人工智能 24框架表示法

2.4框架表示法第2章知識表示2.1概述2.2謂詞邏輯表示法2.3產(chǎn)生式表示法2.4框架表示法框架表示法是以框架實際為根底開展起來的一種構(gòu)造化的知識表示，它適用于表達多種類型的知識。1975年美國麻省理工學院明斯基(Minsky)在論文“Aframeworkforrepresentingknowledge〞中提出了框架實際，引起了人工智能學者的注重。他是針對人們在了解情景、故事時提出的心思學模型，論述的是思想方法不是詳細實現(xiàn)?？蚣軐嶋H的根本觀念是“人腦已存儲有大量的典型情景，當人面臨新的情景時，就從記憶中選擇〔粗匹配〕一個稱作框架的根本知識構(gòu)造，這個框架是以前記憶的一個知識空框，而其詳細內(nèi)容依新的情景而改動，對這空框的細節(jié)加工修正和補充，構(gòu)成對新情景的認識又記憶于人腦中，以豐富人的知識。〞12/15/2023人工智能丁世飛【察看事物時的思想】人頭腦中構(gòu)成的對于事物的籠統(tǒng)模型〔框架〕；用“自頂向下〞的方法先匹配一個現(xiàn)有的籠統(tǒng)模型〔框架〕;再確定籠統(tǒng)模型〔框架〕中的細節(jié)?？蚣鼙硎痉魉够?，1975，強調(diào)事物內(nèi)部的構(gòu)造化描畫；較好地反映人察看事物的思想方式；運用于機器人識別領(lǐng)域。2.4框架表示法框架是表示某一類情景的構(gòu)造化的一種數(shù)據(jù)構(gòu)造?？蚣苡擅璁嬍挛锏母鱾€方面的槽組成，每個槽可有假設(shè)干個側(cè)面。一個槽用于描畫所討論對象的某一方面的屬性，一個側(cè)面用于描畫相應屬性的一個方面。槽和側(cè)面所具有的值分別稱為槽值和側(cè)面值。槽值可以是邏輯的、數(shù)字的，可以是程序、條件、默許值或是一個子框架。槽值含有如何運用框架信息、下一步能夠發(fā)生的信息、估計未實現(xiàn)該如何做的信息等。在一個用框架表示的知識系統(tǒng)中，普通都含有多個框架，為了區(qū)分不同的框架以及一個框架內(nèi)不同的槽，不同的側(cè)面，需求分別賦予不同的名字，分別稱為框架名、槽名及側(cè)面名。因此，一個框架通常由框架名、槽名、側(cè)面和值這四部分組成，其普通構(gòu)造如下：2.4.1框架構(gòu)造2.4框架表示法＜框架名＞槽名1:側(cè)面名11值11側(cè)面名12值12::側(cè)面名1m值1m槽名2:側(cè)面名21值21側(cè)面名22值22::側(cè)面名2m值2m::框架的普通構(gòu)造2.4框架表示法::槽名n:側(cè)面名n1值n1側(cè)面名n2值n2::側(cè)面名nm值nm約束:約束條件1約束條件2:約束條件n框架的普通構(gòu)造框架的普通表示構(gòu)造框架由描畫事物各個方面屬性的槽〔slot〕組成 <框架>:=(Frame<框架名>{<槽>}+)槽有多側(cè)面〔aspect〕 <槽>:=(<槽名>{<側(cè)面>}+) <側(cè)面>:=<側(cè)面名>：<側(cè)面值>與語義網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的表示構(gòu)造相比較：表示構(gòu)造接近，但框架更豐富〔引入側(cè)面〕語義網(wǎng)絡(luò)節(jié)點：<槽>:={<槽名>:<槽內(nèi)容>}框架更強調(diào)表示事物的內(nèi)部構(gòu)造；語義網(wǎng)絡(luò)節(jié)點更強調(diào)表示事物間的關(guān)系；2.4框架表示法例如，要用框架來描畫“優(yōu)質(zhì)商品〞這一概念。首先分析商品所具有的屬性，一個商品能夠具有的屬性有：商品稱號、消費廠商、消費日期、獲獎情況等等，這里只思索這幾個屬性。這幾個屬性可以定義為“優(yōu)質(zhì)商品〞框架的槽，而“獲獎情況〞這個屬性還可以從獲獎等級、頒獎部門和獲獎時間這3個側(cè)面來加以描畫。假設(shè)給各個槽和側(cè)面賦予詳細的值，就得到了“優(yōu)質(zhì)商品〞這一概念的一個實例框架?？蚣苊?lt;優(yōu)質(zhì)商品>商品稱號：紅桃K消費廠商：紅桃K集團消費日期：1998年6月17日獲獎情況：獲獎等級：省級頒獎單位：湖北省衛(wèi)生廳獲獎時間：2000年5月2.4框架表示法通常在框架系統(tǒng)中定義一些公用、常用且規(guī)范的槽名，并把這些槽稱號為系統(tǒng)預定義槽名。人們在運用這些槽名時，不用闡明就知道它表示何種聯(lián)絡(luò)。