人工智能课件-2[1].4-框架表示法.ppt
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- 人工智能 课件 框架 表示
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1、人工智能人工智能2.4 2.4 框架表示法框架表示法 第第2 2章章 知识表示知识表示 2.1 2.1 概概 述述2.2 2.2 谓词逻辑表示法谓词逻辑表示法2.3 2.3 产生式表示法产生式表示法人工智能人工智能2.4 2.4 框架表示法框架表示法 框架表示法框架表示法是以框架理论为基础发展起来的一种结构化的是以框架理论为基础发展起来的一种结构化的知识表示,它适用于表达多种类型的知识。知识表示,它适用于表达多种类型的知识。19751975年美国麻省理年美国麻省理工学院明斯基工学院明斯基(Minsky(Minsky) )在论文在论文“A Aframework for representfram
2、ework for representing knowledge”ing knowledge”中提出了框架理论,引起了人工智能学者的中提出了框架理论,引起了人工智能学者的重视。他是针对人们在理解情景、故事时提出的心理学模型,重视。他是针对人们在理解情景、故事时提出的心理学模型,论述的是思想方法不是具体实现。论述的是思想方法不是具体实现。 框架理论的基本观点框架理论的基本观点是是“人脑已存储有大量的典型情景,人脑已存储有大量的典型情景,当人面临新的情景时,就从记忆中选择(粗匹配)一个称作框当人面临新的情景时,就从记忆中选择(粗匹配)一个称作框架的基本知识结构,这个框架是以前记忆的一个知识空框,而
3、架的基本知识结构,这个框架是以前记忆的一个知识空框,而其具体内容依新的情景而改变,对这空框的细节加工修改和补其具体内容依新的情景而改变,对这空框的细节加工修改和补充,形成对新情景的认识又记忆于人脑中,以丰富人的知识。充,形成对新情景的认识又记忆于人脑中,以丰富人的知识。” ” 人工智能人工智能n【观察事物时的思维【观察事物时的思维】n 人头脑中形成的对于事物的人头脑中形成的对于事物的抽象模型(框架)抽象模型(框架) ;n用用“自顶向下自顶向下”的方法的方法n先先匹配匹配一个现有的一个现有的抽象模型(框架)抽象模型(框架) ;n再确定再确定抽象模型(框架)抽象模型(框架)中的细节。中的细节。n框
4、架表示法框架表示法n明斯基,明斯基,1975,强调,强调事物内部事物内部的结构化描述;的结构化描述;n较好地反映人较好地反映人观察观察事物的思维方式;事物的思维方式;n应用于应用于机器人机器人识别识别领域。领域。人工智能人工智能2.4 2.4 框架表示法框架表示法 框架是表示某一类情景的结构化的一种数据结构。框架由描框架是表示某一类情景的结构化的一种数据结构。框架由描述事物的各个方面的述事物的各个方面的槽槽组成,每个槽可有若干个组成,每个槽可有若干个侧面侧面。一个槽用。一个槽用于描述所讨论对象的某一方面的属性,一个侧面用于描述相应属于描述所讨论对象的某一方面的属性,一个侧面用于描述相应属性的一
5、个方面。槽和侧面所具有的值分别称为性的一个方面。槽和侧面所具有的值分别称为槽值槽值和和侧面值侧面值。槽。槽值可以是逻辑的、数字的,可以是程序、条件、默认值或是一个值可以是逻辑的、数字的,可以是程序、条件、默认值或是一个子框架。槽值含有如何使用框架信息、下一步可能发生的信息、子框架。槽值含有如何使用框架信息、下一步可能发生的信息、预计未实现该如何做的信息等。预计未实现该如何做的信息等。 在一个用框架表示的知识系统中,一般都含有多个框架,为在一个用框架表示的知识系统中,一般都含有多个框架,为了区分不同的框架以及一个框架内不同的槽,不同的侧面,需要了区分不同的框架以及一个框架内不同的槽,不同的侧面,
