人工智能-第2章知識(shí)表示方法

1、框架表示法知識(shí)的框架表示法1975年由M.Minsky提出，最早用作視覺感知、自然語(yǔ)言對(duì)話等問(wèn)題的知識(shí)表示；目前已作為一種通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)表示知識(shí)對(duì)象(實(shí)體)?？蚣芾碚撜J(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)在記憶中的，當(dāng)面臨一種新事物時(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)。【例】對(duì)教室的知識(shí)：在記憶中建立關(guān)于教室的框架，指出相應(yīng)事物的名稱（教室），以及事物各有關(guān)方面的屬性（如有四面墻、有課桌、有黑板，）。通過(guò)對(duì)該框架的查找，很容易得到教室的各有關(guān)特征。當(dāng)實(shí)際接觸了教室后，經(jīng)觀察得到了教室的大小、門窗的個(gè)數(shù)、桌凳的

2、數(shù)量、顏色等細(xì)節(jié)，把它們填入到教室框架中，就得到了教室框架的一個(gè)具體事例，稱為事例框架。1框架表示示法框架是是一種結(jié)結(jié)構(gòu)化表表示法。通常框框架采用用節(jié)點(diǎn)-槽-值值表示?？蚣苡糜谟诿枋龈窀袷焦潭ǘǖ氖挛镂铩⑿袆?dòng)動(dòng)和事件件。框架的的構(gòu)成一個(gè)框架架由若干干個(gè)槽（Slot）組組成，槽槽用于描描述屬性性；一個(gè)槽又又可由若若干個(gè)側(cè)側(cè)面組成成。側(cè)面面用于描描述相應(yīng)應(yīng)屬性的的一個(gè)方面；一個(gè)側(cè)側(cè)面可有有一個(gè)或或多個(gè)側(cè)側(cè)面值。槽和側(cè)面面所具有有的屬性性值分別別稱為槽槽值和側(cè)側(cè)面值。對(duì)框架、槽或側(cè)側(cè)面，都都可以附附加上一一些說(shuō)明明性信息息(約束束條件)，用用于指出出什么樣樣的值才才能填入入到槽或或側(cè)面中中。槽值或側(cè)

3、側(cè)面值的的取值：數(shù)值、字字符串、布爾值值；在滿足某某個(gè)給定定條件時(shí)時(shí)要執(zhí)行行的動(dòng)作作或過(guò)程程；另一個(gè)框框架的名名字?？蚣軐?shí)質(zhì)質(zhì)上是一一個(gè)層次次的嵌套套鏈接表表。2框架表示示法一個(gè)框架架的一般般結(jié)構(gòu)如如下：框架名：槽名1：槽值1側(cè)面名11：側(cè)側(cè)面值111側(cè)面值值11p側(cè)面名12：側(cè)側(cè)面值121側(cè)面值值12p槽名2：槽值2側(cè)面名21：側(cè)側(cè)面值211側(cè)面值值21p槽名n：槽值n側(cè)面名n1：側(cè)側(cè)面值n11側(cè)面值值n1p側(cè)面名nm：側(cè)側(cè)面值nm1側(cè)面值值nmp3框架表示示法-例【例】一一個(gè)人可可以用其其職業(yè)、身高和和體重等等項(xiàng)描述述，用這這些項(xiàng)目組成成框架的的槽。當(dāng)描述一一個(gè)具體體的人時(shí)時(shí)，再用用這些項(xiàng)

4、項(xiàng)目的具具體值填填入到相相應(yīng)的槽中。下面是描描述John的的框架?？蚣苊簄ame:JOHNisa:PERSONprofession:PROGRAMMERheight:1.8mweight:79kg4框架表示示法-例【例】框框架名名：商品名稱稱：生產(chǎn)廠家家：出售商店店:處罰罰：處處理方式式：處罰依據(jù)據(jù)：處罰時(shí)間間：?jiǎn)挝晃唬?、月、日日）?jīng)辦部門門：在這個(gè)框框架中，有4個(gè)個(gè)槽，其其中，“處罰”槽有4個(gè)側(cè)面面，側(cè)面面“處罰時(shí)時(shí)間”用用“單位位”指出出了一個(gè)個(gè)填值時(shí)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)限制。5框架網(wǎng)絡(luò)絡(luò)框架間間的橫向向聯(lián)系：由于框架架中的槽槽值或側(cè)側(cè)面值都都可以是是另一個(gè)個(gè)框架的的名字，這就在框架架之間建建立

