中,当前要求解决的当前要求解决的问题是从知是从知识库中找出一个中找出一个满足如下条件的教足如下条件的教师:男性男性,年年龄在在40岁一下的副教授一下的副教授,身体健康身

16、体健康,会英会英语.求解求解问题可表可表示成如下初始示成如下初始问题框架框架:22www。themegallery。com3 框架推理的基本框架推理的基本过程及形式程及形式 框架名框架名:姓名姓名:年年龄:40性性别:男男健康状况健康状况:健康健康职称称:副教授副教授语种种:英英语用此用此问题框架与知框架与知识库中的框架中的框架进行匹配行匹配,显然然可以与之匹配可以与之匹配.23www。themegallery。com3 框架推理的基本框架推理的基本过程及形式程及形式 3.2 框架推理形式框架推理形式框架框架链是一种复是一种复杂的的语义网网络.语义网网络中的中的推理在框架中同推理在框架中同样可

17、以可以进行行,但但对框架最主要的推框架最主要的推理形式理形式为填充槽填充槽值.填充槽填充槽值有几种有几种办法法实现,主主要有两种要有两种:匹配和匹配和继承承.1)匹配匹配框架是一框架是一类事物的完整描述事物的完整描述,因此框架匹配只因此框架匹配只能做到部分匹配能做到部分匹配.例例 3.2 王王强的行的行动和音量想消防和音量想消防车,找出王找出王强的行的行动和音量像什么和音量像什么24www。themegallery。com3 框架推理的基本框架推理的基本过程及形式程及形式 框架框架1：是是:人人性性别:男男行行动:音量音量:进取心取心:中等中等框架框架2：是是:车辆颜色色:红行行动:快快音量音

18、量:极高极高载物物:水水匹配匹配这两个框架的槽两个框架的槽:行行动和音量和音量.框架框架1没没有此有此值,框架框架2有有.匹配匹配结果是填充框架果是填充框架1的两个的两个槽槽值-王王强行行动是快的是快的,音量是极高的音量是极高的.25www。themegallery。com3 框架推理的基本框架推理的基本过程及形式程及形式 2)继承承继承有两种承有两种:直接直接继承和复承和复杂继承承直接直接继承承:下下层框架直接从上框架直接从上层框架中框架中继承所有的属承所有的属性性值和条件和条件.复复杂继承承:以以时序序继承承为例例,即有条件的即有条件的继承承.例例 3.3 框架名框架名:政体政体:资产阶级

19、专政政面面积:960万平方公里万平方公里人口人口:4.5亿领导党派党派:国民党国民党框架名框架名:政体政体:人民民主人民民主专政政面面积:960万平方公里万平方公里人口人口:4.5亿(1949年年)领导党派党派:共共产党党26www。themegallery。com4 框架的不确定性匹配框架的不确定性匹配 4.1 定定义若两个框架的若两个框架的对应的槽的的槽的值完全一致完全一致,则称称这两个框架是完全匹配两个框架是完全匹配,或称确定性匹配或称确定性匹配.若两个框架若两个框架虽然不能使然不能使对应槽完全一致槽完全一致,却却满足足预先指定的条件先指定的条件,则称称这两个框架是不完全匹配两个框架是不

20、完全匹配,或称或称为不确定性匹配不确定性匹配.27www。themegallery。com4 框架的不确定性匹配框架的不确定性匹配 4.2 主要的匹配方法主要的匹配方法1)匹配度方法匹配度方法匹配度是指当前看框架所描述的属性与已知匹配度是指当前看框架所描述的属性与已知框架可匹配的程度框架可匹配的程度.匹配度方法的基本思想匹配度方法的基本思想首先求出两个框架匹配的匹配度首先求出两个框架匹配的匹配度,然后根据然后根据该匹配度与匹配度与预先先给定的框架匹配定的框架匹配阀值进行比行比较.最最简单的匹配方法的匹配方法给各个属性确定一个重要各个属性确定一个重要性性28www。themegallery。co

21、m4 框架的不确定性匹配框架的不确定性匹配 2)充分条件与必要条件方法充分条件与必要条件方法将框架中的某些槽分将框架中的某些槽分别设定定为”充分条件充分条件”槽槽和和”必要条件必要条件”槽槽,如果充分条件可以得到如果充分条件可以得到满足足,就就可以可以认为相相应的两个框架可以匹配的两个框架可以匹配,如果充分条件如果充分条件不不满足足,儿必要条件儿必要条件满足足,就就认为需要需要进一步搜集一步搜集信息后在信息后在进行匹配行匹配,如果必要条件不如果必要条件不满足就足就认为两两个框架不可匹配个框架不可匹配.这种方法不种方法不仅较好的解决了框架匹配好的解决了框架匹配问题,而而且在框架推理中可把框架分且

