人工智能课件 框架表示法

2.4框架表示法

第2章知识表示

2.1概述2.2谓词逻辑表示法2.3产生式表示法人工智能丁世飞2.4框架表示法

框架表示法是以框架理论为基础发展起来的一种结构化的知识表示，它适用于表达多种类型的知识。1975年美国麻省理工学院明斯基(Minsky)在论文“Aframeworkforrepresentingknowledge”中提出了框架理论，引起了人工智能学者的重视。他是针对人们在理解情景、故事时提出的心理学模型，论述的是思想方法不是具体实现。

框架理论的基本观点是“人脑已存储有大量的典型情景，当人面临新的情景时，就从记忆中选择（粗匹配）一个称作框架的基本知识结构，这个框架是以前记忆的一个知识空框，而其具体内容依新的情景而改变，对这空框的细节加工修改和补充，形成对新情景的认识又记忆于人脑中，以丰富人的知识。”1/22/2023人工智能丁世飞【观察事物时的思维】人头脑中形成的对于事物的抽象模型（框架）；用“自顶向下”的方法先匹配一个现有的抽象模型（框架）;再确定抽象模型（框架）中的细节。框架表示法明斯基，1975，强调事物内部的结构化描述；较好地反映人观察事物的思维方式；应用于机器人识别领域。人工智能丁世飞2.4框架表示法

框架是表示某一类情景的结构化的一种数据结构。框架由描述事物的各个方面的槽组成，每个槽可有若干个侧面。一个槽用于描述所讨论对象的某一方面的属性，一个侧面用于描述相应属性的一个方面。槽和侧面所具有的值分别称为槽值和侧面值。槽值可以是逻辑的、数字的，可以是程序、条件、默认值或是一个子框架。槽值含有如何使用框架信息、下一步可能发生的信息、预计未实现该如何做的信息等。在一个用框架表示的知识系统中，一般都含有多个框架，为了区分不同的框架以及一个框架内不同的槽，不同的侧面，需要分别赋予不同的名字，分别称为框架名、槽名及侧面名。因此，一个框架通常由框架名、槽名、侧面和值这四部分组成，其一般结构如下：2.4.1框架结构人工智能丁世飞2.4框架表示法

＜框架名＞槽名1:侧面名11值11侧面名12值12::侧面名1m值1m槽名2:侧面名21值21侧面名22值22::侧面名2m值2m::框架的一般结构人工智能丁世飞2.4框架表示法

::槽名n:侧面名n1值n1侧面名n2值n2::侧面名nm值nm约束:约束条件1约束条件2:约束条件n框架的一般结构人工智能丁世飞框架的一般表示结构框架由描述事物各个方面属性的槽（slot）组成 <框架>:=(Frame<框架名>{<槽>}+)槽有多侧面（aspect） <槽>:=(<槽名>{<侧面>}+) <侧面>:=<侧面名>：<侧面值>与语义网络节点的表示结构相比较：表示结构接近，但框架更丰富（引入侧面）语义网络节点：<槽>:={<槽名>:<槽内容>}框架更强调表示事物的内部结构；语义网络节点更强调表示事物间的关系；人工智能丁世飞2.4框架表示法

例如，要用框架来描述“优质商品”这一概念。首先分析商品所具有的属性，一个商品可能具有的属性有：商品名称、生产厂商、生产日期、获奖情况等等，这里只考虑这几个属性。这几个属性可以定义为“优质商品”框架的槽，而“获奖情况”这个属性还可以从获奖等级、颁奖部门和获奖时间这3个侧面来加以描述。如果给各个槽和侧面赋予具体的值，就得到了“优质商品”这一概念的一个实例框架。框架名：<优质商品>商品名称：红桃K生产厂商：红桃K集团生产日期：1998年6月17日获奖情况：获奖等级：省级

颁奖单位：湖北省卫生厅

获奖时间：2000年5月人工智能丁世飞2.4框架表示法

通常在框架系统中定义一些公用、常用且标准的槽名，并把这些槽名称为系统预定义槽名。人们在使用这些槽名时，不用说明就知道它表示何种联系。下面给出几个比较常用的、用来表示对象间关系的槽名：（1）ISA槽ISA槽用于指出对象间抽象概念上的类属关系。其直观意义是“是一个”，“是一种”，“是一只”……。在一般情况下，用ISA槽指出的联系都具有继承性。

