人工智能 第三章 框架结构_OK

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– 门数
1
–
– 前墙
墙框架调用( 2, 1 )
– 煤气罐数 3
– 煤气灶数 3
–
– 在给出实例时，应同时给出它的所有上层框架中各属性的值
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框架系统的功能（续）
• ⒋匹配 – 产生式匹配 • 一般是完全匹配，部分匹配是特殊情形 – 框架匹配 • 一般是部分匹配，完全匹配是特殊情形 • 框架是对于一类事物的完整描述，它只是这一类事物的代表，当应用 于某个具体的个体时，总不可能做到完全一致
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框架系统的功能（续）
• ⒈ 描述 – 每个框架实现系统应该提供一套设备可以建立和管理（查阅、修改、推 理、）对某类客观事物的一个描述。此描述由一组互相联系、互相 支持的框架组成 – 设置一组槽，规定每个槽的性质，及槽与槽之间的关系 – 每个槽在框架中被认为是无内部结构的，但当需要时，它本身又可以扩 充为一个有内部结构的框架
第一章 演绎系统 第二章 产生式系统 第三章 框架结构 第四章 语义网络 第五章 过程性知识
第一部分 知识表示
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第三章 框架问题
• 3.1 事物的属性 • 3.2 框架
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框架
• 概述 – 1975年 Minsky在论文中提出了框架理论。他从心理学的证据出发，认为 人的知识以框架结构记存在人脑中。当人们面临新的情况，或对问题的 看法有重要变化时，总是从自己的记忆中找出一个合适的框架，然后根 据细节加以修改补充，从而形成对新观察到的事物的认识 – 人类对于一件事的了解，表现在对于这件实物的诸方面，即属性的了解。 掌握了事物的属性，也就有了关于事物的知识，知识表示是从属性描述 开始的
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框架（续）
• 机器人识别积木世界 – 框架：积木上方斜视图 • 物体：立方体 • 视角：斜俯视 • 视状：六角形 • 上面：面 A 斜视图（L1, L2, L3, L4 ） • 下左面：面 B 斜视图（L5, L4, L6, L8 ） • 下右面：面 C 斜视图（L3, L7, L9, L6 ） • 边：{ L1, L2, L3, L4, L5, L4, L6, L8, L9 } • 姿态：平卧 • 负载面： A • 接地面：{ B, C }
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框架系统的功能（续）
– 框架的一般结构 • <框架名> • <槽1> <侧面11> <值111> <值112>... • <侧面12> <值121> <值122>... • ... • <槽2> <侧面21> <值211> <值212>... • ... ... • <槽n> <侧面n1> <值n11> • ... ...
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框架（续）
• 框架的作用 – 表示事物各方面的属性 – 表示事物之间的类属关系 – 事物的特征和变异 – 识别、分析、预测事物及其行为
• 框架是一种结构性的知识表达方法
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框架（续）
• 《姻脂》故事的破案框架 – 框架名：t x未遂杀人案 • 犯罪意图：x • 犯罪结果：杀人 • 被杀者：y • 杀人动机：x 未遂被 y 发现 • 知情人：{ zi | i I } • 罪犯：t • 条件一：若 x 为强奸，则 t 必须是男性 • 条件二：有某个 zi 指控 t • 条件三：t 招认 – t=鄂秋隼，X=强奸，y=卞牛医， zi =卞妻，姻脂
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– 机器头脑中人的“房间”框架
• 框架
房间
– 墙数
a[ = 4]
– 条件： a > 0
– 窗数
b[ = 2]
– 条件： b 0
– 门数
c[ = 1]
– 条件： c > 0