下面給出幾個比較常用的、用來表示對象間關(guān)系的槽名：〔1〕ISA槽ISA槽用于指出對象間籠統(tǒng)概念上的類屬關(guān)系。其直觀意義是“是一個〞，“是一種〞，“是一只〞……。在普通情況下，用ISA槽指出的聯(lián)絡(luò)都具有承繼性。所謂框架的承繼性就是指當下層框架中的某些槽值或側(cè)面值沒有被直接給定時，可以從其上層框架中承繼這些值或?qū)傩浴＠?，椅子普通?條腿，假設(shè)一把詳細的椅子沒有指出它有幾條腿時，那么可以經(jīng)過普通椅子的特性，得出它有4條腿。在此例中，棋手框架中的ISA槽指出該框架所描畫的事物是運發(fā)動框架所描畫事物的屬性及值。2.4框架表示法〔2〕AKO槽AKO槽用于詳細地指出對象間的類屬關(guān)系。其直觀意義是“是一種〞。當用它作為某下層框架的槽時，就明確地指出了該下層框架所描畫的事物是其上層框架所描畫事物中的一種，下層框架可承繼上層框架中值或?qū)傩浴！?〕Instance槽Instance槽用來表示AKO槽的逆關(guān)系。當用它作為某上層框架的槽時，可在該槽中指出它所聯(lián)絡(luò)的下層框架。用Instance槽指出的聯(lián)絡(luò)都具有承繼性，即下層框架可承繼上層框架中所描畫的屬性或值。Instance槽用來建立AKO槽的逆關(guān)系。當用它作為某上層框架的槽值時，可用來指出它的下層框架是哪些。

框架名：<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?.4框架表示法〔4〕Part-of槽Part-of槽用于指出部分和全體的關(guān)系。當用其作為某框架的一個槽時，槽中所填的值稱為該框架的上層框架名，該框架所描畫的對象只是其上層框架所描畫對象的一部分。例如，“兩條腿〞是“人體〞的一部分?？梢詫ⅰ皟蓷l退〞和“人體〞分別定義成框架，“兩條退〞為下層框架，“人體〞為其上層框架。在“兩條退〞的框架中設(shè)置一個Part-of槽，槽值填入<人體>這個框架名。顯然，用Part-of槽指出的聯(lián)絡(luò)所描畫的下層框架和上層框架之間不具有承繼性?？蚣艿钠胀ū硎緲?gòu)造<框架>:=(Frame<框架名>{(<槽名>{<側(cè)面名>：<側(cè)面值>}+)}+)例３、關(guān)于球的框架系統(tǒng)(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〔屬性〕有多個側(cè)面，復雜！個體事物的框架槽〔屬性〕只需１個側(cè)面，簡單！概念的框架框架系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)的多個框架結(jié)合起來構(gòu)成框架系統(tǒng)；框架的某些槽的側(cè)面值可以是其它框架；建立起節(jié)點是框架的網(wǎng)絡(luò)； (FrameThing (VolumeUnit:cm3If-added:Classify) ) (FrameSphere (AkoValue:Thing) …… ) (FrameSphere1 (IsaValue:Sphere)) …… )槽的側(cè)面值是框架Thing槽的側(cè)面值是框架Sphere簡單的框架系統(tǒng)<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建立起節(jié)點是框架的網(wǎng)絡(luò)框架系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)的多個框架結(jié)合起來構(gòu)成框架系統(tǒng)；框架的某些槽的側(cè)面值可以是其它框架；建立起節(jié)點是框架的網(wǎng)絡(luò)；分類：①事物組成描畫復雜事物的組成〔分解事物〕；如，房間可層次地分解為墻、天花板、地板、家具、供電等組成；②層次分類 (Frame房間 (墻數(shù)Value:4) (窗數(shù)Value:2) (門數(shù)Value:1) (墻框架:墻) (天花板框架:天花板) (地板框架:地板) (家具框架:家具) ) (Frame墻 (墻面顏色Value:White) (墻面資料Value:油漆) (掛物框架:物) (窗框架:窗) (門框架:門) ) (Frame天花板……) (Frame地板……) (Frame家具……)房間墻地板家具天花板物窗門框架系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)的多個框架結(jié)合起來構(gòu)成框架系統(tǒng)；框架的某些槽的側(cè)面值可以是其它框架，建立起節(jié)點是框架的網(wǎng)絡(luò)；分類：①事物組成描畫復雜事物的組成〔分解事物〕；如，房間可層次地分解為墻、天花板、地板、家具、供電等組成；②層次分類描畫事物的層次分類體系〔超類-子類、類-個體〕；如，不能夠把各種房間的一切能夠?qū)傩远紝戇M房屋框架；把房間分成子類，每類房間都有本人的框架。 (Frame房間 (墻數(shù)Value:4) (窗數(shù)Value:2) (門數(shù)Value:1) (墻框架:墻) (天花板框架:天花板) (地板框架:地板) (家具框架:家具) …… ) (Frame廚房 (AkoValue:房間) (轉(zhuǎn)入條件:煤氣罐數(shù)>0) (煤氣罐數(shù)Value:1) (煤氣灶框架:煤氣灶) (煤氣罐框架:煤氣罐) ) (Frame公用廚房 (AkoValue:廚房) (轉(zhuǎn)入條件:煤氣罐數(shù)>1) (煤氣罐數(shù)Value:2) )廚房公用廚房房間墻地板家具天花板物窗門煤氣罐數(shù)>0煤氣罐數(shù)>1訪問屬性“墻〞AkoAko2.4框架表示法例2.4.1下面一是一個描畫“教師〞的框架?？蚣苊?lt;教師>類屬：<知識分子>任務：范圍：〔教學，科研〕缺?。航虒W性別：〔男，女〕學歷：〔中專，大學〕類別：〔<小學教師>，<中學教師>，<大學教師>〕在這個框架中，框架名為“教師〞，它含有5個槽，槽名分別是“類屬〞、“任務〞、“性別〞、“學歷〞和“類別〞。這些槽名后面就是其槽值，而槽值“<知識分子>〞又是一個框架名。“范圍〞、“缺省〞是槽“任務〞的兩個不同的側(cè)面，其后是側(cè)面值。2.4.2框架表示知識舉例2.4框架表示法例2.4.2下面是描畫“大學教師〞的框架?？蚣苊?lt;大學教師>類屬：<教師>學位：范圍：〔學士，碩士，博士〕缺省：碩士專業(yè)：<學科專業(yè)>職稱：范圍：〔助教，講師，副教授，教授〕缺?。褐v師程度：范圍：〔優(yōu)，良，中，差〕缺省：良從上述兩例可以看出，這兩個框架之間存在一種層次關(guān)系，稱前者為上層框架〔或父框架〕，后者為下層框架〔或子框架〕。2.4框架表示法例2.4.3下面是描畫一個詳細教師的框架?？蚣苊?lt;教師-1>類屬：<大學教師>姓名：張宇性別：男年齡：32職業(yè)：<教師>職稱：副教授部門：計算機系研討方向：計算機軟件與實際任務：參與時間：2000年7月工齡：當前年份-2000工資：<工資單>比較上面幾個例子，可以發(fā)現(xiàn)“教師-1〞是“大學教師〞的下層框架，而“大學教師〞又是“教師〞的下層框架，“教師〞又是“知識分子〞的下層框架。框架之間的這種層次關(guān)系是相對而言的，下層框架可以從上層框架承繼某些屬性或值。這樣，一些一樣的信息可以不用反復存儲，節(jié)省了存儲空間，這種層次構(gòu)造對減少冗余信息有重要意義。2.4框架表示法例2.4.4下面有關(guān)地震的新聞報道，請用框架構(gòu)造表示這段報道?！敖裉欤淮螐姸葹槔锸?.5級的劇烈地震襲擊了下斯洛文尼亞〔LowSlabovia〕地域，呵斥25人死亡和5億美圓的財富損失。下斯洛文尼亞地域主席說：多年來，接近薩迪壕金斯斷層的重災區(qū)不斷是一個危險地域。這是本地域發(fā)生的第3號地震。〞解：首先分析關(guān)于地震報道中所涉及的一些有關(guān)地震的關(guān)鍵屬性，這些屬性是地震發(fā)生的地點、時間、傷亡人數(shù)、財富損失數(shù)量、地震強度的震級和斷層情況。這些屬性可以作為該框架的各個槽。接下來，將本報道中的有關(guān)數(shù)據(jù)填入相應的槽后就得到了給第3號地震的框架。框架名：<第3號地震>地點：LowSlabovia時間：今天傷亡人數(shù)：25財富損失：5億美圓震級：8.5級斷層：薩迪壕金斯2.4框架表示法第3號地震LowSlabovia今天255億美圓8.5級薩迪壕金斯時間地點傷亡人數(shù)財富損失震級斷層圖2.2斯洛文尼亞第3號地震框架圖該框架也可以用圖2.2表示。2.4框架表示法在框架表示的知識庫中，主要有兩種活動：一是填槽，即框架中未知內(nèi)容的槽需求填寫；而是“匹配〞，根據(jù)知事件尋覓適宜的框架，并將該內(nèi)容填入槽中。上述兩種操作均將引起推理，其主要推理方式有：1、默許推理在框架網(wǎng)絡(luò)中，各框架之間經(jīng)過ISA鏈〔槽〕構(gòu)成半序的承繼關(guān)系。在填槽過程中，假設(shè)沒有特別的闡明，子框架的槽值將承繼父框架相應的曹值，稱為默許推理。2.4.3推理方法2.4框架表示法2、匹配由框架所構(gòu)成的知識庫，當利用它進展推