人工智能-第2章知识表示方法

1、框架表示法知识的框架表示法1975年由M.Minsky提出，最早用作视觉感知、自然语言对话等问题的知识表示；目前已作为一种通用数据结构来表示知识对象(实体)。框架理论认为，人们对现实世界中各种事物的认识都是以一种类似于框架的结构存储在记忆中的，当面临一种新事物时，就从记忆中找出一个合适的框架并根据实际情况对其细节加以修改、补充，从而形成对当前事物的认识。【例】对教室的知识：在记忆中建立关于教室的框架，指出相应事物的名称（教室），以及事物各有关方面的属性（如有四面墙、有课桌、有黑板，）。通过对该框架的查找，很容易得到教室的各有关特征。当实际接触了教室后，经观察得到了教室的大小、门窗的个数、桌凳的

2、数量、颜色等细节，把它们填入到教室框架中，就得到了教室框架的一个具体事例，称为事例框架。1框架表示示法框架是是一种结结构化表表示法。通常框框架采用用节点-槽-值值表示。框架用于于描述格格式固定定的事物物、行动动和事件件。框架的的构成一个框架架由若干干个槽（Slot）组组成，槽槽用于描描述属性性；一个槽又又可由若若干个侧侧面组成成。侧面面用于描描述相应应属性的的一个方面；一个侧侧面可有有一个或或多个侧侧面值。槽和侧面面所具有有的属性性值分别别称为槽槽值和侧侧面值。对框架、槽或侧侧面，都都可以附附加上一一些说明明性信息息(约束束条件)，用用于指出出什么样样的值才才能填入入到槽或或侧面中中。槽值或侧

3、侧面值的的取值：数值、字字符串、布尔值值；在满足某某个给定定条件时时要执行行的动作作或过程程；另一个框框架的名名字。框架实质质上是一一个层次次的嵌套套链接表表。2框架表示示法一个框架架的一般般结构如如下：框架名：槽名1：槽值1侧面名11：侧侧面值111侧面值值11p侧面名12：侧侧面值121侧面值值12p槽名2：槽值2侧面名21：侧侧面值211侧面值值21p槽名n：槽值n侧面名n1：侧侧面值n11侧面值值n1p侧面名nm：侧侧面值nm1侧面值值nmp3框架表示示法-例【例】一一个人可可以用其其职业、身高和和体重等等项描述述，用这这些项目组成成框架的的槽。当描述一一个具体体的人时时，再用用这些项

4、项目的具具体值填填入到相相应的槽中。下面是描描述John的的框架。框架名：name:JOHNisa:PERSONprofession:PROGRAMMERheight:1.8mweight:79kg4框架表示示法-例【例】框框架名名：商品名称称：生产厂家家：出售商店店:处罚罚：处处理方式式：处罚依据据：处罚时间间：单位位（年、月、日日）经办部门门：在这个框框架中，有4个个槽，其其中，“处罚”槽有4个侧面面，侧面面“处罚时时间”用用“单位位”指出出了一个个填值时时的标准准限制。5框架网络络框架间间的横向向联系：由于框架架中的槽槽值或侧侧面值都都可以是是另一个个框架的的名字，这就在框架架之间建建立

5、起起了联系系，通过过一个框框架可以以找到另另一个框架，这这称为横横向联系系。框架间间的纵向向联系：当某些事事物有一一些共同同的属性性时，在在对它们们进行描描述时，可以将它们们具有的的共同属属性抽取取出来，构成一一个上层层框架，然后再对各各自独有有的属性性分别构构成下层层框架。为了指明明框架间间的这种种上下关关系，可可在下层层框架中中设立一一个专用的槽槽，用以以指出他他的上层层框架是是哪一个个。这样样就在框框架间建立了了纵向联联系。具有横横向联系系及纵向向联系的的一组框框架称为为框架网网络。6框架间的的继承框架的的继承性性，就是是当子节节点的某某些槽值值或侧面面值没有有被直接记录录时，可可以从其