5、起起了聯(lián)系系，通過(guò)過(guò)一個(gè)框框架可以以找到另另一個(gè)框架，這這稱為橫橫向聯(lián)系系?？蚣荛g間的縱向向聯(lián)系：當(dāng)某些事事物有一一些共同同的屬性性時(shí)，在在對(duì)它們們進(jìn)行描描述時(shí)，可以將它們們具有的的共同屬屬性抽取取出來(lái)，構(gòu)成一一個(gè)上層層框架，然后再對(duì)各各自獨(dú)有有的屬性性分別構(gòu)構(gòu)成下層層框架。為了指明明框架間間的這種種上下關(guān)關(guān)系，可可在下層層框架中中設(shè)立一一個(gè)專用的槽槽，用以以指出他他的上層層框架是是哪一個(gè)個(gè)。這樣樣就在框框架間建立了了縱向聯(lián)聯(lián)系。具有橫橫向聯(lián)系系及縱向向聯(lián)系的的一組框框架稱為為框架網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。6框架間的的繼承框架的的繼承性性，就是是當(dāng)子節(jié)節(jié)點(diǎn)的某某些槽值值或側(cè)面面值沒有有被直接記錄錄時(shí)，可可以從其

6、其父節(jié)點(diǎn)點(diǎn)繼承這這些值。繼承性是是框架表表示法的的一個(gè)重重要特性性，它不不僅可以以在兩個(gè)個(gè)框架之間實(shí)實(shí)現(xiàn)繼承承關(guān)系，而且還還可以通通過(guò)兩兩兩的繼承承關(guān)系，從最低層追追搠到最最高層，使高層層的信息息逐層向向低層傳傳遞。例如，椅椅子一般般都有4條腿，如果一一把具體體的椅子子沒有說(shuō)說(shuō)明它有幾條腿腿，則可可以通過(guò)過(guò)一般椅椅子的特特性，得得出它也也有4條條腿。如果一個(gè)個(gè)在上層層框架中中描述的的屬性在在下層框框架需作作進(jìn)一步步說(shuō)明時(shí)，則則需要在在下層框框架中再再次給出出描述。如果在下下層框架架中對(duì)某某些槽沒沒有作特特別的聲聲明，那那么它將將自動(dòng)繼承上上層框架架相應(yīng)槽槽的槽值值。7框架網(wǎng)絡(luò)絡(luò)-例下圖是一一個(gè)

7、關(guān)于于師生員員工的框框架網(wǎng)絡(luò)絡(luò)。師生員工工框架：用于描描述師生生員工的的共同屬屬性，例例如姓名名，性別，年年齡等；教職工框框架：用用于描述述教師、干部、工人的的共同屬屬性，凡凡是在師生員員工框架架中已指指出的屬屬性在這這里可不不再重復(fù)復(fù)描述；（以此類類推）師生員工框架教師1教師n學(xué)生n學(xué)生1教職工框架 學(xué)生框架 教師框架 電子系學(xué)生框架 工人框架 機(jī)械系學(xué)生框架 8師生員工工框架為為：框框架名名：姓名：?jiǎn)螁挝唬ㄐ?，名名）年齡：?jiǎn)螁挝唬q）性別：范范圍（男，女女）缺省：男男健康狀況況：范范圍（健健康,一一般,差差）缺?。阂灰话阕≈罚航搪毠た蚩蚣転椋嚎蚩蚣苊豪^承：工作類別別：范圍圍(教師師,干部

