知识的框架表示法教案

一、目标分析：

知识是智能的基础。为了使计算机具有智能，使它能模拟人类的智能行为，就必须使它具有知识。但知识是需要用适当的模式表示出来才能存储到计算机中去的，因此关于知识的表示问题就成为人工智能中的一个重要的研究课题。由此可见知识的表示是人工智能领域的关键性内容。知识的表示又有多种形式和方法，对于学生来说多了解多掌握知识的表示对人工智能的理解和掌握至关重要。

二、内容分析：

知识的框架表示要想让学生能够掌握其要领，我认为内容要涉及以下方面：

（1）框架表示法的理论基础，框架理论的介绍

（2）框架表示法的介绍

（3）框架表示法的特点。

三、学生分析：

学生通过前面的学习已经初步具备了一定的人工智能的相关知识基础。并且知识的框架表示和学生的生活实际有一定知识迁移性和共通性。对学生来说学习这方面的知识应当说比较容易入手和掌握，也有学习的兴趣。

四、教学重点：

（1）框架表示法的理论基础，框架理论的介绍

（2）框架表示法的介绍

（3）框架表示法的特点。

五、教学难点：

1、框架表示法实际应用

2、框架表示的使用特点和使用情况

六、教学过程：

复习：

提问：知识的常用几种表示

导入：

提问：请同学们闭上眼睛在脑海中想象一下：当一个人要走近一个教室时，他能根据以往的知识，想象到这个教室都有哪些实物信息吗？

学生的回答会包括：

四面墙，有门、窗、天花板和地板，有课桌、椅子、黑板等。

由此实例引出以下内容：

尽管他对这个教室的细节还不清楚，但对教室的基本结构是可以预见的。他之所以能做到这一点，是由于他通过以往的认识活动已经在记忆中建立了关于教室的框架，该框架不仅指出了相应事物的名称（教室），而且还指出了事物各有关方面的属性（如有四面墙、有课桌、有黑板，……）。通过对该框架的查找，很容易得到教室的各有关特征。

框架的概念和定义

知识的框架表示法1975年由M.Minsky提出，最早用作视觉感知、自然语言对话等问题的知识表示；目前已作为一种通用数据结构来表示知识对象(实体)。

框架理论认为，人们对现实世界中各种事物的认识都是以一种类似于框架的结构存储在记忆中的，当面临一种新事物时，就从记忆中找出一个合适的框架并根据实际情况对其细节加以修改、补充，从而形成对当前事物的认识

框架定义

1. 框架是用于描述具有固定的静态对象的通用数据结构，该对象用“对象…属性…属性值”表示；

2. 一个框架由若干个槽（Slot）组成，槽用于描述属性；

3. 一个槽又可由若干个侧面组成。侧面用于描述相应属性的一个方面；

4. 槽和侧面所具有的属性值分别称为槽值和侧面值；

5. 一个侧面可有一个或多个侧面值。

6. 对框架、槽或侧面，都可以复加上一些说明性信息，一般是指一些约束条件，用于指出什么样的值才能填入到槽或侧面中。

7. 槽值或侧面值既可以是数值，字符串，布尔值，也可以是一个在满足某个给定条件时要执行的动作或过程，特别是它还可以是另一个框架的名字，从而实现一个框架对另一个框架的调用8. 框架实质上是一个层次的嵌套链接表。

框架表示的实例

例：框架名：< 假冒伪劣商品>

商品名称：

生产厂家：

出售商店：

处罚：处理方式：

处罚依据：

处罚时间：单位（年、月、日）

经办部门：

在这个框架中，有4个槽，其中，“处罚”槽有4个侧面，侧面“处罚时间”用“单位”指出了一个填值时的标准限制。

延续导入实例：

当他进入教室后，经观察得到了教室的大小、门窗的个数、桌凳的数量、颜色等细节，把它们填入到教室框架中，就得到了教室框架的一个具体事例，称为事例框架

学生活动：

学生以小组的形式进行对框架表示的实际练习，写出教师这个职业的知识表示框架？

各小组完成后对所有的小组结果进行集体讨论

框架系统中求解问题的基本过程

在用框架表示知识的系统中，问题的求解主要是通过匹配与填槽实现的。

要求解某个问题时:

(1) 首先把这个问题用一个框架表示出来；

(2) 然后通过与知识库中已有的框架进行匹配，找出一个或几个可匹配的预选框架作为初步假设，并在此初步假设的引导下收集进一步的信息。

(3) 最后用某种评价方法对预选框架进行评价，以便决定是否接受它。

知识的框架表示法的特点

(1)结构性

框架表示法善于表示结构型知识，把知识的内部结构关系以及知识间的特殊联系表示出来。知识的基本单位是框架，而框架又由若干个槽组成，一个槽又由若干个侧面组成，这样就把知识的内部结构显式地表示出来。

(2)深层性

框架表示法不仅可以从多个方面、多重属性表示知识，可以以嵌套结构分层地对知识进行表示，或表示事物间的因果关系，因此能用来表示事物间的复杂的深层联系。

(3)继承性

在框架系统中，下层框架可以继承上层框架的槽值，也可进行补充，这不仅可以减少知识的冗余，而且较好地保证了知识的一致性。

(4)自然性

框架系统把某个实体或实体集的相关特性都集中在一起，从而高度模拟了人脑对实体的多方面、多层次的存储结构，直观自然，易于理解。

七、课下实践：

将学生这个群体用知识的框架表示出来，并且在同学间进行讨论和交流。