6、需要分别赋予不同的名字,分别称为框架名、槽名及侧面名。因此,分别赋予不同的名字,分别称为框架名、槽名及侧面名。因此,一个框架通常由一个框架通常由框架名、槽名、侧面和值框架名、槽名、侧面和值这四部分组成,其一般这四部分组成,其一般结构如下:结构如下:2.4.1 框架结构框架结构人工智能人工智能2.4 2.4 框架表示法框架表示法 框架名框架名 槽名槽名1: 侧面名侧面名11 值值11 侧面名侧面名12 值值12 : : 侧面名侧面名1m 值值1m 槽名槽名2: 侧面名侧面名21 值值21 侧面名侧面名22 值值22 : : 侧面名侧面名2m 值值2m : :框架的一般结构框架的一般结构人工智能人
7、工智能2.4 2.4 框架表示法框架表示法 : : 槽名槽名n: 侧面名侧面名n1 值值n1 侧面名侧面名n2 值值n2 : : 侧面名侧面名nm 值值nm 约约 束束: 约束条件约束条件1 约束条件约束条件2 : 约束条件约束条件n 框架的一般结构框架的一般结构人工智能人工智能n框架的一般表示结构框架的一般表示结构n框架框架由由描述事物各个方面属性描述事物各个方面属性的的槽(槽(slot)组成组成 := (Frame +)n槽槽有多有多侧面(侧面(aspect) := ( +) := :n与与语义网络节点语义网络节点的表示结构相比较:的表示结构相比较:n表示结构接近,但表示结构接近,但框架更
8、丰富(引入侧面)框架更丰富(引入侧面)n语义网络节点:语义网络节点: :=: n框架框架更强调表示更强调表示事物的内部结构事物的内部结构;n语义网络节点语义网络节点更强调表示更强调表示事物间的关系事物间的关系; 人工智能人工智能2.4 2.4 框架表示法框架表示法 例如,要用框架来描述例如,要用框架来描述“优质商品优质商品”这一概念。首先分析这一概念。首先分析商品所具有的属性,一个商品可能具有的属性有:商品名称、商品所具有的属性,一个商品可能具有的属性有:商品名称、生产厂商、生产日期、获奖情况等等,这里只考虑这几个属性。生产厂商、生产日期、获奖情况等等,这里只考虑这几个属性。这几个属性可以定义
9、为这几个属性可以定义为“优质商品优质商品”框架的槽,而框架的槽,而“获奖情况获奖情况”这个属性还可以从获奖等级、颁奖部门和获奖时间这这个属性还可以从获奖等级、颁奖部门和获奖时间这3 3个侧面来个侧面来加以描述。如果给各个槽和侧面赋予具体的值,就得到了加以描述。如果给各个槽和侧面赋予具体的值,就得到了 “ “优优质商品质商品”这一概念的一个实例框架。这一概念的一个实例框架。框架名:框架名: 商品名称商品名称:红桃:红桃K K生产厂商生产厂商:红桃:红桃K K集团集团生产日期生产日期:19981998年年6 6月月1717日日获奖情况获奖情况:获奖等级获奖等级:省级:省级 颁奖单位颁奖单位:湖北省
10、卫生厅:湖北省卫生厅 获奖时间获奖时间:20002000年年5 5月月人工智能人工智能2.4 2.4 框架表示法框架表示法 通常在框架系统中定义一些公用、常用且标准的槽名,并通常在框架系统中定义一些公用、常用且标准的槽名,并把这些槽名称为系统预定义槽名。人们在使用这些槽名时,不把这些槽名称为系统预定义槽名。人们在使用这些槽名时,不用说明就知道它表示何种联系。用说明就知道它表示何种联系。下面给出几个比较常用的、用下面给出几个比较常用的、用来表示对象间关系的槽名:来表示对象间关系的槽名: (1)ISA槽槽 ISAISA槽用于指出对象间抽象概念上的类属关系。其直观意槽用于指出对象间抽象概念上的类属关
11、系。其直观意义是义是“是一个是一个”,“是一种是一种”,“是一只是一只”。在一般情况。在一般情况下,用下,用ISAISA槽指出的联系都槽指出的联系都具有继承性具有继承性。 所谓框架的继承性所谓框架的继承性就是指当下层框架中的某些槽值或侧面就是指当下层框架中的某些槽值或侧面值没有被直接给定时,可以从其上层框架中继承这些值或属性。值没有被直接给定时,可以从其上层框架中继承这些值或属性。 例如,椅子一般有例如,椅子一般有4 4条腿,如果一把具体的椅子没有指出条腿,如果一把具体的椅子没有指出它有几条腿时,则可以通过一般椅子的特性,得出它有它有几条腿时,则可以通过一般椅子的特性,得出它有4 4条腿。条腿