8、部,工人人)缺?。航探處熼_始工作作時(shí)間：?jiǎn)挝?年，月月)截止工作作時(shí)間：?jiǎn)挝?年，月月)缺?。含F(xiàn)現(xiàn)在離退休狀狀況：范范圍(離離休，退退休)框架網(wǎng)絡(luò)絡(luò)-例9框架網(wǎng)絡(luò)絡(luò)-例教師框架架為：框架名：繼承：部門：?jiǎn)螁挝?系系，教研研室)語(yǔ)種：范范圍(英英語(yǔ),法法語(yǔ),日日語(yǔ),德語(yǔ),俄俄語(yǔ))缺?。河⒂⒄Z(yǔ)外語(yǔ)水平平：范圍圍(優(yōu)，良，中，差)缺省：良良職稱：范范圍(教教授,副副教授,講師,助教)缺?。褐v講師研究方向向：某個(gè)教師師的事例例框架為為：框架名：繼承：姓名：孫孫林年齡：28健康狀況況：健康康部門：計(jì)計(jì)算機(jī)系系軟件教教研室語(yǔ)種：德德語(yǔ)開始工作作時(shí)間：1985.910框架中槽槽的設(shè)置置與組織織充分表達(dá)達(dá)事物

9、各各有關(guān)方方面的屬屬性合理地地設(shè)置槽槽要與系統(tǒng)統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)目標(biāo)相相一致，所要求求的及可可能用到到的都要要表示出來(lái)來(lái)；僅僅需要要對(duì)有關(guān)關(guān)的屬性性設(shè)立槽槽，不可可面面俱俱到，以以免浪費(fèi)費(fèi)空間和降降低系統(tǒng)統(tǒng)的運(yùn)行行效率。充分表達(dá)達(dá)相關(guān)事事物間的的各種關(guān)關(guān)系由槽中中的框架架名建立立聯(lián)系事物間的的聯(lián)系是是通過(guò)在在槽中填填入相應(yīng)應(yīng)的框架架名來(lái)建建立的，它們之間間究竟是是一種什什么樣的的關(guān)系，則是由由槽名來(lái)來(lái)指明的。對(duì)槽及側(cè)側(cè)面進(jìn)行行合理的的組織利用用其上下下層間的的繼承性性。盡量將不不同框架架中的相相同屬性性抽取出出來(lái)，放放入其上上層框架，而在在下層框框架中只只描述相相應(yīng)事物物獨(dú)有的的屬性。從而減少少信息的

10、的重復(fù)性性，并且且有利于于知識(shí)的的一致性性。有利于進(jìn)進(jìn)行框架架推理?？蚣芡评砝硎且粋€(gè)個(gè)反復(fù)進(jìn)進(jìn)行框架架匹配的的過(guò)程，為了是是推理得得11標(biāo)準(zhǔn)槽名名在框架表表示系統(tǒng)統(tǒng)中通常常定義一一些標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)槽名，應(yīng)用時(shí)時(shí)不用說(shuō)說(shuō)明就可直接接使用。稱這些些槽名為為系統(tǒng)預(yù)預(yù)定義槽槽名。1)ISA槽：用于指指出事物物間抽象象概念上上的類屬屬關(guān)系。其直觀觀含義是“是是一個(gè)”，“是是一種”，“是是一只” ?！纠吭O(shè)設(shè)有下面面兩個(gè)框框架：框架名：姓名：?jiǎn)螁挝唬ㄐ招?，名）年齡：?jiǎn)螁挝唬q歲）性別：范范圍（男男，女）缺?。耗心锌蚣苊篒SA: 腦力：特特好12標(biāo)準(zhǔn)槽名名2)AKO槽槽：用于于具體的的指出事事物間的的類屬關(guān)關(guān)系。

11、其其直觀含含義是“是一一種”，下層框框架可以以繼承其其上層框框架所描描述的屬屬性及值值。對(duì)上面的的例子，可將棋棋手框架架中的ISA改改為AKO。3)Subclass槽：用用于指出出子類與與類之間間的類屬屬關(guān)系。上例中，由于“棋手”是“運(yùn)運(yùn)動(dòng)員的的一個(gè)子子類，故故可將ISA該該為Subclass。4)Instance槽：用來(lái)建建立AKO槽的的逆關(guān)系系。用它作為為某框架架的槽時(shí)時(shí)，可用用來(lái)指出出它的下下層框架架是哪些些。【例】框框架名：Instance:，姓名：?jiǎn)螁挝唬ㄐ招?，名）年齡：?jiǎn)螁挝唬q歲）性別：范范圍（男男，女）缺?。耗心?3標(biāo)準(zhǔn)槽名名5)Part-of槽：用用于指出出部分與與全體的的關(guān)

