人工智能第章-知識表示方法

框架表示法◆框架是一種構(gòu)造化表示法。通?？蚣艹惺芄?jié)點-槽-值表示。框架用于描述格式固定的事物、行動和大事?！艨蚣艿臉?gòu)成一個框架由假設(shè)干個槽〔Slot〕組成，槽用于描述屬性；一個槽又可由假設(shè)干個側(cè)面組成。側(cè)面用于描述相應(yīng)屬性的一個方面；一個側(cè)面可有一個或多個側(cè)面值。槽和側(cè)面所具有的屬性值分別稱為槽值和側(cè)面值。對框架、槽或側(cè)面，都可以附加上一些說明性信息(約束條件)，用于指出什么樣的值才能填入到槽或側(cè)面中。槽值或側(cè)面值的取值：數(shù)值、字符串、布爾值；在滿足某個給定條件時要執(zhí)行的動作或過程；另一個框架的名字?？蚣軐嵸|(zhì)上是一個層次的嵌套鏈接表。1框架表示法一個框架的一般構(gòu)造如下：框架名：<框架名>槽名1：槽值1

側(cè)面名11：側(cè)面值111…側(cè)面值11p

側(cè)面名12：側(cè)面值121…側(cè)面值12p

…槽名2：槽值2

側(cè)面名21：側(cè)面值211…側(cè)面值21p

…槽名n：槽值n

側(cè)面名n1：側(cè)面值n11…側(cè)面值n1p

…

側(cè)面名nm：側(cè)面值nm1…側(cè)面值nmp2框架表示法-例【例】一個人可以用其職業(yè)、身高和體重等項描述，用這些工程組成框架的槽。當(dāng)描述一個具體的人時，再用這些工程的具體值填入到相應(yīng)的槽中。下面是描述John的框架?？蚣苊?lt;PERSON-1>name:JOHNisa:PERSONprofession:PROGRAMMERheight:1.8mweight:79kg3框架表示法-例【例】框架名：<假冒偽劣商品>商品名稱：生產(chǎn)廠家：出售商店:處罰：處理方式： 懲罰依據(jù)： 懲罰時間：單位〔年、月、日〕 經(jīng)辦部門：在這個框架中，有4個槽，其中，“懲罰”槽有4個側(cè)面，側(cè)面“懲罰時間”用“單位”指出了一個填值時的標(biāo)準(zhǔn)限制。4框架網(wǎng)絡(luò)◆框架間的橫向聯(lián)系：由于框架中的槽值或側(cè)面值都可以是另一個框架的名字，這就在框架之間建立起了聯(lián)系，通過一個框架可以找到另一個框架，這稱為橫向聯(lián)系。◆框架間的縱向聯(lián)系：當(dāng)某些事物有一些共同的屬性時，在對它們進(jìn)展描述時，可以將它們具有的共同屬性抽取出來，構(gòu)成一個上層框架，然后再對各自獨有的屬性分別構(gòu)成下層框架。為了指明框架間的這種上下關(guān)系，可在下層框架中設(shè)立一個專用的槽，用以指出他的上層框架是哪一個。這樣就在框架間建立了縱向聯(lián)系?！艟哂袡M向聯(lián)系及縱向聯(lián)系的一組框架稱為框架網(wǎng)絡(luò)。5框架間的繼承◆框架的繼承性，就是當(dāng)子節(jié)點的某些槽值或側(cè)面值沒有被直接記錄時，可以從其父節(jié)點繼承這些值。繼承性是框架表示法的一個重要特性，它不僅可以在兩個框架之間實現(xiàn)繼承關(guān)系，而且還可以通過兩兩的繼承關(guān)系，從最低層追搠到最高層，使高層的信息逐層向低層傳遞。例如，椅子一般都有4條腿，假設(shè)一把具體的椅子沒有說明它有幾條腿，則可以通過一般椅子的特性，得出它也有4條腿。假設(shè)一個在上層框架中描述的屬性在下層框架需作進(jìn)一步說明時，則需要在下層框架中再次給出描述。假設(shè)在下層框架中對某些槽沒有作特殊的聲明，那么它將自動繼承上層框架相應(yīng)槽的槽值。6框架網(wǎng)絡(luò)-例以下圖是一個關(guān)于師生員工的框架網(wǎng)絡(luò)。師生員工框架：用于描述師生員工的共同屬性，例如姓名，性別，年齡等；教職工框架：用于描述教師、干部、工人的共同屬性，但凡在師生員工框架中已指出的屬性在這里可不再重復(fù)描述；〔以此類推〕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