6、其父节点点继承这这些值。继承性是是框架表表示法的的一个重重要特性性，它不不仅可以以在两个个框架之间实实现继承承关系，而且还还可以通通过两两两的继承承关系，从最低层追追搠到最最高层，使高层层的信息息逐层向向低层传传递。例如，椅椅子一般般都有4条腿，如果一一把具体体的椅子子没有说说明它有几条腿腿，则可可以通过过一般椅椅子的特特性，得得出它也也有4条条腿。如果一个个在上层层框架中中描述的的属性在在下层框框架需作作进一步步说明时，则则需要在在下层框框架中再再次给出出描述。如果在下下层框架架中对某某些槽没没有作特特别的声声明，那那么它将将自动继承上上层框架架相应槽槽的槽值值。7框架网络络-例下图是一一个

7、关于于师生员员工的框框架网络络。师生员工工框架：用于描描述师生生员工的的共同属属性，例例如姓名名，性别，年年龄等；教职工框框架：用用于描述述教师、干部、工人的的共同属属性，凡凡是在师生员员工框架架中已指指出的属属性在这这里可不不再重复复描述；（以此类类推）师生员工框架教师1教师n学生n学生1教职工框架 学生框架 教师框架 电子系学生框架 工人框架 机械系学生框架 8师生员工工框架为为：框框架名名：姓名：单单位（姓，名名）年龄：单单位（岁）性别：范范围（男，女女）缺省：男男健康状况况：范范围（健健康,一一般,差差）缺省：一一般住址：教职工框框架为：框框架名：继承：工作类别别：范围围(教师师,干部

8、部,工人人)缺省：教教师开始工作作时间：单位(年，月月)截止工作作时间：单位(年，月月)缺省：现现在离退休状状况：范范围(离离休，退退休)框架网络络-例9框架网络络-例教师框架架为：框架名：继承：部门：单单位(系系，教研研室)语种：范范围(英英语,法法语,日日语,德语,俄俄语)缺省：英英语外语水平平：范围围(优，良，中，差)缺省：良良职称：范范围(教教授,副副教授,讲师,助教)缺省：讲讲师研究方向向：某个教师师的事例例框架为为：框架名：继承：姓名：孙孙林年龄：28健康状况况：健康康部门：计计算机系系软件教教研室语种：德德语开始工作作时间：1985.910框架中槽槽的设置置与组织织充分表达达事物

9、各各有关方方面的属属性合理地地设置槽槽要与系统统的设计计目标相相一致，所要求求的及可可能用到到的都要要表示出来来；仅仅需要要对有关关的属性性设立槽槽，不可可面面俱俱到，以以免浪费费空间和降降低系统统的运行行效率。充分表达达相关事事物间的的各种关关系由槽中中的框架架名建立立联系事物间的的联系是是通过在在槽中填填入相应应的框架架名来建建立的，它们之间间究竟是是一种什什么样的的关系，则是由由槽名来来指明的。对槽及侧侧面进行行合理的的组织利用用其上下下层间的的继承性性。尽量将不不同框架架中的相相同属性性抽取出出来，放放入其上上层框架，而在在下层框框架中只只描述相相应事物物独有的的属性。从而减少少信息的

10、的重复性性，并且且有利于于知识的的一致性性。有利于进进行框架架推理。框架推理理是一个个反复进进行框架架匹配的的过程，为了是是推理得得11标准槽名名在框架表表示系统统中通常常定义一一些标准准槽名，应用时时不用说说明就可直接接使用。称这些些槽名为为系统预预定义槽槽名。1)ISA槽：用于指指出事物物间抽象象概念上上的类属属关系。其直观观含义是“是是一个”，“是是一种”，“是是一只” 。【例】设设有下面面两个框框架：框架名：姓名：单单位（姓姓，名）年龄：单单位（岁岁）性别：范范围（男男，女）缺省：男男框架名：ISA: 脑力：特特好12标准槽名名2)AKO槽槽：用于于具体的的指出事事物间的的类属关关系。

11、其其直观含含义是“是一一种”，下层框框架可以以继承其其上层框框架所描描述的属属性及值值。对上面的的例子，可将棋棋手框架架中的ISA改改为AKO。3)Subclass槽：用用于指出出子类与与类之间间的类属属关系。上例中，由于“棋手”是“运运动员的的一个子子类，故故可将ISA该该为Subclass。4)Instance槽：用来建建立AKO槽的的逆关系系。用它作为为某框架架的槽时时，可用用来指出出它的下下层框架架是哪些些。【例】框框架名：Instance:，姓名：单单位（姓姓，名）年龄：单单位（岁岁）性别：范范围（男男，女）缺省：男男13标准槽名名5)Part-of槽：用用于指出出部分与与全体的的关