12、系?！纠科嚭洼嗇喬?。上上層框架架是對(duì)汽汽車的描描述，下下層框架架是對(duì)輪胎的的描述。顯然，輪胎是是汽車的的一部分分。注意將Part-of槽與上上面四種種槽區(qū)分分開來(lái)：前述4種種槽是上上、下層層框架間間的類屬屬關(guān)系，它們由由共同的的特性，可以以繼承；Part-of槽只指指出下層層是上層層的一個(gè)個(gè)子結(jié)構(gòu)構(gòu)，兩者者一般不不具有共同的特特征，不不能繼承承。14標(biāo)準(zhǔn)槽名名6)Infer槽：指出兩兩個(gè)框架架所描述述的事物物間的邏邏輯推理理關(guān)系，用它可以以表示相相應(yīng)的產(chǎn)產(chǎn)生式規(guī)規(guī)則?！纠吭O(shè)設(shè)有下面面知識(shí)：如果咳咳嗽，發(fā)發(fā)燒且流流涕，則則八成是是患了感冒，需服用用感冒清清，一日日三次，每次2-3粒粒。并

13、要要多喝開開水。對(duì)該該知識(shí)，可用用如下兩兩個(gè)框架架表示：框架名：癥狀1：咳嗽癥狀2：發(fā)燒癥狀3：流涕Infer:可信度：0.8框架名：病名：感感冒治療方法法：服用用感冒清清，一日日三次，每次次2-3粒注意事項(xiàng)項(xiàng) ：多多喝開水水愈后：良良好7)Possible-Reason槽槽：與Infer槽作作用相反反，用來(lái)來(lái)把某個(gè)個(gè)結(jié)論與可能的的原因聯(lián)聯(lián)系起來(lái)來(lái)。15框架求解解問(wèn)題的的過(guò)程在用框架架表示知知識(shí)的系系統(tǒng)中，問(wèn)題的的求解主主要是通通過(guò)匹配配與填槽實(shí)現(xiàn)現(xiàn)的。要要求解某某個(gè)問(wèn)題題時(shí):(1)首首先把問(wèn)問(wèn)題用框框架表示示出來(lái)；(2)然然后與已已有的框框架進(jìn)行行匹配，找出一一個(gè)或幾幾個(gè)可匹匹配的預(yù)預(yù)選框架

14、作作為初步步假設(shè)，并在此此引導(dǎo)下下收集進(jìn)進(jìn)一步的的信息;框架的匹匹配是通通過(guò)對(duì)相相應(yīng)的槽槽的槽名名及槽值值逐個(gè)比比較實(shí)現(xiàn)現(xiàn)的。如果果兩個(gè)框框架的各各對(duì)應(yīng)槽槽沒有矛矛盾，或或者滿足足預(yù)先規(guī)規(guī)定的某些條條件，就就認(rèn)為這這兩個(gè)框框架可以以匹配。(3)最最后用某某種評(píng)價(jià)價(jià)方法對(duì)對(duì)預(yù)選框框架進(jìn)行行評(píng)價(jià)，決定是是否接受受它。16繼承性框架的推推理-例【例】師師生員工工的框架架網(wǎng)絡(luò)已已建立在在知識(shí)庫(kù)庫(kù)中，從從知識(shí)庫(kù)庫(kù)中找出出一個(gè)滿滿足以下下條件的的教師：男性，年齡在在30歲歲以下，身體健健康，職職稱為講講師把這這些條件件用框架架表示出出來(lái)，就就可得到到如下的的初始問(wèn)問(wèn)題框架框架名：姓名：年齡：30性別：男男