– 前墙 – [后墙] – [左墙] – [右墙] – [家具]
墙框架调用( b, c, b1, c1, ) 墙框架调用( b, c, b2, c2, ) 墙框架调用( b, c, b3, c3, ) 墙框架调用( b, c, b4, c4, ) 家具框架调用
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框架系统的功能（续）
• ⒐ 修改 – 如果变异没有达到必须采取新框架的地步，或者没有合适的新框架可供 使用（系统数据库中没有），则可以对老框架进行现场修改，以符合变 异的要求。这时，框架中的其余有效部分应该保留
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框架系统的功能（续）
• ⒑ 查找 – 框架匹配的过程 • 整体与个体匹配 • 上层框架向下层框架转移 • 更新和修改 • 最加匹配 – 匹配过程实现 • 回溯算法 • 查找策略
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框架系统的功能（续）
• ⒍ 继承 – 框架之间的继承关系 • ⑴有限制地继承属性：指定从某一框架从另一框架继承那些属性 • ⑵有限制地排斥属性：凡是未列出的属性均自动继承，列出的反不予 继承 • ⑶有限制地继承属性值：指明那些属性值是照搬不变的 • ⑷有限制地排斥属性值：指明那些属性值是不予继承的，而其余自动 继承 • ⑸有限制地继承条件 • ⑹有限制地排斥条件 • ⑺给出属性值的映射函数：利用映射函数，可以根据上层框架的某些 属性值计算出下层框架的某些属性值 • ⑻指明属性的分裂
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框架系统的功能（续）
– 框架匹配成功的条件 • ⑴规定必要条件 – 某个属性必须存在 – 某个属性值必须是多少 – 某个条件必须成立 • ⑵规定允许的误差范围（规定缺省值的范围） – 房间的门数最多不超过4 – 厨房中的煤气罐数不能大雨3 • ⑶计算偏差度 – 规定某个属性值的缺省值允许的偏差 – 通过偏差度，确定属性值符合规定的可信度 • ⑷属性加权 – 通过对所有符合标准的那些属性之权取和，把此和值与一定的阈 值作比较而决定匹配是否成功
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框架系统的功能（续）
• ⒎ 变异 – 反常：客观事物中看到的与框架很不一致的现象 • 机器人看到炉子，当前框架变成“厨房” • 遇到反常现象：看到床 • 机器人应当考虑：是否需要变换框架 • 进一步观察：炉子的种类、现在的季节 • 煤炉、冬天，改用卧室框架
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框架系统的功能（续）
• ⒎ 变异 – 变异：如果发现许多边缘现象，这些现象虽然都没有达到能够推翻原有 框架的地步，但合起来却构成值得考虑的因素，那就也要研究框架的合 用性 • 机器人在一个很小的房间看到10对煤气灶和煤气罐 • 机器人应当分析：或许不是厨房 • 进一步观察：灰尘和蜘蛛网，而且没有一个煤气灶点火。周围没有足 够的空间可供人活动 • 仓库
– [地毯] 地毯框架调用
– [供电] 供电框架调用
– 天花板 天花板框架调用
– 地板
地板框架调用
• 条件：b1 + b2 + b3 + b4 = b, c1 + c2 + c3 + c4 = c
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• 框架 – 墙面材料 – 墙面颜色 – 窗数 – 条件： – 门数 – 条件： – 挂物数 – 挂物* – 窗* – 门*
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框架系统的功能（续）
– 框架不完全符合实际事物的可能性 • ⑴规定的属性不存在 – 如机器人进入房间时发现根本没有天花板 • ⑵规定的属性值不符 – 机器人从上方斜视积木时看到的不是六边形 • ⑶属性的缺省值和被匹配事物相应属性值不符 – 机器人发现房间中有两扇门 • ⑷为某个属性之值规定的类型或条件不成立 – 机器人从楼梯走进一个没有门的房间
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框架系统的功能（续）