12、系。【例】汽汽车和轮轮胎。上上层框架架是对汽汽车的描描述，下下层框架架是对轮胎的的描述。显然，轮胎是是汽车的的一部分分。注意将Part-of槽与上上面四种种槽区分分开来：前述4种种槽是上上、下层层框架间间的类属属关系，它们由由共同的的特性，可以以继承；Part-of槽只指指出下层层是上层层的一个个子结构构，两者者一般不不具有共同的特特征，不不能继承承。14标准槽名名6)Infer槽：指出两两个框架架所描述述的事物物间的逻逻辑推理理关系，用它可以以表示相相应的产产生式规规则。【例】设设有下面面知识：如果咳咳嗽，发发烧且流流涕，则则八成是是患了感冒，需服用用感冒清清，一日日三次，每次2-3粒粒。并

13、要要多喝开开水。对该该知识，可用用如下两两个框架架表示：框架名：症状1：咳嗽症状2：发烧症状3：流涕Infer:可信度：0.8框架名：病名：感感冒治疗方法法：服用用感冒清清，一日日三次，每次次2-3粒注意事项项 ：多多喝开水水愈后：良良好7)Possible-Reason槽槽：与Infer槽作作用相反反，用来来把某个个结论与可能的的原因联联系起来来。15框架求解解问题的的过程在用框架架表示知知识的系系统中，问题的的求解主主要是通通过匹配配与填槽实现现的。要要求解某某个问题题时:(1)首首先把问问题用框框架表示示出来；(2)然然后与已已有的框框架进行行匹配，找出一一个或几几个可匹匹配的预预选框架

14、作作为初步步假设，并在此此引导下下收集进进一步的的信息;框架的匹匹配是通通过对相相应的槽槽的槽名名及槽值值逐个比比较实现现的。如果果两个框框架的各各对应槽槽没有矛矛盾，或或者满足足预先规规定的某些条条件，就就认为这这两个框框架可以以匹配。(3)最最后用某某种评价价方法对对预选框框架进行行评价，决定是是否接受受它。16继承性框架的推推理-例【例】师师生员工工的框架架网络已已建立在在知识库库中，从从知识库库中找出出一个满满足以下下条件的的教师：男性，年龄在在30岁岁以下，身体健健康，职职称为讲讲师把这这些条件件用框架架表示出出来，就就可得到到如下的的初始问问题框架框架名：姓名：年龄：30性别：男男

15、健康状况况：健康康职称：讲讲师某个教师师的事例例框架为为：框架名：继承：姓名：孙孙林年龄：28健康状况况：健康康部门：计计算机系系软件教教研室语种：德德语开始工作作时间：1985.9师生员工教师故：孙林林可能是是要找的的教师(符合条条件的可可能不止止孙林一一个,此框只能能作为预预选框,还需进一一步收集集更多的的信息,以从中选选出一个个)。17剧本(script)表示剧本是是框架的的一种特特殊形式式，它用用一组槽槽来描述述某些事事件的发生序序列，就就像剧本本中的事事件序列列一样，故称为为“剧本本”(脚脚本)表示示法。剧本的的构成(1)开开场条条件：给给出在剧剧本中描描述的事事件发生生的前提提条件

16、。(2)角角色：用来表表示在剧剧本所描描述的事事件中可可能出现现的有关关人物的一些些槽。(3)道道具：表示在在剧本所所描述的的事件中中可能出出现的有有关物体体的一些槽。(4)场场景：描述事事件发生生的真实实顺序，可以由由多个场场景组成成，每个场景景又可以以是其它它的剧本本。(5)结结果：在剧本本所描述述的事件件发生以以后通常常所产生生的结果果。18剧本表示示-例【例】餐餐厅剧本本(1)开开场条条件：(a)顾顾客饿了了，需要要进餐。(b)顾客有有足够的的钱。(2)角角色：顾客，服务员员，厨师师，老板板。(3)道道具：食品，桌子，菜单，钱。(4)场场景：场景1进进入餐餐厅(a)顾顾客走走入餐厅厅。