15、健康狀況況：健康康職稱：講講師某個(gè)教師師的事例例框架為為：框架名：繼承：姓名：孫孫林年齡：28健康狀況況：健康康部門：計(jì)計(jì)算機(jī)系系軟件教教研室語(yǔ)種：德德語(yǔ)開始工作作時(shí)間：1985.9師生員工教師故：孫林林可能是是要找的的教師(符合條條件的可可能不止止孫林一一個(gè),此框只能能作為預(yù)預(yù)選框,還需進(jìn)一一步收集集更多的的信息,以從中選選出一個(gè)個(gè))。17劇本(script)表示劇本是是框架的的一種特特殊形式式，它用用一組槽槽來(lái)描述述某些事事件的發(fā)生序序列，就就像劇本本中的事事件序列列一樣，故稱為為“劇本本”(腳腳本)表示示法。劇本的的構(gòu)成(1)開開場(chǎng)條條件：給給出在劇劇本中描描述的事事件發(fā)生生的前提提條件

16、。(2)角角色：用來(lái)表表示在劇劇本所描描述的事事件中可可能出現(xiàn)現(xiàn)的有關(guān)關(guān)人物的一些些槽。(3)道道具：表示在在劇本所所描述的的事件中中可能出出現(xiàn)的有有關(guān)物體體的一些槽。(4)場(chǎng)場(chǎng)景：描述事事件發(fā)生生的真實(shí)實(shí)順序，可以由由多個(gè)場(chǎng)場(chǎng)景組成成，每個(gè)場(chǎng)景景又可以以是其它它的劇本本。(5)結(jié)結(jié)果：在劇本本所描述述的事件件發(fā)生以以后通常常所產(chǎn)生生的結(jié)果果。18劇本表示示-例【例】餐餐廳劇本本(1)開開場(chǎng)條條件：(a)顧顧客餓了了，需要要進(jìn)餐。(b)顧客有有足夠的的錢。(2)角角色：顧客，服務(wù)員員，廚師師，老板板。(3)道道具：食品，桌子，菜單，錢。(4)場(chǎng)場(chǎng)景：場(chǎng)景1進(jìn)進(jìn)入餐餐廳(a)顧顧客走走入餐廳廳。

17、(b)尋尋找桌子子。(c)在在桌子子旁坐下下。場(chǎng)景2點(diǎn)點(diǎn)菜(a)服服務(wù)員員給顧客客菜單。(b) 顧客客點(diǎn)菜。(c)顧顧客把把菜單還還給服務(wù)務(wù)員。(d)顧顧客等等待服務(wù)務(wù)員送菜菜。場(chǎng)景3等等待(a)服服務(wù)員員把顧客客所點(diǎn)的的菜告訴訴廚師。(b) 廚師師做菜。19劇本表示示-例場(chǎng)景4吃吃菜(a)廚廚師把把做好的的菜給服服務(wù)員。(b) 服務(wù)務(wù)員給顧顧客送菜菜。(c)顧顧客吃吃菜。場(chǎng)景5離離開(a)服服務(wù)員員拿來(lái)帳帳單。(b)顧顧客付付錢給服服務(wù)員。(c)顧顧客離離開餐廳廳。(5)結(jié)結(jié)果(a)顧顧客吃吃了飯，不餓了了。(b)顧顧客花花了錢。(c)老老板掙掙了錢。(d)餐餐廳食食品少了了。20劇本的特特

18、點(diǎn)劇本中所所描述的的事件形形成一個(gè)個(gè)因果鏈鏈，鏈的起點(diǎn)點(diǎn)是開場(chǎng)場(chǎng)條件，滿足這這些條件件，劇本本中的事事件才能能產(chǎn)生。鏈的終點(diǎn)點(diǎn)是一組組結(jié)果，這組結(jié)結(jié)果可能能導(dǎo)致以以后的事事件(可可能用其他的劇劇本來(lái)描描述)發(fā)發(fā)生。因果鏈內(nèi)內(nèi)前后的的事情相相互聯(lián)系系。前面面的事件件使當(dāng)前前的事件件有可能產(chǎn)生生，而當(dāng)當(dāng)前事件件又使后后面的事事件有可可能產(chǎn)生生。如已知某某一劇本本適用于于所給定定的情形形，則可可利用劇劇本來(lái)預(yù)預(yù)言一些沒有有直接提提到的事事件。劇本結(jié)構(gòu)構(gòu)比較呆呆板，知知識(shí)表達(dá)達(dá)的范圍圍窄，不不適用于于表達(dá)各各種變化頻繁繁的知識(shí)識(shí)。但對(duì)對(duì)于預(yù)先先構(gòu)思好好的特定定知識(shí)，如理解解故事情節(jié)等等，是非非常有效效