所谓框架的继承性就是指当下层框架中的某些槽值或侧面值没有被直接给定时，可以从其上层框架中继承这些值或属性。例如，椅子一般有4条腿，如果一把具体的椅子没有指出它有几条腿时，则可以通过一般椅子的特性，得出它有4条腿。人工智能丁世飞在此例中中，棋手手框架中中的ISA槽指出该该框架所所描述的的事物是是运动员员框架所所描述述事物的的属性及及值。人工智能能丁世世飞2.4框框架表表示法（2）AKO槽槽AKO槽槽用于具具体地指指出对象象间的类类属关系系。其直直观意义义是“是一种”。当用用它作为为某下层框架架的槽时时，就明明确地指指出了该该下层框框架所描描述的事事物是其其上层框框架所描描述事物物中的一一种，下下层框架架可继承上层框架架中值或或属性。。（3）Instance槽Instance槽用用来表示示AKO槽的逆逆关系。。当用它它作为某某上层框框架的槽槽时，可可在该槽槽中指出出它所联联系的下下层框架架。用Instance槽指指出的联联系都具有继承承性，即下层层框架可可继承上上层框架架中所描描述的属属性或值值。人工智能能丁世世飞Instance槽用来建立立AKO槽的逆关关系。当当用它作作为某上上层框架架的槽值值时，可可用来指指出它的的下层框框架是哪哪些。框架名：：<运动员>Instance:<棋手>，<足球运动员员>，<排球运动员员>姓名：单位位（姓，名名）年龄：单位位（岁）性别：范围围（男，女女）缺省：男人工智能丁丁世飞2.4框框架表示法法（4）Part-of槽Part-of槽用用于指出部部分和全体体的关系。。当用其作作为某框架架的一个槽槽时，槽中中所填的值值称为该框框架的上层层框架名，，该框架所所描述的对对象只是其其上层框架架所描述对对象的一部部分。例如，“两两条腿”是是“人体””的一部分分。可以将将“两条退退”和“人人体”分别别定义成框框架，“两两条退”为为下层框架架，“人体体”为其上上层框架。。在“两条条退”的框框架中设置置一个Part-of槽，槽槽值填入<人体>这这个框架名名。显然，用Part-of槽指指出的联系系所描述的的下层框架架和上层框框架之间不具有继承承性。人工智能丁丁世飞框架的一般般表示结构构<框架>:=(Frame<框架名>{(<槽名>{<侧面面名>：<侧面值>}+)}+)例３、关于于球的框架架系统(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)))概念的的框架架槽（属属性））有多多个侧侧面，，复杂杂！个体事事物的的框架架槽（属属性））只有有１个个侧面面，简简单！！概念的框架人工智能丁丁世飞框架系统相互关联的多个框架联合合起来构成框架系统；框架的某些槽的侧面值可以是其它框架；建立起节点是是框架的网络络；(FrameThing(VolumeUnit:cm3If-added:Classify))(FrameSphere(AkoValue:Thing)……)(FrameSphere1(IsaValue:Sphere))……)槽的侧面值是是框架Thing槽的侧面值是是框架Sphere简单的框架系系统人工智能丁丁世飞<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建立起节点是是框架的网络络人工智能丁丁世飞框架系统相互关联的多个框架联合合起来构成框架系统；框架的某些槽的侧面值可以是其它框架；建立起节点是框架的的网络；分类：①事物组组成描述复复杂事事物的的组成（分解事事物）；如，房间可层次次地分分解为为墙、天花板板、地板、家具、供电等组成成；②层次分分类人工智智能丁丁世世飞(Frame房间(墙数Value:4)(窗数数Value:2)(门数数Value:1)(墙框架:墙)(天花板框架:天花板)(地板框架:地板)(家具框架:家具))(Frame墙(墙面颜色Value:White)(墙面材料Value:油漆)(挂物框架:物)(窗框架:窗)(门框架:门))(Frame天花板……)(Frame地板……)(Frame家具……)房间墙地板家具天花板物窗门人工智能丁丁世飞框架系统相互关联的多个框架联合合起来构成框架系统；框架的某些槽的侧面值可以是其它框架，建立起节点点是框架的网网络；分类：①事物组成描述复杂事物物的组成（分解事物）；如，房间可层次地分解解为墙、天花板、地板、家具、供电等组成；②层次分类描述事物的层次分类体系（超类-子类、、类-个体）；如，不可能把各种种房间的所有可能属性性都写进房屋框架；把房间分成子类，每类房间都有自己的框架。