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1、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v1975年明斯基在论文“A framework for representing knowledge”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v产生式系统表示的知识是庞大、凌乱， 且不易整理的。v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:v一个人在走进教室前，对教室里的基本 结构，如门、窗、
2、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v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。v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
3、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
4、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 典型知识识与框架v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结构v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。v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v一个框架可以由
5、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JOHN IsaPERSON ProfessionProgrammer Height1.8m Weight79Kg 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
6、计算机主机的框架表示：计计算机主机 主机品牌联联想1+1 生产产厂商北京联联想集团团公司 CPU品牌：Intel型号：奔腾腾IV/825 主板品牌：型号： 内存品牌：型号：容量： 硬盘盘品牌：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的框架会议议37 时间时间2000年9月11日 地点AI专题专题 研讨讨会会议议室 目的人工智能系统统开发发 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：教师的框架教师师姓名 年龄龄 性别别男/女 职职称教授/副教授 /讲师讲师 /助教 部门门院/研究所 住址住址框架 工资资工资
7、资框架 参加工作时间时间年/ 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(Low Slabovia)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1. 第一步：确定属性框架的槽。 2. 本报道中关于地震的关键属性是地震发
8、 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Low Slabovia 时间时间今天 伤伤亡人数25 财产损财产损 失5亿亿美元 震级级8.5 断层层萨萨迪豪金斯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三角锥锥 三角形面1A 三角形面2B 三角形面3C 三角形面4D 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 。如，AB情景a） 对对象三角锥锥 左侧侧三角形A 右侧侧三角形B情景a）21中南大学 智能系统与智能软件研究
9、所又如， 情景b） 对对象三角锥锥 左下三角形A 右下三角形B 上侧侧三角形C情景b）ABC22中南大学 智能系统与智能软件研究所再如，v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v框架表示的知识特点具有分类、阶 层构造的特性。v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 A
10、I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会议议 种类类一般会议议 时间时间每周星期五 地点AI专题专题 研讨讨会会议议 室 目的人工智能系统统开发发 出席者佐藤，山田，铃铃木 会议议37 种类类AI会议议 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v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师-1姓名范怡伟伟 年龄龄35 性别别男 职职称讲
11、师讲师 部门门计计算机学院/软软件所 住址住址框架-1 工资资工资资框架-1 参加工作时间时间1996年/ 10 月28中南大学 智能系统与智能软件研究所教师师-2姓名李连鹰连鹰 年龄龄58 性别别男 职职称教授 部门门计计算机学院/软软件所 住址住址框架-1 工资资工资资框架-1 参加工作时间时间1966年/ 10 月29中南大学 智能系统与智能软件研究所v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。教师师-x姓名 年龄龄35 性别别男 职职称讲师讲师30中南大学 智能系统与智能软件研究所
12、v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v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，会把程序附加在 槽内。 一般会议议 种类类社会活动动 时间时间IF-ADDED(填写日历历的程序) 出席者IF-NEEDED(询问询问 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v框架表示法的特点：v结构性善于表达结构性的知识，能够把知识 的内部结构及联系表示出来。v继承性下层框架可以继承上层框架的值，即 减少了知识的冗余，又保证了知识的一致性 。v自然性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