22、在框架推理中可把框架分为确确认,激活与沉睡激活与沉睡3种状种状态,有利于确定推理和搜索方向有利于确定推理和搜索方向.29www。themegallery。com4 框架的不确定性匹配框架的不确定性匹配 3)规定属性定属性值变化范化范围方法方法对某些事物的某些属性某些事物的某些属性,可通可通过规定定对其其值规定一个定一个变化范化范围来来实现属性的不确定性匹配属性的不确定性匹配.例如例如,可可规定教室的定教室的门的数量的数量为13扇扇,椅子椅子的腿数的腿数为14条等条等.只要一个具体的事物的属性只要一个具体的事物的属性落在落在规定的定的值得范得范围内内,就就认为这个属性是匹配的个属性是匹配的.30

23、www。themegallery。com4 框架的不确定性匹配框架的不确定性匹配 4)功能属性描述法功能属性描述法对某些事物除了某些事物除了给出有关外形的属性描述外出有关外形的属性描述外,还可以可以给出功能其功能属性描述出功能其功能属性描述,而且功能属性描而且功能属性描述述应该高于外形描述高于外形描述,这有利于有利于实现框架的确定性框架的确定性描述描述.例如例如,如果能在如果能在的框架中的框架中给出其功能出其功能属性属性,那么即便那么即便对只有一条腿的椅子只有一条腿的椅子,只要它具有只要它具有椅子的功能椅子的功能,仍然可以仍然可以认为它是椅子它是椅子.小小结实际应用中可以将几种情况用中可以将几

24、种情况组合起来使用合起来使用.31www。themegallery。com5 框架推理步框架推理步骤在用框架表示知在用框架表示知识的系的系统中中,通通过框架中的框架中的AKO槽和槽和Instance槽把框架槽把框架连接起来接起来,构成的构成的框架网框架网络是一个是一个层次次结构构.框架推理就是以此框架推理就是以此层次次结构构为基基础,按照一定按照一定的搜索策略的搜索策略,不断不断寻找可匹配的框架找可匹配的框架进行填槽行填槽过程程.此此过程有可能找到合适的框架程有可能找到合适的框架,得到得到问题的解的解而成功而成功结束束,也有可能因也有可能因为找不到合适的框架而被找不到合适的框架而被迫迫终止止.

25、32www。themegallery。com5 框架推理步框架推理步骤5.1 主要推理步主要推理步骤1)把把问题要求解的要求解的问题形成一个初始形成一个初始问题框框架架,并将已知知并将已知知识填入相填入相应的槽去的槽去.2)从根框架从根框架进行搜索推理行搜索推理.把把问题框架与当前框架与当前框架框架进行匹配行匹配,若若满足匹配条件足匹配条件转3)进行填槽行填槽,否否则转4)搜索下一个框架搜索下一个框架.3)把当前框架中相把当前框架中相应的槽的槽值填入填入问题框架框架对应的槽中的槽中,判断当前判断当前问题框架中是否包含了框架中是否包含了问题的的解解,若已包含若已包含转6;否否则转4)。33www

26、。themegallery。com5 框架推理步框架推理步骤4)按当前框架的按当前框架的Instance槽的槽槽的槽值找一个找一个尚未尚未进行行过匹配操作的子框架匹配操作的子框架,有有这样的子框架的子框架则把此框架作把此框架作为当前框架当前框架转步步骤2)否否则转5)进行行回溯回溯 5)由当前框架的由当前框架的AKO槽的槽槽的槽值找到它的父找到它的父框架框架.若若该父框架不是根框架父框架不是根框架,则把把该父框架作父框架作为当前框架当前框架,转2);若当前框架是根框架若当前框架是根框架,且有且有为匹配匹配过的子框架的子框架,则把把该框架作框架作为当前框架当前框架转4);否否则另另选根框架根框架

27、.6)如果如果问题的解具有不确定性的解具有不确定性,则根据不确定根据不确定性知性知识表示法表示法,计算解的不确定性算解的不确定性,结束推理束推理.34www。themegallery。com6 框架表示法的特点框架表示法的特点优点点:1)结构性构性2)继承性承性由于子框架可以由于子框架可以继承父框架的槽承父框架的槽值,也可以也可以进行行补充和修改充和修改,因此多重因此多重继承有可能承有可能产生属性描述生属性描述的多的多义性性.如何解决如何解决,目前目前还没有没有统一一的方法的方法.不足不足:不善于表示不善于表示过程性知程性知识,因此可以把框架表示因此可以把框架表示法与法与产生式生式结合起来已取得互合起来已取得互补的效果的效果.35