12、。人工智能人工智能在此例中,棋手框架中的在此例中,棋手框架中的ISA槽指出该框架所描述槽指出该框架所描述的事物是运动员框架所的事物是运动员框架所 描述事物的属性及值。描述事物的属性及值。人工智能人工智能2.4 2.4 框架表示法框架表示法 (2)AKO槽槽 AKOAKO槽用于具体地指出对象间的类属关系。其直观意义槽用于具体地指出对象间的类属关系。其直观意义是是“是一种是一种”。当用它作为某。当用它作为某下层框架的槽时,就明确地指下层框架的槽时,就明确地指出了该下层框架所描述的事物是其上层框架所描述事物中的出了该下层框架所描述的事物是其上层框架所描述事物中的一种,下层框架可一种,下层框架可继承继
13、承上层框架中值或属性。上层框架中值或属性。(3)Instance槽槽 Instance槽用来表示槽用来表示AKO槽的逆关系。当用它作为某上槽的逆关系。当用它作为某上层框架的槽时,可在该槽中指出它所联系的下层框架。用层框架的槽时,可在该槽中指出它所联系的下层框架。用Instance槽指出的联系都槽指出的联系都具有继承性具有继承性,即下层框架可继承上,即下层框架可继承上层框架中所描述的属性或值。层框架中所描述的属性或值。人工智能人工智能Instance槽用来建立AKO槽的逆关系。当用它作为某上层框架的槽值时,可用来指出它的下层框架是哪些。 框架名: Instance:, 姓名:单位(姓,名) 年龄
14、:单位(岁) 性别:范围(男,女) 缺省:男人工智能人工智能2.4 2.4 框架表示法框架表示法 (4)Part-of槽槽 Part-of槽用于指出部分和全体的关系。当用其作为某框架槽用于指出部分和全体的关系。当用其作为某框架的一个槽时,槽中所填的值称为该框架的上层框架名,该框的一个槽时,槽中所填的值称为该框架的上层框架名,该框架所描述的对象只是其上层框架所描述对象的一部分。架所描述的对象只是其上层框架所描述对象的一部分。 例如,例如,“两条腿两条腿”是是“人体人体”的一部分。可以将的一部分。可以将“两条退两条退”和和“人体人体”分别定义成框架,分别定义成框架,“两条退两条退”为下层框架,为下
15、层框架,“人人体体”为其上层框架。在为其上层框架。在“两条退两条退”的框架中设置一个的框架中设置一个Part-of槽,槽值填入槽,槽值填入这个框架名。这个框架名。 显然,用显然,用Part-of槽指出的联系所描述的下层框架和上层槽指出的联系所描述的下层框架和上层框架之间框架之间不具有继承性不具有继承性。 人工智能人工智能n框架的一般表示结构框架的一般表示结构 := (Frame ( : +)+)n例、关于球的框架系统例、关于球的框架系统(Frame Thing(Volume Unit:cm3 If-added:Classify)(Frame Sphere(Ako Value:Thing)(Ra
16、dius Unit:cm If-added:Evaluate-Volumn)(Surface Unit:cm2 If-Needed:Evaluate-Surface)(Color Value:White)(Frame Sphere1(Frame Sphere2(Isa Value:Sphere) (Isa Value:Sphere)(Radius Value:10) (Radius Value:10) (Color Value:Red) (Surface Value:125600)(Volume Value:4190) (Volume Value:4190000) )概念的框架概念的框架槽(属
17、性)有多个侧面,复杂!槽(属性)有多个侧面,复杂!个体事物的框架个体事物的框架槽(属性)只有个侧面,简单!槽(属性)只有个侧面,简单!概念的框架概念的框架人工智能人工智能n框架系统框架系统n相互关联的相互关联的多个框架联合多个框架联合起来构成起来构成框架系统框架系统;n框架的某些框架的某些槽槽的的侧面值侧面值可以是可以是其它框架;其它框架;n建立起节点是框架的网络建立起节点是框架的网络;(Frame Thing(Volume Unit:cm3 If-added:Classify)(Frame Sphere(Ako Value: Thing)(Frame Sphere1 (Isa Value:
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