知识表示和推理之框架表示法课件.ppt

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2中南大学 智能系统与智能软件研究所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3中南大学 智能系统与智能软件研究所例如例如:v一个人在走进教室前，对教室里的基本一个人在走进教室前，对教室里的基本结构，如门、窗、黑板、讲台以及课桌结构，如门、窗、黑板、讲台以及课桌和凳等有一定的预见性，那是因为他在和凳等有一定的预见性，那是因为他在以前的时间活动中，已建立起了有关以前的时间活动中，已建立起了有关“教室教室”这一概念的基本框架，通过对该这一概念的基本框架，通过对该框架的查找，就很容易得到有关教室的框架的查找，就很容易得到有关教室的特征。

特征4中南大学 智能系统与智能软件研究所框架系统框架系统v以框架作为单位，将一组有关的框架连以框架作为单位，将一组有关的框架连接起来，便形成了框架系统接起来，便形成了框架系统v在框架系统中，不同的框架可以有共同在框架系统中，不同的框架可以有共同的节点，系统的行为由系统内框架的变的节点，系统的行为由系统内框架的变化来表现推理过程则由框架之间的协化来表现推理过程则由框架之间的协调来完成调来完成5中南大学 智能系统与智能软件研究所 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架来说明它框架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26中南大学 智能系统与智能软件研究所 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有直接记录时，可以从父节点继承这些值没有直接记录时，可以从父节点继承这些值7中南大学 智能系统与智能软件研究所默认值的作用：默认值的作用：这样一个故事这样一个故事: :BobBob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8中南大学 智能系统与智能软件研究所§3.3.1 典型知典型知识与与框架框架v框架的定义：框架的定义： — 框架是一种描述所论对象属性框架是一种描述所论对象属性的数据结构。

的数据结构 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、一个事件或者一个概念或者一个概念9中南大学 智能系统与智能软件研究所框架的框架的结构构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10中南大学 智能系统与智能软件研究所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1111〉〈〉〈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〉〉… … 11中南大学 智能系统与智能软件研究所 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是描述的是描述JohnJohn的框架12中南大学 智能系统与智能软件研究所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13中南大学 智能系统与智能软件研究所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槽值槽值侧面值侧面值14中南大学 智能系统与智能软件研究所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 15中南大学 智能系统与智能软件研究所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16中南大学 智能系统与智能软件研究所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8.58.5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17中南大学 智能系统与智能软件研究所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、、地震强度的震级地震强度的震级、、断层情况断层情况新闻框架表达步骤新闻框架表达步骤18中南大学 智能系统与智能软件研究所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19中南大学 智能系统与智能软件研究所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 20中南大学 智能系统与智能软件研究所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））21中南大学 智能系统与智能软件研究所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））ABC22中南大学 智能系统与智能软件研究所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））23中南大学 智能系统与智能软件研究所§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24中南大学 智能系统与智能软件研究所 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25中南大学 智能系统与智能软件研究所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26中南大学 智能系统与智能软件研究所v框框架架知知识识除除了了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灾灾知知识识库库中中，，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：27中南大学 智能系统与智能软件研究所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28中南大学 智能系统与智能软件研究所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29中南大学 智能系统与智能软件研究所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30中南大学 智能系统与智能软件研究所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，，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31中南大学 智能系统与智能软件研究所§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）32中南大学 智能系统与智能软件研究所§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33中南大学 智能系统与智能软件研究所。