人工智能课件 框架表示法

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,人工智能 丁世飞,*,人工智能,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“Aframework for representing knowledge”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。”,11/28/2024,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,:=(,Frame,+,),槽,有多,侧面（aspect）,:=,(,+,),:=,：,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：,:=,:,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：,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,：,：,Instance:,，,，,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,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,:=(Frame(：+)+),例、关,于,于球的框,架,架系统,(FrameThing,(VolumeUnit:cm,3,If-added:Classify),),(FrameSphere,(AkoValue:Thing),(RadiusUnit:cmIf-added:Evaluate-Volumn),(SurfaceUnit:cm,2,If-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,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:cm,3,If-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,VolumeUnit:cm3If-added:Classify,RadiusUnit:cm If-added:Evaluate-Volumn,SurfaceUnit:cm,2,If-Needed:Evaluate-Surface,ColorValue:White,Ako,RadiusValue:10,ColorValue:Red,VolumeValue:4190,RadiusValue:10,VolumeValue:4190000,Isa,Isa,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：,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；,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：,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；,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,(,Ako,Value:,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”,Ako,Ako,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,