…機械系學(xué)生框架

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師生員工框架為：框架名：<師生員工> 姓名：單位〔姓，名〕年齡：單位〔歲〕性別：范圍〔男，女〕 缺省：男安康狀況：范圍〔安康,一般,差〕 缺?。阂话?住址：<住址框架>教職工框架為：框架名：<教職工> 繼承：<師生員工>工作類別：范圍(教師,干部,工人) 缺?。航處?開頭工作時間：單位(年，月) 截止工作時間：單位(年，月) 缺?。含F(xiàn)在 離退休狀況：范圍(離休，退休)框架網(wǎng)絡(luò)-例8框架網(wǎng)絡(luò)-例教師框架為：框架名：<教師>繼承：<教職工>部門：單位(系，教研室)語種：范圍(英語,法語,日語,德語,俄語)

缺省：英語外語水平：范圍(優(yōu)，良，中，差)

缺?。毫悸毞Q：范圍(教授,副教授,講師,助教)缺?。褐v師爭論方向：某個教師的事例框架為：框架名：<教師-1>繼承：<教師>姓名：孫林年齡：28安康狀況：安康部門：計算機系軟件教研室語種：德語開頭工作時間：1985.99框架中槽的設(shè)置與組織充分表達(dá)事物各有關(guān)方面的屬性——合理地設(shè)置槽 要與系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)相全都，所要求的及可能用到的都要表示出來； 僅僅需要對有關(guān)的屬性設(shè)立槽，不行面面俱到，以免鋪張空間和降低系統(tǒng)的運行效率。充分表達(dá)相關(guān)事物間的各種關(guān)系——由槽中的框架名建立聯(lián)系 事物間的聯(lián)系是通過在槽中填入相應(yīng)的框架名來建立的， 它們之間究竟是一種什么樣的關(guān)系，則是由槽名來指明的。對槽及側(cè)面進(jìn)展合理的組織——利用其上下層間的繼承性。 盡量將不同框架中的一樣屬性抽取出來，放入其上層框架，而在下層框架中只描述相應(yīng)事物獨有的屬性。從而削減信息的重復(fù)性，并且有利于學(xué)問的全都性。有利于進(jìn)展框架推理。框架推理是一個反復(fù)進(jìn)展框架匹配的過程，為了是推理得10標(biāo)準(zhǔn)槽名在框架表示系統(tǒng)中通常定義一些標(biāo)準(zhǔn)槽名，應(yīng)用時不用說明就可直接使用。稱這些槽名為系統(tǒng)預(yù)定義槽名。1)ISA槽：用于指出事物間抽象概念上的類屬關(guān)系。其直觀含義是“是一個”，“是一種”，“是一只”……。【例】設(shè)有下面兩個框架：框架名：<運發(fā)動>姓名：單位〔姓，名〕年齡：單位〔歲〕性別：范圍〔男，女〕 缺?。耗锌蚣苊?lt;棋手>ISA:<運發(fā)動>腦力：特好11標(biāo)準(zhǔn)槽名2)AKO槽：用于具體的指出事物間的類屬關(guān)系。其直觀含義是“是一種”，下層框架可以繼承其上層框架所描述的屬性及值。對上面的例子，可將棋手框架中的ISA改為AKO。3)Subclass槽：用于指出子類與類之間的類屬關(guān)系。上例中，由于“棋手”是“運發(fā)動的一個子類，故可將ISA該為Subclass。4)Instance槽：用來建立AKO槽的逆關(guān)系。用它作為某框架的槽時，可用來指出它的下層框架是哪些?！纠靠蚣苊?lt;運發(fā)動>Instance:<棋手>，<足球運發(fā)動>，<排球運發(fā)動>姓名：單位〔姓，名〕年齡：單位〔歲〕性別：范圍〔男，女〕 缺?。