– 框架匹配成功的条件 • ⑸设置一组判定产生式：当规定条件不成立时，可以利用这组产生式 进行推导，如果推导成功，则虽然条件不成立也无妨 • ⑹既规定充分因子，又规定必要因子 – 充分因子：符合标准的属性之权取和 – 必要因子：符合标准的属性之权取和；和值大则不匹配成功的可 能性大，和值小则不匹配成功的可能性小 • ⑺不局限于绝对成功的匹配 – 可信度 – 模糊度
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框架（续）
• 《姻脂》故事的破案框架的实例 – 框架实例：鄂秋隼强奸未遂杀人案 • 犯罪意图：强奸 • 犯罪结果：杀人 • 被杀者：卞牛医 • 杀人动机：强奸未遂被卞牛医发现 • 知情人：卞妻，姻脂 • 罪犯：鄂秋隼 • 条件一：鄂秋隼为男性，成立 • 条件二：姻脂指控鄂秋隼，成立 • 条件三：鄂秋隼招认，成立
墙( w, d, w1, d1 ) 白灰<或>油漆<或>墙纸
w1 w1 w d1 d1 d
物框架调用 窗框架调用 门框架调用
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框架系统的功能（续）
• ⒉ 子类 – 母类的属性子类都有。凡是母类框架（称为上层框架）中有的槽，在子 类框架（称为下层框架）中不再列出 – 如果某个属性在本层找不到，可以到它的上层框架中去找。若上层框架 中找不到，还可以通过上层框架的更上层框架中去找
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框架系统的功能（续）
• ⒌ 预测 – 根据预测，可以指导进一步的观察 • 看到三个煤气灶，根据“煤气灶数=煤气罐数”的条件，预测此房间 还有三个煤气罐去寻找那三个煤气罐 – 根据预测，可以假定还没有观察到的或难以观察到的事物 • 即使没有找到全部三个煤气罐，也可以假定有三个煤气罐。假定亮灯 的房间内有人
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框架（续）
• 框架的主要特征 – ⒈ 框架名（可带参数） – ⒉ 一组属性，每个属性成为一个槽，里面可以存放属性值 – ⒊ 每个属性对它的值有一定的类型要求，不同属性的类型要求不一样 – ⒋ 有些属性值可以是子框架调用，子框架调用可以带参数 – ⒌ 有些属性值是事先确定的，有些属性值需在生成实例时代入 – ⒍ 有些属性值在代入时需满足一定条件。有时，在不同属性的属性值之 间还有一些条件需要满足
公用厨房
– 转入条件 煤气罐数 > 0
– 煤气灶*
– 煤气罐*
–
– 条件： 煤气灶数 = 煤气罐数
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框架系统的功能（续）
• ⒊ 实例
– 子类的最低层是实例，它已经不是一个类，而只是一个个体的描述，它 是框架体系数的叶节点
• 框架实例
702 楼 503 号公用厨房
– 墙数
煤气罐数 > 0
– 窗数
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– “厨房”框架作为“房间”框架的下层框架
• 框架
厨房
– 转入条件 煤气罐数 > 0
– 煤气罐数 [1]
– 煤气灶 煤气灶物框架调用
– 煤气罐 煤气罐框架调用
– [菜厨] 菜厨框架调用
– [水斗] 水斗框架调用
– 工作台 工作台框架调用
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– “公用厨房”框架作为“厨房”框架的下层框架
• 框架
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框架系统的功能（续）
• ⒏ 更新 – 在发生变异的情况下要采取更新步骤 • 机器人把厨房框架更新为卧室框架 – 最佳猜测法：根据已知条件，采用最可能合用的新框架 • 机器人看到床时，不一定把厨房改更新为卧室框架。可能性有几种： – 双人床，或几张单人床，则最佳猜测是“卧室框架” – 一张单人床，室内陈设简单，则最佳猜测是“值班室框架”
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框架（续）
• 机器人识别积木世界 – 框架：面 x 斜视图( y1, y2, y3, y4 ) • 物体：正方平面 • 视角：斜俯视<或>斜测俯视 • 视状：平行四边形 • 左上边： y1 • 右上边： y2 • 左下边： y3 • 右下边： y4 • 姿态：平卧<或>直立 • 能载物：是<或>否 • 接地：是<或>否