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1、第三章 知识表示和推理,框架表示及推理,框架知识表示法的提出,1975年明斯基在论文“A framework for representing knowledge”中提出了框架理论。它所针对的是人们在理解事物情景或某一个故事时的心理学模型，论述了人们理解问题的一种思想方法。,两种不同的知识表示法,产生式系统表示的知识是庞大、凌乱，且不易整理的。框架法表示的知识一般是系统的，有层次的，经过整理的，并跟随事情的发展而变化的。,例如:,一个人在走进教室前，对教室里的基本结构，如门、窗、黑板、讲台以及课桌和凳等有一定的预见性，那是因为他在以前的时间活动中，已建立起了有关“教室”这一概念的基本框架，通过
2、对该框架的查找，就很容易得到有关教室的特征。,框架系统,以框架作为单位，将一组有关的框架连接起来，便形成了框架系统。在框架系统中，不同的框架可以有共同的节点，系统的行为由系统内框架的变化来表现。推理过程则由框架之间的协调来完成。,对于某些问题，有时要同时使用多个框架，组成一个框架系统来表示。例如，一个立方体有三个面可见，则它需要四个子框架来说明它。,立方体1,B,E,A,子框架,A,B,E,大框架,E,A,D,立方体2,从上图可看出，一个框架结构可以是另一个框架的槽值，并且同一个框架结构可以作为几个不同的框架的槽值。这样，可以节省存储空间，这就是框架的重要特性继承性。即当子节点的某些槽值或侧面
3、值没有直接记录时，可以从父节点继承这些值。,默认值的作用：,这样一个故事:Bob住在一幢大楼房的十二层楼上，每天早上他从第十二层楼进入电梯，然后从底层离开，并且每天晚上如果有人在电梯里时，他就从底层进入电梯而从第十二层楼离开，如果他是独自一人乘电梯，那么他就从第八层下来并走到第十二层，根据“成年人”的默认值的继承作用，我们就很容易得出Bob是一个小孩，它够不着到十二层楼的按钮，仅能到达第八层。,3.3.1 典型知识与框架,框架的定义： 框架是一种描述所论对象属性的数据结构。 所论的对象可以是一个事物、一个事件或者一个概念。,框架的结构,一个框架由若干个“槽”组成，用于描述所论及对象的若干个方面
4、的属性；每个“槽”又可划分为若干个“侧面”，用于描述相应属性的若干个方面。槽和侧面所具有的属性值分别称为槽值和侧面值，具体的值可以是程序、条件、默认值或是一个子框架。,框架的一般格式,一个框架可以由框架名、槽、侧面和值四部分组成，表示成如下格式： 框架名 槽1侧面11值111 侧面12值121 槽2侧面21值211 槽n侧面n1值n11 侧面nm值nm1,例如，一个人可以用其职业、身高和体重等项描述，因而可以用这些项目组成框架的槽。当描述一个具体的人时，再用这些项目的具体值填入到相应的槽中。后表给出的是描述John的框架。,框架名,槽1,槽2,槽3,槽4,槽值,再如，一台计算机主机的框架表示：
5、,框架名,槽1,槽2,槽3,槽4,槽5,槽6,槽值,侧面值,举例：会议37的框架,举例：教师的框架,关于自然灾害的新闻报道中所涉及的事实经常是可以预见的，这些可预见的事实就可以作为代表所报道的新闻中的属性。例如，以下是一则关于地震的报道，请用框架表达这段报道。今天，一次强度为里氏8.5级的强烈地震袭击了下斯洛文尼亚(Low Slabovia)地区，造成25人死亡和5亿美元的财产损失。下斯洛文尼亚地区主席说：多年来，靠近萨迪豪金斯断层的重灾区一直是一个危险地区。这是本地区发生的第3号地震。,第一步：确定属性框架的槽。 本报道中关于地震的关键属性是地震发生的地点、时间、伤亡人数、财产损失数量、地震
6、强度的震级、断层情况。,新闻框架表达步骤,第二步：将有关数据填入相应的槽。,例如，一个三角锥由四个面组成,A,B,从不同角度观察，可看到不同的面。如，,A,B,情景a）,又如，,情景b）,A,B,C,再如，,对于情景c），由于它与情景b）的框架匹配失败，说明情景c）看到的不是一个三角锥，需寻找另外的框架与之匹配。,A,B,D,C,情景c）,3.3.2 阶层知识与特征的继承,框架表示的知识特点具有分类、阶层构造的特性。这类阶层构造的知识，上层框架具有的特征应是与之相联系的所有下层框架共有的，即下层框架能继承上层框架的信息。,例如，会议37是所有AI会议中的一次，因此它可以继承AI会议这个大框架的
7、多种属性，从而简化它的框架表示。,表示会议37与AI会议的上下层关系,框架知识除了可以进行继承推理外，还有匹配推理方式。例如，假设有关教师的框架网络已建立灾知识库中，且其中包含了许多教师的实例框架，其中两个如示：,当要解决的问题是从知识库中找出一个满足如下条件的教师： 男性，年龄在35岁以下，职称为讲师 把这些条件用框架表示出来，就可得到如下的初始问题框架。,用此问题框架与知识库中的框架匹配，显然“教师-1”框架可以匹配。“教师- x”中的“姓名”槽为未知，通过匹配，符合条件的教师有可能就是范怡伟。也还可能是其他的框架，需要进一步收集信息。,3.3.3 程序知识及其启动,在用框架进行知识表示的过程中，如果需要进行推理和求解问题时，会把程序附加在槽内。,3.3.4 框架的特征,框架表示法的特点：结构性 善于表达结构性的知识，能够把知识的内部结构及联系表示出来。继承性 下层框架可以继承上层框架的值，即减少了知识的冗余，又保证了知识的一致性。自然性 体现了人类在观察事物时的思维活动。,
