第三章 知识表示和推理之框架表示法

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，通过对 该框架的查找，就很容易得到有关教室 的特征。
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
例如，会议37是所有AI会 议中的一次，因此它可以继承 AI会议这个大框架的多种属性， 从而简化它的框架表示。
AI会议 种类 一般会议 时间 会议37 种类
表示会议37与AI会 议的上下层关系
每周星期五
地点 AI专题研讨会会议室 目的 人工智能系统开发 出席者 佐藤，山田，铃木
AI会议 出席者 佐藤，山田，安部
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：
教师-1 姓名 年龄 性别 职称 部门 住址 工资 参加工作时间 范怡伟 35 男 讲师 计算机学院/软件所 住址框架-1 工资框架-1 1996年/ 10 月
槽值
CPU
主板
内存
侧面值
硬盘
举例：会议37的框架
会议37 时间 2000年9月11日
地点
AI专题研讨会会议室 目的 人工智能系统开发 出席者
佐藤，山田，安部
举例：教师的框架
教师 姓名 年龄 性别 职称 部门 住址 工资 参加工作时间 男/女 教授/副教授 /讲师/助教 院/研究所 住址框架 工资框架 年/ 月
教师-2 姓名 年龄 性别 职称 部门 住址 工资 参加工作时间 李连鹰 58 男 教授 计算机学院/软件所 住址框架-1 工资框架-1 1966年/ 10 月
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。
大框架
E
A B B E D
立方体1
立方体2
E
A
A
子框架
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：
D A
C
B
情景c）
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。
§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。
§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。
新闻框架表达步骤
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、地震强 度的震级、断层情况。
第二步：将有关数据填入相应的槽。
地震3
地点
Low Slabovia 时间 今天 伤亡人数 25 财产损失 5亿美元 震级 8.5 断层 萨迪豪金斯
框架名
槽1
JOHN Isa
PERSON Profession Programmer
槽值
槽2 槽3 槽4
Height
1.8m Weight
79Kg
再如，一台计算机主机的框架表示：
框架名
槽1
槽2 槽3 槽4 槽5 槽6
计算机主机
主机品牌 生产厂商 联想1+1 北京联想集团公司 品牌：Intel 型号：奔腾IV/825 品牌： 型号： 品牌： 型号： 容量： 品牌： 型号： 容量：
教师-x
姓名 年龄 性别 职称
35 男 讲师
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
例如，一个三角锥由四个面组成
三角锥 三角形面1 A
三角形面2
A B
B
三角形面3
C 三角形面4 D
从不同角度观察，可看到不同的面。 如，
情景a） 对象
三角锥
A B
左侧三角形 A
情景a）
右侧三角形
B
又如，
情景b） 对象 三角锥
C AB
左下三角形 A 右下三角形
B
情景b）
上侧三角形 C
再如，
对于情景c），由
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。
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。
进行推理和求解问题时，会把程序附加在槽 内。
一般会议 种类 社会活动 时间 IF-ADDED(填写日历的程序) 出席者 IF-NEEDED(询问使用者的程序）
§3.3.4 框架的特征
框架表示法的特点： 1. 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。 2. 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。 3. 自然性 体现了人类在观察事物时的思维活动。
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abovia)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。