耗?2標(biāo)準(zhǔn)槽名5)Part-of槽：用于指出局部與全體的關(guān)系?！纠科嚭洼喬?。上層框架是對汽車的描述，下層框架是對輪胎的描述。明顯，輪胎是汽車的一局部。留意將Part-of槽與上面四種槽區(qū)分開來：前述4種槽是上、下層框架間的類屬關(guān)系，它們由共同的特性，可以繼承；Part-of槽只指出下層是上層的一個子構(gòu)造，兩者一般不具有共同的特征，不能繼承。13標(biāo)準(zhǔn)槽名6)Infer槽：指出兩個框架所描述的事物間的規(guī)律推理關(guān)系，用它可以表示相應(yīng)的產(chǎn)生式規(guī)章?！纠吭O(shè)有下面學(xué)問：假設(shè)咳嗽，發(fā)燒且流涕，則八成是患了感冒，需服用感冒清，一日三次，每次2-3粒。并要多喝開水。對該學(xué)問，可用如下兩個框架表示：框架名：<診斷規(guī)章>病癥1：咳嗽病癥2：發(fā)燒病癥3：流涕Infer:<結(jié)論> 可信度：0.8框架名：<結(jié)論> 病名：感冒 治療方法：服用感冒清，一日三次，每次2-3粒 留意事項：多喝開水 愈后：良好7)Possible-Reason槽：與Infer槽作用相反，用來把某個結(jié)論與可能的緣由聯(lián)系起來。14框架求解問題的過程在用框架表示學(xué)問的系統(tǒng)中，問題的求解主要是通過匹配與填槽實現(xiàn)的。要求解某個問題時:(1)首先把問題用框架表示出來；(2)然后與已有的框架進(jìn)展匹配，找出一個或幾個可匹配的預(yù)選框架作為初步假設(shè)，并在此引導(dǎo)下收集進(jìn)一步的信息;框架的匹配是通過對相應(yīng)的槽的槽名及槽值逐個比較實現(xiàn)的。假設(shè)兩個框架的各對應(yīng)槽沒有沖突，或者滿足預(yù)先規(guī)定的某些條件，就認(rèn)為這兩個框架可以匹配。(3)最終用某種評價方法對預(yù)選框架進(jìn)展評價，打算是否承受它。15繼承性框架的推理-例【例】師生員工的框架網(wǎng)絡(luò)已建立在學(xué)問庫中，從學(xué)問庫中找出一個滿足以下條件的教師：男性，年齡在30歲以下，身體安康，職稱為講師把這些條件用框架表示出來，就可得到如下的初始問題框架框架名：<教師-x> 姓名： 年齡：<30 性別：男 安康狀況：安康 職稱：講師某個教師的事例框架為：框架名：<教師-1>繼承：<教師>姓名：孫林年齡：28安康狀況：安康部門：計算機系軟件教研室語種：德語開頭工作時間：1985.9師生員工教師故：孫林可能是要找的教師(符合條件的可能不止孫林一個,此框只能作為預(yù)選框,還需進(jìn)一步收集更多的信息,以從中選出一個)。16劇本(script)表示◆劇本是框架的一種特殊形式，它用一組槽來描述某些大事的發(fā)生序列，就像劇本中的大事序列一樣，故稱為“劇本”(腳本)表示法?！魟”镜臉?gòu)成(1)開場條件：給出在劇本中描述的大事發(fā)生的前提條件。(2)角色：用來表示在劇本所描述的大事中可能消失的有關(guān)人物的一些槽。(3)道具：表示在劇本所描述的大事中可能消失的有關(guān)物體的一些槽。(4)場景：描述大事發(fā)生的真實挨次，可以由多個場景組成，每個場景又可以是其它的劇本。(5)結(jié)果：在劇本所描述的大事發(fā)生以后通常所產(chǎn)生的結(jié)果。17劇本表示-例【例】餐廳劇本(1)開場條件：(a)顧客餓了，需要進(jìn)餐。(b)顧客有足夠的錢。(2)角色：顧客，效勞員，廚師，老板。