人工智能 24框架表示法

2.4框架表示法第2章知识表示2.1概述2.2谓词逻辑表示法2.3产生式表示法2.4框架表示法框架表示法是以框架实际为根底开展起来的一种构造化的知识表示，它适用于表达多种类型的知识。1975年美国麻省理工学院明斯基(Minsky)在论文“Aframeworkforrepresentingknowledge〞中提出了框架实际，引起了人工智能学者的注重。他是针对人们在了解情景、故事时提出的心思学模型，论述的是思想方法不是详细实现。框架实际的根本观念是“人脑已存储有大量的典型情景，当人面临新的情景时，就从记忆中选择〔粗匹配〕一个称作框架的根本知识构造，这个框架是以前记忆的一个知识空框，而其详细内容依新的情景而改动，对这空框的细节加工修正和补充，构成对新情景的认识又记忆于人脑中，以丰富人的知识。〞12/15/2023人工智能丁世飞【察看事物时的思想】人头脑中构成的对于事物的笼统模型〔框架〕；用“自顶向下〞的方法先匹配一个现有的笼统模型〔框架〕;再确定笼统模型〔框架〕中的细节。框架表示法明斯基，1975，强调事物内部的构造化描画；较好地反映人察看事物的思想方式；运用于机器人识别领域。2.4框架表示法框架是表示某一类情景的构造化的一种数据构造。框架由描画事物的各个方面的槽组成，每个槽可有假设干个侧面。一个槽用于描画所讨论对象的某一方面的属性，一个侧面用于描画相应属性的一个方面。槽和侧面所具有的值分别称为槽值和侧面值。槽值可以是逻辑的、数字的，可以是程序、条件、默许值或是一个子框架。槽值含有如何运用框架信息、下一步能够发生的信息、估计未实现该如何做的信息等。在一个用框架表示的知识系统中，普通都含有多个框架，为了区分不同的框架以及一个框架内不同的槽，不同的侧面，需求分别赋予不同的名字，分别称为框架名、槽名及侧面名。因此，一个框架通常由框架名、槽名、侧面和值这四部分组成，其普通构造如下：2.4.1框架构造2.4框架表示法＜框架名＞槽名1:侧面名11值11侧面名12值12::侧面名1m值1m槽名2:侧面名21值21侧面名22值22::侧面名2m值2m::框架的普通构造2.4框架表示法::槽名n:侧面名n1值n1侧面名n2值n2::侧面名nm值nm约束:约束条件1约束条件2:约束条件n框架的普通构造框架的普通表示构造框架由描画事物各个方面属性的槽〔slot〕组成 <框架>:=(Frame<框架名>{<槽>}+)槽有多侧面〔aspect〕 <槽>:=(<槽名>{<侧面>}+) <侧面>:=<侧面名>：<侧面值>与语义网络节点的表示构造相比较：表示构造接近，但框架更丰富〔引入侧面〕语义网络节点：<槽>:={<槽名>:<槽内容>}框架更强调表示事物的内部构造；语义网络节点更强调表示事物间的关系；2.4框架表示法例如，要用框架来描画“优质商品〞这一概念。首先分析商品所具有的属性，一个商品能够具有的属性有：商品称号、消费厂商、消费日期、获奖情况等等，这里只思索这几个属性。这几个属性可以定义为“优质商品〞框架的槽，而“获奖情况〞这个属性还可以从获奖等级、颁奖部门和获奖时间这3个侧面来加以描画。假设给各个槽和侧面赋予详细的值，就得到了“优质商品〞这一概念的一个实例框架。框架名：<优质商品>商品称号：红桃K消费厂商：红桃K集团消费日期：1998年6月17日获奖情况：获奖等级：省级颁奖单位：湖北省卫生厅获奖时间：2000年5月2.4框架表示法通常在框架系统中定义一些公用、常用且规范的槽名，并把这些槽称号为系统预定义槽名。人们在运用这些槽名时，不用阐明就知道它表示何种联络。下面给出几个比较常用的、用来表示对象间关系的槽名：〔1〕ISA槽ISA槽用于指出对象间笼统概念上的类属关系。其直观意义是“是一个〞，“是一种〞，“是一只〞……。在普通情况下，用ISA槽指出的联络都具有承继性。所谓框架的承继性就是指当下层框架中的某些槽值或侧面值没有被直接给定时，可以从其上层框架中承继这些值或属性。例如，椅子普通有4条腿，假设一把详细的椅子没有指出它有几条腿时，那么可以经过普通椅子的特性，得出它有4条腿。在此例中，棋手框架中的ISA槽指出该框架所描画的事物是运发动框架所描画事物的属性及值。2.4框架表示法〔2〕AKO槽AKO槽用于详细地指出对象间的类属关系。其直观意义是“是一种〞。当用它作为某下层框架的槽时，就明确地指出了该下层框架所描画的事物是其上层框架所描画事物中的一种，下层框架可承继上层框架中值或属性。〔3〕Instance槽Instance槽用来表示AKO槽的逆关系。当用它作为某上层框架的槽时，可在该槽中指出它所联络的下层框架。用Instance槽指出的联络都具有承继性，即下层框架可承继上层框架中所描画的属性或值。Instance槽用来建立AKO槽的逆关系。当用它作为某上层框架的槽值时，可用来指出它的下层框架是哪些。