19、的。21劇本的準(zhǔn)準(zhǔn)備和啟啟用準(zhǔn)備劇劇本的方方法：在應(yīng)用某某一劇本本以前，必須先先準(zhǔn)備好好劇本。根據(jù)劇劇本的重重要性，可以以有二種種準(zhǔn)備劇劇本的方方法。(1)對(duì)對(duì)于不不屬于事事件核心心部分的的劇本，只需設(shè)設(shè)置指向向該劇本本的指針即即可，以以便當(dāng)它它成為核核心時(shí)啟啟用。【例】有有下述事事件：蘇珊在去去博物館館的路上上經(jīng)過(guò)她她喜歡的的餐廳。她非常常喜歡這這次的畢加索索作品展展覽會(huì)。則對(duì)于餐餐廳劇本本只需要要設(shè)置指指針即可可。(2)對(duì)對(duì)于符符合事件件核心部部分的劇劇本，則則應(yīng)使用用在當(dāng)前前事件中中涉及到的的具體對(duì)對(duì)象和人人物去填填寫劇本本的槽。劇本的的啟用：劇本的的前提、道具、角色和和事件等等常能指指

20、示啟用該劇劇本。22劇本的推推理一旦劇本本被啟用用，則可可以應(yīng)用用它來(lái)進(jìn)進(jìn)行推理理。其中中最重要要的是運(yùn)用劇劇本可以以預(yù)測(cè)沒沒有明顯顯提及的的事件的的發(fā)生?！纠繉?duì)對(duì)于以下下情節(jié)：昨晚，約約翰到了了餐廳。他訂了了牛排。當(dāng)他付付完款，發(fā)現(xiàn)錢錢已用光，于于是就趕趕緊回家家了。問(wèn)題：昨昨晚，約約翰吃飯飯了嗎?【解】啟啟用餐廳廳劇本，情節(jié)中中的所有有事件與與劇本中中所預(yù)測(cè)測(cè)的事件序列列相對(duì)應(yīng)應(yīng)，因而而可以推推斷出約約翰吃飯飯了。【例】對(duì)對(duì)于以下下情節(jié)：約翰走進(jìn)進(jìn)餐廳。他被帶帶到餐桌桌旁。訂訂了一大大塊牛排排之后，他坐在那兒兒等了許許久。于于是，他他生氣地地走了。該情節(jié)中中，因?yàn)闉橐玫鹊?，所以以約翰走走了，這這一事件件改變了了餐廳腳本中中所預(yù)測(cè)測(cè)的事件件序列，因而餐餐廳劇本本被中斷斷了。23過(guò)程式表表示前面的幾幾種知識(shí)識(shí)表示方方法均是是知識(shí)和和事實(shí)的的一種靜靜止的表表示方法，即即為知識(shí)識(shí)的陳述述式表達(dá)達(dá)，是對(duì)對(duì)事物有有關(guān)知識(shí)識(shí)的靜態(tài)態(tài)描述，是知知識(shí)的一一種顯式式、說(shuō)明明性知識(shí)識(shí)表達(dá)形形式。說(shuō)明性表表示知識(shí)識(shí)給出事事物本身身的屬性性及事物物之間的的相互關(guān)關(guān)系。對(duì)問(wèn)問(wèn)題的解解答就隱隱含在這這些知識(shí)識(shí)之中。而過(guò)程程性知識(shí)識(shí)則給出解決決一個(gè)問(wèn)問(wèn)題的具具體過(guò)程程。過(guò)程式式表示就就是將有有關(guān)某一一問(wèn)題領(lǐng)領(lǐng)域的知知識(shí)，連連同如何何使用這些知知識(shí)的方方法，均均隱式地地表