(3)道具：食品，桌子，菜單，錢。(4)場景：場景1進(jìn)入餐廳(a)顧客走入餐廳。(b)查找桌子。(c)在桌子旁坐下。場景2點菜(a)效勞員給顧客菜單。(b)顧客點菜。(c)顧客把菜單還給效勞員。(d)顧客等待效勞員送菜。場景3等待(a)效勞員把顧客所點的菜告知廚師。(b)廚師做菜。18劇本表示-例場景4吃菜(a)廚師把做好的菜給效勞員。(b)效勞員給顧客送菜。(c)顧客吃菜。場景5離開(a)效勞員拿來帳單。(b)顧客付錢給效勞員。(c)顧客離開餐廳。(5)結(jié)果(a)顧客吃了飯，不餓了。(b)顧客花了錢。(c)老板掙了錢。(d)餐廳食品少了。19劇本的特點劇本中所描述的大事形成一個因果鏈，鏈的起點是開場條件，滿足這些條件，劇本中的大事才能產(chǎn)生。鏈的終點是一組結(jié)果，這組結(jié)果可能導(dǎo)致以后的大事(可能用其他的劇原來描述)發(fā)生。因果鏈內(nèi)前后的事情相互聯(lián)系。前面的大事使當(dāng)前的大事有可能產(chǎn)生，而當(dāng)前大事又使后面的大事有可能產(chǎn)生。如某一劇本適用于所給定的情形，則可利用劇原來預(yù)言一些沒有直接提到的大事。劇本構(gòu)造比較呆板，學(xué)問表達(dá)的范圍窄，不適用于表達(dá)各種變化頻繁的學(xué)問。但對于預(yù)先構(gòu)思好的特定學(xué)問，如理解故事情節(jié)等，是特別有效的。20劇本的預(yù)備和啟用◆預(yù)備劇本的方法：在應(yīng)用某一劇本以前，必需先預(yù)備好劇本。依據(jù)劇本的重要性，可以有二種預(yù)備劇本的方法。(1)對于不屬于大事核心局部的劇本，只需設(shè)置指向該劇本的指針即可，以便當(dāng)它成為核心時啟用。【例】有下述大事：蘇珊在去博物館的路上經(jīng)過她寵愛的餐廳。她特別寵愛這次的畢加索作品展覽會。則對于餐廳劇本只需要設(shè)置指針即可。(2)對于符合大事核心局部的劇本，則應(yīng)使用在當(dāng)前大事中涉及到的具體對象和人物去填寫劇本的槽?！魟”镜膯⒂茫簞”镜那疤帷⒌谰?、角色和大事等常能指示啟用該劇本。21劇本的推理一旦劇本被啟用，則可以應(yīng)用它來進(jìn)展推理。其中最重要的是運用劇本可以猜測沒有明顯提及的大事的發(fā)生。【例】對于以下情節(jié)：昨晚，約翰到了餐廳。他訂了牛排。當(dāng)他付完款，覺察錢已用光，于是就抓緊回家了。問題：昨晚，約翰吃飯了嗎?【解】啟用餐廳劇本，情節(jié)中的全部大事與劇本中所猜測的大事序列相對應(yīng)，因而可以推斷出約翰吃飯了?！纠繉τ谝韵虑楣?jié)：約翰走進(jìn)餐廳。他被帶到餐桌旁。訂了一大塊牛排之后，他坐在那兒等了許久。于是，他生氣地走了。該情節(jié)中，由于要久等，所以約翰走了，這一大事轉(zhuǎn)變了餐廳腳本中所猜測的大事序列，因而餐廳劇本被中斷了。22過程式表示前面的幾種學(xué)問表示方法均是學(xué)問和事實的一種靜止的表示方法，即為學(xué)問的陳述式表達(dá)，是對事物有關(guān)學(xué)問的靜態(tài)描述，是學(xué)問的一種顯式、說明性學(xué)問表達(dá)形式。說明性表示學(xué)問給出事物本身的屬性及事物之間的相互關(guān)系。對問題的解答就隱含在這些學(xué)問之中。而過程性學(xué)問則給出解決一個問題的具體過程?！暨^程式表示就是將有關(guān)某一問題領(lǐng)域的學(xué)問，連同如何使用這些學(xué)問的方法，均隱式地表達(dá)為一個求解問題的過程。2