人工智能第2章知识表示方法
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框架表示法
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。 【例】对教室的知识：在记忆中建立关于教室的框架，指 出相应事物的名称（教室），以及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。 当实际接触了教室后，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。
侧面名11：侧面值111…侧面值11p
侧面名12：侧面值121…侧面值12p
… 槽名2：槽值2
侧面名21：侧面值211…侧面值21p
… 槽名n：槽值n
侧面名n1：侧面值n11…侧面值n1p
…
侧面名nm：侧面值nm1…侧面值nmp
3
框架表示法-例
【例】一个人可以用其职业、身高和体重等项描述，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。 下面是描述John的框架。 框架名：<PERSON-1>
（以此类推）
8
框架网络-例
师生员工框架为： 框架名：<师生员工> 姓名： 单位（姓，名） 年龄： 单位（岁） 性别： 范围（男，女） 缺省：男
健康状况： 范围（健康,一般,差） 缺省：一般
住址： <住址框架> 教职工框架为： 框架名：<教职工>
继承：<师生员工> 工作类别：范围(教师,干部,工人)
7
框架网络-例
下图是一个关于师生员工的框架网络。 师生员工框架
教职工框架 …
学生框架 …
教师框架 工人框架 电子系学生框架 机械系学生框架
…
…
…
…
教师1 教师n
学生1
学生n
师生员工框架：用于描述师生员工的共同属性，例如姓名，
性别，年龄等；
教职工框架：用于描述教师、干部、工人的共同属性，凡是
在师生员工框架中已指出的属性在这里可不再重复描述；
表示出来； 仅仅需要对有关的属性设立槽，不可面面俱到，以免浪费
空间和降低系统的运行效率。 充分表达相关事物间的各种关系——由槽中的框架名建立联系
事物间的联系是通过在槽中填入相应的框架名来建立的， 它们之间究竟是一种什么样的关系，则是由槽名来指明 的。 对槽及侧面进行合理的组织——利用其上下层间的继承性。 尽量将不同框架中的相同属性抽取出来，放入其上层框 架，而在下层框架中只描述相应事物独有的属性。 从而减少信息的重复性，并且有利于知识的一致性。 有利于进行框架推理。 框架推理是一个反复进行框架匹配的过程，为了是推理得
name
:JOHN
isa
:PERSON
profession :PROGRAMMER
height
:1.8m
示法-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。
5
框架网络
◆框架间的横向联系： 由于框架中的槽值或侧面值都可以是另一个框架的名字，这 就在框架之间 建立起了联系，通过一个框架可以找到另一个 框架，这称为横向联系。 ◆框架间的纵向联系： 当某些事物有一些共同的属性时，在对它们进行描述时，可 以将它们具有的共同属性抽取出来，构成一个上层框架，然 后再对各自独有的属性分别构成下层框架。 为了指明框架间的这种上下关系，可在下层框架中设立一个 专用的槽，用以指出他的上层框架是哪一个。这样就在框架 间建立了纵向联系。 ◆具有横向联系及纵向联系的一组框架称为框架网络。
6
框架间的继承
◆框架的继承性，就是当子节点的某些槽值或侧面值没有被 直接记录时，可以从其父节点继承这些值。 继承性是框架表示法的一个重要特性，它不仅可以在两个框 架之间实现继承关系，而且还可以通过两两的继承关系，从 最低层追搠到最高层，使高层的信息逐层向低层传递。 例如，椅子一般都有4条腿，如果一把具体的椅子没有说明它 有几条腿，则可以通过一般椅子的特性，得出它也有4条腿。 如果一个在上层框架中描述的属性在下层框架需作进一步说 明时，则需要在下层框架中再次给出描述。 如果在下层框架中对某些槽没有作特别的声明，那么它将自 动继承上层框架相应槽的槽值。
对框架、槽或侧面，都可以附加上一些说明性信息(约束条
件)，用于指出什么样的值才能填入到槽或侧面中。
槽值或侧面值的取值：
数值、字符串、布尔值；
在满足某个给定条件时要执行的动作或过程；
另一个框架的名字。
框架实质上是一个层次的嵌套链接表。
2
框架表示法
一个框架的一般结构如下： 框架名：<框架名>
槽名1：槽值1
缺省：教师 开始工作时间：单位(年，月) 截止工作时间：单位(年，月)
缺省：现在 离退休状况：范围(离休，退休)
9
框架网络-例
教师框架为： 框架名：<教师> 继承：<教职工> 部门：单位(系，教研室) 语种：范围(英语,法语,日语,
德语,俄语)
缺省：英语 外语水平：范围(优，良， 中，差)
缺省：良 职称：范围(教授,副教授,讲师,
1
框架表示法
◆框架是一种结构化表示法。通常框架采用节点-槽-值表示。
框架用于描述格式固定的事物、行动和事件。
◆框架的构成
一个框架由若干个槽（Slot）组成，槽用于描述属性；
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；一个侧面可有一个或多个侧面值。
槽和侧面所具有的属性值分别称为槽值和侧面值。
助教) 缺省：讲师
研究方向：
某个教师的事例框架为： 框架名：<教师-1> 继承：<教师> 姓名：孙林 年龄：28 健康状况：健康 部门：计算机系软件教研室 语种：德语 开始工作时间：1985.9
10
框架中槽的设置与组织
充分表达事物各有关方面的属性——合理地设置槽 要与系统的设计目标相一致，所要求的及可能用到的都要
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。 【例】对教室的知识：在记忆中建立关于教室的框架，指 出相应事物的名称（教室），以及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。 当实际接触了教室后，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。