框架名：<运发动>Instance:<棋手>，<足球运发动>，<排球运发动>姓名：单位〔姓，名〕年龄：单位〔岁〕性别：范围〔男，女〕缺省：男2.4框架表示法〔4〕Part-of槽Part-of槽用于指出部分和全体的关系。当用其作为某框架的一个槽时，槽中所填的值称为该框架的上层框架名，该框架所描画的对象只是其上层框架所描画对象的一部分。例如，“两条腿〞是“人体〞的一部分。可以将“两条退〞和“人体〞分别定义成框架，“两条退〞为下层框架，“人体〞为其上层框架。在“两条退〞的框架中设置一个Part-of槽，槽值填入<人体>这个框架名。显然，用Part-of槽指出的联络所描画的下层框架和上层框架之间不具有承继性。框架的普通表示构造<框架>:=(Frame<框架名>{(<槽名>{<侧面名>：<侧面值>}+)}+)例３、关于球的框架系统(FrameThing (VolumeUnit:cm3If-added:Classify))(FrameSphere (AkoValue:Thing) (RadiusUnit:cmIf-added:Evaluate-Volumn) (SurfaceUnit:cm2If-Needed:Evaluate-Surface) (ColorValue:White))(FrameSphere1 (FrameSphere2 (IsaValue:Sphere) (IsaValue:Sphere) (RadiusValue:10) (RadiusValue:10) (ColorValue:Red) (SurfaceValue:125600) (VolumeValue:4190) (VolumeValue:4190000)) )概念的框架槽〔属性〕有多个侧面，复杂！个体事物的框架槽〔属性〕只需１个侧面，简单！概念的框架框架系统相互关联的多个框架结合起来构成框架系统；框架的某些槽的侧面值可以是其它框架；建立起节点是框架的网络； (FrameThing (VolumeUnit:cm3If-added:Classify) ) (FrameSphere (AkoValue:Thing) …… ) (FrameSphere1 (IsaValue:Sphere)) …… )槽的侧面值是框架Thing槽的侧面值是框架Sphere简单的框架系统<Thing>VolumeUnit:cm3If-added:Classify<Sphere>RadiusUnit:cmIf-added:Evaluate-VolumnSurfaceUnit:cm2If-Needed:Evaluate-SurfaceColorValue:WhiteAko<Sphere1>RadiusValue:10ColorValue:RedVolumeValue:4190<Sphere2>RadiusValue:10VolumeValue:4190000IsaIsa建立起节点是框架的网络框架系统相互关联的多个框架结合起来构成框架系统；框架的某些槽的侧面值可以是其它框架；建立起节点是框架的网络；分类：①事物组成描画复杂事物的组成〔分解事物〕；如，房间可层次地分解为墙、天花板、地板、家具、供电等组成；②层次分类 (Frame房间 (墙数Value:4) (窗数Value:2) (门数Value:1) (墙框架:墙) (天花板框架:天花板) (地板框架:地板) (家具框架:家具) ) (Frame墙 (墙面颜色Value:White) (墙面资料Value:油漆) (挂物框架:物) (窗框架:窗) (门框架:门) ) (Frame天花板……) (Frame地板……) (Frame家具……)房间墙地板家具天花板物窗门框架系统相互关联的多个框架结合起来构成框架系统；框架的某些槽的侧面值可以是其它框架，建立起节点是框架的网络；分类：①事物组成描画复杂事物的组成〔分解事物〕；如，房间可层次地分解为墙、天花板、地板、家具、供电等组成；②层次分类描画事物的层次分类体系〔超类-子类、类-个体〕；如，不能够把各种房间的一切能够属性都写进房屋框架；把房间分成子类，每类房间都有本人的框架。 (Frame房间 (墙数Value:4) (窗数Value:2) (门数Value:1) (墙框架:墙) (天花板框架:天花板) (地板框架:地板) (家具框架:家具) …… ) (Frame厨房 (AkoValue:房间) (转入条件:煤气罐数>0) (煤气罐数Value:1) (煤气灶框架:煤气灶) (煤气罐框架:煤气罐) ) (Frame公用厨房 (AkoValue:厨房) (转入条件:煤气罐数>1) (煤气罐数Value:2) )厨房公用厨房房间墙地板家具天花板物窗门煤气罐数>0煤气罐数>1访问属性“墙〞AkoAko2.4框架表示法例2.4.1下面一是一个描画“教师〞的框架。框架名：<教师>类属：<知识分子>任务：范围：〔教学，科研〕缺省：教学性别：〔男，女〕学历：〔中专，大学〕类别：〔<小学教师>，<中学教师>，<大学教师>〕在这个框架中，框架名为“教师〞，它含有5个槽，槽名分别是“类属〞、“任务〞、“性别〞、“学历〞和“类别〞。这些槽名后面就是其槽值，而槽值“<知识分子>〞又是一个框架名。“范围〞、“缺省〞是槽“任务〞的两个不同的侧面，其后是侧面值。2.4.2框架表示知识举例2.4框架表示法例2.4.2下面是描画“大学教师〞的框架。框架名：<大学教师>类属：<教师>学位：范围：〔学士，硕士，博士〕缺省：硕士专业：<学科专业>职称：范围：〔助教，讲师，副教授，教授〕缺省：讲师程度：范围：〔优，良，中，差〕缺省：良从上述两例可以看出，这两个框架之间存在一种层次关系，称前者为上层框架〔或父框架〕，后者为下层框架〔或子框架〕。2.4框架表示法例2.4.3下面是描画一个详细教师的框架。框架名：<教师-1>类属：<大学教师>姓名：张宇性别：男年龄：32职业：<教师>职称：副教授部门：计算机系研讨方向：计算机软件与实际任务：参与时间：2000年7月工龄：当前年份-2000工资：<工资单>比较上面几个例子，可以发现“教师-1〞是“大学教师〞的下层框架，而“大学教师〞又是“教师〞的下层框架，“教师〞又是“知识分子〞的下层框架。框架之间的这种层次关系是相对而言的，下层框架可以从上层框架承继某些属性或值。这样，一些一样的信息可以不用反复存储，节省了存储空间，这种层次构造对减少冗余信息有重要意义。2.4框架表示法例2.4.4下面有关地震的新闻报道，请用框架构造表示这段报道。“今天，一次强度为里氏8.5级的剧烈地震袭击了下斯洛文尼亚〔LowSlabovia〕地域，呵斥25人死亡和5亿美圆的财富损失。下斯洛文尼亚地域主席说：多年来，接近萨迪壕金斯断层的重灾区不断是一个危险地域。这是本地域发生的第3号地震。〞解：首先分析关于地震报道中所涉及的一些有关地震的关键属性，这些属性是地震发生的地点、时间、伤亡人数、财富损失数量、地震强度的震级和断层情况。这些属性可以作为该框架的各个槽。接下来，将本报道中的有关数据填入相应的槽后就得到了给第3号地震的框架。框架名：<第3号地震>地点：LowSlabovia时间：今天伤亡人数：25财富损失：5亿美圆震级：8.5级断层：萨迪壕金斯2.4框架表示法第3号地震LowSlabovia今天255亿美圆8.5级萨迪壕金斯时间地点伤亡人数财富损失震级断层图2.2斯洛文尼亚第3号地震框架图该框架也可以用图2.2表示。2.4框架表示法在框架表示的知识库中，主要有两种活动：一是填槽，即框架中未知内容的槽需求填写；而是“匹配〞，根据知事件寻觅适宜的框架，并将该内容填入槽中。上述两种操作均将引起推理，其主要推理方式有：1、默许推理在框架网络中，各框架之间经过ISA链〔槽〕构成半序的承继关系。在填槽过程中，假设没有特别的阐明，子框架的槽值将承继父框架相应的曹值，称为默许推理。2.4.3推理方法2.4框架表示法2、匹配由框架所构成的知识库，当利用它进展推