17、(b)寻寻找桌子子。(c)在在桌子子旁坐下下。场景2点点菜(a)服服务员员给顾客客菜单。(b) 顾客客点菜。(c)顾顾客把把菜单还还给服务务员。(d)顾顾客等等待服务务员送菜菜。场景3等等待(a)服服务员员把顾客客所点的的菜告诉诉厨师。(b) 厨师师做菜。19剧本表示示-例场景4吃吃菜(a)厨厨师把把做好的的菜给服服务员。(b) 服务务员给顾顾客送菜菜。(c)顾顾客吃吃菜。场景5离离开(a)服服务员员拿来帐帐单。(b)顾顾客付付钱给服服务员。(c)顾顾客离离开餐厅厅。(5)结结果(a)顾顾客吃吃了饭，不饿了了。(b)顾顾客花花了钱。(c)老老板挣挣了钱。(d)餐餐厅食食品少了了。20剧本的特特

18、点剧本中所所描述的的事件形形成一个个因果链链，链的起点点是开场场条件，满足这这些条件件，剧本本中的事事件才能能产生。链的终点点是一组组结果，这组结结果可能能导致以以后的事事件(可可能用其他的剧剧本来描描述)发发生。因果链内内前后的的事情相相互联系系。前面面的事件件使当前前的事件件有可能产生生，而当当前事件件又使后后面的事事件有可可能产生生。如已知某某一剧本本适用于于所给定定的情形形，则可可利用剧剧本来预预言一些没有有直接提提到的事事件。剧本结构构比较呆呆板，知知识表达达的范围围窄，不不适用于于表达各各种变化频繁繁的知识识。但对对于预先先构思好好的特定定知识，如理解解故事情节等等，是非非常有效效

19、的。21剧本的准准备和启启用准备剧剧本的方方法：在应用某某一剧本本以前，必须先先准备好好剧本。根据剧剧本的重重要性，可以以有二种种准备剧剧本的方方法。(1)对对于不不属于事事件核心心部分的的剧本，只需设设置指向向该剧本本的指针即即可，以以便当它它成为核核心时启启用。【例】有有下述事事件：苏珊在去去博物馆馆的路上上经过她她喜欢的的餐厅。她非常常喜欢这这次的毕加索索作品展展览会。则对于餐餐厅剧本本只需要要设置指指针即可可。(2)对对于符符合事件件核心部部分的剧剧本，则则应使用用在当前前事件中中涉及到的的具体对对象和人人物去填填写剧本本的槽。剧本的的启用：剧本的的前提、道具、角色和和事件等等常能指指

20、示启用该剧剧本。22剧本的推推理一旦剧本本被启用用，则可可以应用用它来进进行推理理。其中中最重要要的是运用剧剧本可以以预测没没有明显显提及的的事件的的发生。【例】对对于以下下情节：昨晚，约约翰到了了餐厅。他订了了牛排。当他付付完款，发现钱钱已用光，于于是就赶赶紧回家家了。问题：昨昨晚，约约翰吃饭饭了吗?【解】启启用餐厅厅剧本，情节中中的所有有事件与与剧本中中所预测测的事件序列列相对应应，因而而可以推推断出约约翰吃饭饭了。【例】对对于以下下情节：约翰走进进餐厅。他被带带到餐桌桌旁。订订了一大大块牛排排之后，他坐在那儿儿等了许许久。于于是，他他生气地地走了。该情节中中，因为为要久等等，所以以约翰走走了，这这一事件件改变了了餐厅脚本中中所预测测的事件件序列，因而餐餐厅剧本本被中断断了。23过程式表表示前面的几几种知识识表示方方法均是是知识和和事实的的一种静静止的表表示方法，即即为知识识的陈述述式表达达，是对对事物有有关知识识的静态态描述，是知知识的一一种显式式、说明明性知识识表达形形式。说明性表表示知识识给出事事物本身身的属性性及事物物之间的的相互关关系。对问问题的解解答就隐隐含在这这些知识识之中。而过程程性知识识则给出解决决一个问问题的具具体过程程。过程式式表示就就是将有有关某一一问题领领域的知知识，连连同如何何使用这些知知识的方方法，均均隐式地地表