侧面名11：侧面值111…侧面值11p
侧面名12：侧面值121…侧面值12p
… 槽名2：槽值2
侧面名21：侧面值211…侧面值21p
… 槽名n：槽值n
侧面名n1：侧面值n11…侧面值n1p
…
侧面名nm：侧面值nm1…侧面值nmp
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框架表示法-例
【例】一个人可以用其职业、身高和体重等项描述，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。 下面是描述John的框架。 框架名：<PERSON-1>
（以此类推）
8
框架网络-例
师生员工框架为： 框架名：<师生员工> 姓名： 单位（姓，名） 年龄： 单位（岁） 性别： 范围（男，女） 缺省：男
健康状况： 范围（健康,一般,差） 缺省：一般
住址： <住址框架> 教职工框架为： 框架名：<教职工>
继承：<师生员工> 工作类别：范围(教师,干部,工人)
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框架网络-例
下图是一个关于师生员工的框架网络。 师生员工框架
教职工框架 …
学生框架 …
教师框架 工人框架 电子系学生框架 机械系学生框架
…
…
…
…
教师1 教师n
学生1
学生n
师生员工框架：用于描述师生员工的共同属性，例如姓名，
性别，年龄等；
教职工框架：用于描述教师、干部、工人的共同属性，凡是
在师生员工框架中已指出的属性在这里可不再重复描述；
表示出来； 仅仅需要对有关的属性设立槽，不可面面俱到，以免浪费
空间和降低系统的运行效率。 充分表达相关事物间的各种关系——由槽中的框架名建立联系
事物间的联系是通过在槽中填入相应的框架名来建立的， 它们之间究竟是一种什么样的关系，则是由槽名来指明 的。 对槽及侧面进行合理的组织——利用其上下层间的继承性。 尽量将不同框架中的相同属性抽取出来，放入其上层框 架，而在下层框架中只描述相应事物独有的属性。 从而减少信息的重复性，并且有利于知识的一致性。 有利于进行框架推理。 框架推理是一个反复进行框架匹配的过程，为了是推理得
name
:JOHN
isa
:PERSON
profession :PROGRAMMER
height
:1.8m
示法-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。
5
框架网络
◆框架间的横向联系： 由于框架中的槽值或侧面值都可以是另一个框架的名字，这 就在框架之间 建立起了联系，通过一个框架可以找到另一个 框架，这称为横向联系。 ◆框架间的纵向联系： 当某些事物有一些共同的属性时，在对它们进行描述时，可 以将它们具有的共同属性抽取出来，构成一个上层框架，然 后再对各自独有的属性分别构成下层框架。 为了指明框架间的这种上下关系，可在下层框架中设立一个 专用的槽，用以指出他的上层框架是哪一个。这样就在框架 间建立了纵向联系。 ◆具有横向联系及纵向联系的一组框架称为框架网络。
6
框架间的继承
◆框架的继承性，就是当子节点的某些槽值或侧面值没有被 直接记录时，可以从其父节点继承这些值。 继承性是框架表示法的一个重要特性，它不仅可以在两个框 架之间实现继承关系，而且还可以通过两两的继承关系，从 最低层追搠到最高层，使高层的信息逐层向低层传递。 例如，椅子一般都有4条腿，如果一把具体的椅子没有说明它 有几条腿，则可以通过一般椅子的特性，得出它也有4条腿。 如果一个在上层框架中描述的属性在下层框架需作进一步说 明时，则需要在下层框架中再次给出描述。 如果在下层框架中对某些槽没有作特别的声明，那么它将自 动继承上层框架相应槽的槽值。
对框架、槽或侧面，都可以附加上一些说明性信息(约束条
件)，用于指出什么样的值才能填入到槽或侧面中。
槽值或侧面值的取值：
数值、字符串、布尔值；
在满足某个给定条件时要执行的动作或过程；
另一个框架的名字。
框架实质上是一个层次的嵌套链接表。
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框架表示法
一个框架的一般结构如下： 框架名：<框架名>
槽名1：槽值1
缺省：教师 开始工作时间：单位(年，月) 截止工作时间：单位(年，月)
缺省：现在 离退休状况：范围(离休，退休)
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框架网络-例
教师框架为： 框架名：<教师> 继承：<教职工> 部门：单位(系，教研室) 语种：范围(英语,法语,日语,
德语,俄语)
缺省：英语 外语水平：范围(优，良， 中，差)
缺省：良 职称：范围(教授,副教授,讲师,
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框架表示法
◆框架是一种结构化表示法。通常框架采用节点-槽-值表示。
框架用于描述格式固定的事物、行动和事件。
◆框架的构成
一个框架由若干个槽（Slot）组成，槽用于描述属性；
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；一个侧面可有一个或多个侧面值。
槽和侧面所具有的属性值分别称为槽值和侧面值。
助教) 缺省：讲师
研究方向：
某个教师的事例框架为： 框架名：<教师-1> 继承：<教师> 姓名：孙林 年龄：28 健康状况：健康 部门：计算机系软件教研室 语种：德语 开始工作时间：1985.9
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框架中槽的设置与组织
充分表达事物各有关方面的属性——合理地设置槽 要与系统的设计目标相一致，所要求的及可能用到的都要