知識(shí)表示-框架表示法課件

框架表示法2010年11月4日星期四主要內(nèi)容

框架與框架網(wǎng)絡(luò)

框架推理的基本過(guò)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)21簡(jiǎn)介

框架表示法理論是由美國(guó)的人工智能學(xué)者明斯基在1975年首先提出來(lái)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(shuō)框架表示法表示的是一種經(jīng)驗(yàn)性的知識(shí)。32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)

<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)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) <靜態(tài)描述>::=<數(shù)值>|<字符串>|<布爾值>|<其他值> <過(guò)程>::=<動(dòng)作>|<動(dòng)作>,[<動(dòng)作>] <參數(shù)>::=<符號(hào)名>

幾點(diǎn)說(shuō)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(guò)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(guò)程的調(diào)用.92框架與框架網(wǎng)絡(luò)

沒(méi)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(guò)程值,另一框架名,空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)

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(wèn)題求解過(guò)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(wú)用的屬性都用槽表示出來(lái). 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(lái)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(guò)各個(gè)槽的

132框架與框架網(wǎng)絡(luò)

槽名來(lái)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(jiàn)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(lái)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)

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)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(lái)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)

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)

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(yǔ)種:范圍(英語(yǔ),法語(yǔ),德語(yǔ),日語(yǔ),俄語(yǔ))

缺省:英語(yǔ)

職稱:范圍(教授,副教授,講師,助教)193框架推理的基本過(guò)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(kù).

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(guò)程

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

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

213框架推理的基本過(guò)程及形式

比較原則是如果兩個(gè)框架對(duì)應(yīng)的槽沒(méi)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(kù)中,當(dāng)前要求解決的問(wèn)題是從知識(shí)庫(kù)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(yǔ).求解問(wèn)題可表示成如下初始問(wèn)題框架:

223框架推理的基本過(guò)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(yǔ)種:英語(yǔ)

用此問(wèn)題框架與知識(shí)庫(kù)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(guò)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(méi)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(guò)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(guó)>

政體:資產(chǎn)階級(jí)專政

面積:960萬(wàn)平方公里

人口:4.5億

領(lǐng)導(dǎo)黨派:國(guó)民黨

框架名:<新中國(guó)>

政體:人民民主專政

面積:960萬(wàn)平方公里

人口:4.5億(1949年)

領(lǐng)導(dǎo)黨派:共產(chǎn)黨

264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(wèn)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 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(guò)規(guī)定對(duì)其值規(guī)定一個(gè)變化范圍來(lái)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 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(lái)使用.315框架推理步驟

在用框架表示知識(shí)的系統(tǒng)中,通過(guò)框架中的AKO槽和Instance槽把框架連接起來(lái),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(guò)程.

此過(guò)程有可能找到合適的框架,得到問(wèn)題的解而成功結(jié)束,也有可能因?yàn)檎也坏胶线m的框架而被迫終止.

325框架推理步驟5.1主要推理步驟 1)把問(wèn)題要求解的問(wèn)題形成一個(gè)初始問(wèn)題框架,并將已知知識(shí)填入相應(yīng)的槽去. 2)從根框架進(jìn)行搜索推理.把問(wèn)題框架與當(dāng)前框架進(jìn)行匹配,若滿足匹配條件轉(zhuǎn)3)進(jìn)行填槽,否則轉(zhuǎn)4)搜索下一個(gè)框架. 3)把當(dāng)前框架中相應(yīng)的槽值填入問(wèn)題框架對(duì)應(yīng)的槽中,判斷當(dāng)前問(wèn)題框架中是否包含了問(wèn)題的解,若已包含轉(zhuǎn)6;否則轉(zhuǎn)4)。335框架推理步驟 4)按當(dāng)前框架的Instance槽的槽值找一個(gè)尚未進(jìn)行過(guò)匹配操作的子框架,有這樣的子框架則把此框架作為當(dāng)前框架轉(zhuǎn)步驟2)否則轉(zhuǎn)5)進(jìn)行回溯

5)由當(dāng)前框架的AKO槽的槽值找到它的父框架.若該父框架不是根框架,則把該父框架作為當(dāng)前框架,轉(zhuǎn)2);若當(dāng)前框架是根框架,