人工智能丁丁世飞(Frame房间(墙数Value:4)(窗数Value:2)(门数Value:1)(墙框架:墙)(天花板框架:天花板)(地板框架:地板)(家具框架:家具)……)(Frame厨房(AkoValue:房间)(转入条件:煤煤气罐数>0)(煤气罐数Value:1)(煤气灶框架:煤气灶)(煤气罐框架:煤气罐))(Frame公用厨房(AkoValue:厨房)(转入条件:煤煤气罐数>1)(煤气罐数Value:2))厨房公用厨房房间墙地板家具天花板物窗门煤气罐数>0煤气罐数>1访问属性“墙”AkoAko人工智能丁丁世飞2.4框架架表示法下面一是一个个描述“教师师”的框架。。框架名：<教师>类属：<知识分子>工作：范围：（教学学，科研）缺省：教学性别：（男，女）学历：（中专，大学学）类别：（<小学教师师>，<中学学教师>，<大学教师>）在这个框架中中，框架名为为“教师”，，它含有5个个槽，槽名分分别是“类属属”、“工作作”、“性别别”、“学历历”和“类别别”。这些槽槽名后面就是是其槽值，而而槽值“<知知识分子>””又是一个框框架名。“范范围”、“缺缺省”是槽““工作”的两两个不同的侧侧面，其后是是侧面值。框架表示知识识举例人工智能丁丁世飞2.4框架架表示法例2.4.2下面是描描述“大学教教师”的框架架。框架名：<大学教师>类属：<教师>学位：范围：（学士士，硕士，博博士）缺省：硕士专业：<学科专业>职称：范围：（助教教，讲师，副副教授，教授授）缺省：讲师水平：范围：（优，，良，中，差差）缺省：良从上述两例可可以看出，这这两个框架之之间存在一种种层次关系，，称前者为上上层框架（或或父框架），，后者为下层层框架（或子子框架）。人工智能丁丁世飞2.4框架架表示法例2.4.3下面是描述一一个具体教师师的框架。框架名：<教教师-1>类属：<大学学教师>姓名：张宇性别：男年龄：32职业：<教师师>职称：副教授授部门：计算机机系研究方向：计计算机软件与与理论工作：参加时时间：2000年7月工龄：当前年年份-2000工资：<工资资单>比较上面几个个例子，可以以发现“教师师-1”是““大学教师””的下层框架架，而“大学学教师”又是是“教师”的的下层框架，，“教师”又又是“知识分分子”的下层层框架。框架架之间的这种种层次关系是是相对而言的的，下层框架架可以从上层层框架继承某某些属性或值值。这样，一一些相同的信信息可以不必必重复存储，，节省了存储储空间，这种种层次结构对对减少冗余信信息有重要意意义。人工智能丁丁世飞2.4框架架表示法例2.4.4下面有关地震震的新闻报道道，请用框架架结构表示这这段报道。“今天，一次次强度为里氏氏8.5级的的强烈地震袭袭击了下斯洛洛文尼亚（LowSlabovia）地区，，造成25人人死亡和5亿亿美元的财产产损失。下斯斯洛文尼亚地地区主席说：：多年来，靠靠近萨迪壕金金斯断层的重重灾区一直是是一个危险地地区。这是本本地区发生的的第3号地震震。”解：首先分析关于于地震报道中中所涉及的一一些有关地震震的关键属性性，这些属性性是地震发生生的地点、时时间、伤亡人人数、财产损损失数量、地地震强度的震震级和断层情情况。这些属属性可以作为为该框架的各各个槽。接下来，将本本报道中的有有关数据填入入相应的槽后后就得到了给给第3号地震震的框架。框架名：<第第3号地震>地点：LowSlabovia时间：今天伤亡人数：25财产损失：5亿美元震级：8.5级断层：萨迪壕壕金斯人工智能丁丁世飞2.4框架架表示法第3号地震LowSlabovia今天255亿美元8.5级萨迪壕金斯时间地点伤亡人数财产损失震级断层图2.2斯斯洛文尼亚亚第3号地震震框架图该框架也可以以用图2.2表示。人工智能丁丁世飞2.4框架架表示法在框架表示示的知识库库中，主要要有两种活活动：一是是填槽，即即框架中未未知内容的的槽需要填填写；而是是“匹配””，根据已已知事件寻寻找合适的的框架，并并将该内容容填入槽中中。上述两种操操作均将引引起推理，，其主要推理理形式有：：1、默认推推理在框架网络络中，各框框架之间通通过ISA链（槽））构成半序序的继承关关系。在填填槽过程中中，如果没没有特别的的说明，子子框架的槽槽值将继承承父框架相相应的曹值值，称为默默认推理。。推理方法人工智能丁丁世飞2.4框框架表示法法2、匹配由框架所构成成的知识库，，当利用它进进行推理、形形成概念和作作出决策、判判断时，其过过程往往是根根据已知的信信息，通过与与知识库中预预先存储的框框架进行匹配配，找出一个个或几个与该该信息所提供供的情况最适适合的预选框框架，形成初初步假设，即即由输入信息息激活相应的的框架。然后后在在该假设设框架引导下下，收集进一一步的信息。。按某种评价价原则，对预预选的框架进进行评价，以以决定最后接接受或放弃预预选的框架，，即在框架引引导下的推理理。这个过程可