知识表示和推理之框架表示法课件

第三章知识表示和推理——框架表示及推理中南大学智能系统与智能软件研究所框架知识表示法的提出1975年明斯基在论文“Aframeworkforrepresentingknowledge”中提出了框架理论。它所针对的是人们在理解事物情景或某一个故事时的心理学模型，论述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产生式系统表示的知识是庞大、凌乱，且不易整理的。框架法表示的知识一般是系统的，有层次的，经过整理的，并跟随事情的发展而变化的。3中南大学智能系统与智能软件研究所例如: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“教室”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特征。4中南大学智能系统与智能软件研究所框架系统以框架作为单位，将一组有关的框架连接起来，便形成了框架系统。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化来表现。推理过程则由框架之间的协调来完成。5中南大学智能系统与智能软件研究所对于某些问题，有时要同时使用多个框架，组成一个框架系统来表示。例如，一个立方体有三个面可见，则它需要四个子框架来说明它。立方体1BEA子框架ABE大框架EAD立方体26中南大学智能系统与智能软件研究所从上图可看出，一个框架结构可以是另一个框架的槽值，并且同一个框架结构可以作为几个不同的框架的槽值。这样，可以节省存储空间，这就是框架的重要特性——继承性。即当子节点的某些槽值或侧面值没有直接记录时，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：这样一个故事:Bob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，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，根据“成年人”的默认值的继承作用，我们就很容易得出Bob是一个小孩，它够不着到十二层楼的按钮，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典型知识与框架框架的定义：

—框架是一种描述所论对象属性的数据结构。所论的对象可以是一个事物、一个事件或者一个概念。9中南大学智能系统与智能软件研究所框架的结构一个框架由若干个“槽”组成，用于描述所论及对象的若干个方面的属性；每个“槽”又可划分为若干个“侧面”，用于描述相应属性的若干个方面。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：框架名

〈槽1〉〈侧面11〉〈值111〉…〈侧面12〉〈值121〉……〈槽2〉〈侧面21〉〈值211〉………〈槽n〉〈侧面n1〉〈值n11〉……〈侧面nm〉〈值nm1〉…11中南大学智能系统与智能软件研究所例如，一个人可以用其职业、身高和体重等项描述，因而可以用这些项目组成框架的槽。当描述一个具体的人时，再用这些项目的具体值填入到相应的槽中。后表给出的是描述John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框架名槽1槽2槽3槽4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：计算机主机主机品牌联想1+1生产厂商北京联想集团公司CPU品牌：Intel型号：奔腾IV/825主板品牌：型号：内存品牌：型号：容量：硬盘品牌：型号：容量：框架名槽1槽2槽3槽4槽5槽6槽值侧面值14中南大学智能系统与智能软件研究所举例：会议37的框架会议37时间

2000年9月11日地点

AI专题研讨会会议室目的人工智能系统开发出席者佐藤，山田，安部15中南大学智能系统与智能软件研究所举例：教师的框架教师姓名年龄性别男/女职称教授/副教授/讲师/助教部门院/研究所住址住址框架工资工资框架参加工作时间年/月16中南大学智能系统与智能软件研究所关于自然灾害的新闻报道中所涉及的事实经常是可以预见的，这些可预见的事实就可以作为代表所报道的新闻中的属性。例如，以下是一则关于地震的报道，请用框架表达这段报道。今天，一次强度为里氏8.5级的强烈地震袭击了下斯洛文尼亚(LowSlabovia)地区，造成25人死亡和5亿美元的财产损失。下斯洛文尼亚地区主席说：多年来，靠近萨迪豪金斯断层的重灾区一直是一个危险地区。这是本地区发生的第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——框架的槽。

本报道中关于地震的关键属性是地震发生的地点、时间、伤亡人数、财产损失数量、地震强度的震级、断层情况。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。地震3地点

LowSlabovia时间今天伤亡人数

25财产损失

5亿美元震级8.5断层萨迪豪金斯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AB三角锥三角形面1

A三角形面2

B三角形面3

C三角形面4

D20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。如，AB情景a）对象三角锥左侧三角形

A右侧三角形

B情景a）21中南大学智能系统与智能软件研究所又如，情景b）对象三角锥左下三角形

A右下三角形

B上侧三角形

C情景b）ABC22中南大学智能系统与智能软件研究所再如，对于情景c），由于它与情景b）的框架匹配失败，说明情景c）看到的不是一个三角锥，需寻找另外的框架与之匹配。ABDC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框架表示的知识特点——具有分类、阶层构造的特性。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，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37是所有AI会议中的一次，因此它可以继承AI会议这个大框架的多种属性，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会议种类一般会议时间每周星期五地点

AI专题研讨会会议室目的人工智能系统开发出席者佐藤，山田，铃木会议37种类

AI会议出席者佐藤，山田，安部表示会议37与AI会议的上下层关系26中南大学智能系统与智能软件研究所框架知识除了可以进行继承推理外，还有匹配推理方式。例如，假设有关教师的框架网络已建立灾知识库中，且其中包含了许多教师的实例框架，其中两个如示：27中南大学智能系统与智能软件研究所教师-1姓名范怡伟年龄35性别男职称讲师部门计算机学院/软件所住址住址框架-1工资工资框架-1参加工作时间1996年/10月28中南大学智能系统与智能软件研究所教师-2姓名李连鹰年龄58性别男职称教授部门计算机学院/软件所住址住址框架-1工资工资框架-1参加工作时间1966年/10月29中南大学智能系统与智能软件研究所当要解决的问题是从知识库中找出一个满足如下条件的教师：男性，年龄在35岁以下，职称为讲师把这些条件用框架表示出来，就可得到如下的初始问题框架。教师-x姓名年龄35性别男职称讲师30中南大学智能系统与智能软件研究所用此问题框架与知识库中的框架匹配，显然“教师-1”框架可以匹配。“教师-x”中的“姓名”槽为未知，通过匹配，符合条件的教师有可能就是范怡伟。也还可能是其他的框架，需要进一步收集信息。31中南大学智能系统与智能软件研究所§3.3.3程序知识及其启动在用框架进行知识表示的过程中，如果需要进行推理和求解问题时，会