第三章知識表示和推理——框架表示及推理中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能軟件研究所框架知識表示法的提出1975年明斯基在論文“Aframeworkforrepresentingknowledge”中提出了框架理論。它所針對的是人們在理解事物情景或某一個故事時的心理學(xué)模型，論述了人們理解問題的一種思想方法。2中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能軟件研究所兩種不同的知識表示法產(chǎn)生式系統(tǒng)表示的知識是龐大、凌亂，且不易整理的。框架法表示的知識一般是系統(tǒng)的，有層次的，經(jīng)過整理的，并跟隨事情的發(fā)展而變化的。3中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能軟件研究所例如:一個人在走進(jìn)教室前，對教室里的基本結(jié)構(gòu)，如門、窗、黑板、講臺以及課桌和凳等有一定的預(yù)見性，那是因為他在以前的時間活動中，已建立起了有關(guān)“教室”這一概念的基本框架，通過對該框架的查找，就很容易得到有關(guān)教室的特征。4中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能軟件研究所框架系統(tǒng)以框架作為單位，將一組有關(guān)的框架連接起來，便形成了框架系統(tǒng)。在框架系統(tǒng)中，不同的框架可以有共同的節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)的行為由系統(tǒng)內(nèi)框架的變化來表現(xiàn)。推理過程則由框架之間的協(xié)調(diào)來完成。5中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能軟件研究所對于某些問題，有時要同時使用多個框架，組成一個框架系統(tǒng)來表示。例如，一個立方體有三個面可見，則它需要四個子框架來說明它。立方體1BEA子框架ABE大框架EAD立方體26中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能軟件研究所從上圖可看出，一個框架結(jié)構(gòu)可以是另一個框架的槽值，并且同一個框架結(jié)構(gòu)可以作為幾個不同的框架的槽值。這樣，可以節(jié)省存儲空間，這就是框架的重要特性——繼承性。即當(dāng)子節(jié)點(diǎn)的某些槽值或側(cè)面值沒有直接記錄時，可以從父節(jié)點(diǎn)繼承這些值。7中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能軟件研究所默認(rèn)值的作用：這樣一個故事:Bob住在一幢大樓房的十二層樓上，每天早上他從第十二層樓進(jìn)入電梯，然后從底層離開，并且每天晚上如果有人在電梯里時，他就從底層進(jìn)入電梯而從第十二層樓離開，如果他是獨(dú)自一人乘電梯，那么他就從第八層下來并走到第十二層，根據(jù)“成年人”的默認(rèn)值的繼承作用，我們就很容易得出Bob是一個小孩，它夠不著到十二層樓的按鈕，僅能到達(dá)第八層。8中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能軟件研究所§3.3.1典型知識與框架框架的定義：

—框架是一種描述所論對象屬性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。所論的對象可以是一個事物、一個事件或者一個概念。9中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能軟件研究所框架的結(jié)構(gòu)一個框架由若干個“槽”組成，用于描述所論及對象的若干個方面的屬性；每個“槽”又可劃分為若干個“側(cè)面”，用于描述相應(yīng)屬性的若干個方面。槽和側(cè)面所具有的屬性值分別稱為槽值和側(cè)面值，具體的值可以是程序、條件、默認(rèn)值或是一個子框架。10中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能軟件研究所框架的一般格式一個框架可以由框架名、槽、側(cè)面和值四部分組成，表示成如下格式：框架名

〈槽1〉〈側(cè)面11〉〈值111〉…〈側(cè)面12〉〈值121〉……〈槽2〉〈側(cè)面21〉〈值211〉………〈槽n〉〈側(cè)面n1〉〈值n11〉……〈側(cè)面nm〉〈值nm1〉…11中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能軟件研究所例如，一個人可以用其職業(yè)、身高和體重等項描述，因而可以用這些項目組成框架的槽。當(dāng)描述一個具體的人時，再用這些項目的具體值填入到相應(yīng)的槽中。后表給出的是描述John的框架。12中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能軟件研究所JOHNIsa

PERSONProfession

ProgrammerHeight

1.8mWeight

79Kg框架名槽1槽2槽3槽4槽值13中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能軟件研究所再如，一臺計算機(jī)主機(jī)的框架表示：計算機(jī)主機(jī)主機(jī)品牌聯(lián)想1+1生產(chǎn)廠商北京聯(lián)想集團(tuán)公司CPU品牌：Intel型號：奔騰IV/825主板品牌：型號：內(nèi)存品牌：型號：容量：硬盤品牌：型號：容量：框架名槽1槽2槽3槽4槽5槽6槽值側(cè)面值14中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能軟件研究所舉例：會議37的框架會議37時間

2000年9月11日地點(diǎn)

AI專題研討會會議室目的人工智能系統(tǒng)開發(fā)出席者佐藤，山田，安部15中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能軟件研究所舉例：教師的框架教師姓名年齡性別男/女職稱教授/副教授/講師/助教部門院/研究所住址住址框架工資工資框架參加工作時間年/月16中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能軟件研究所關(guān)于自然災(zāi)害的新聞報道中所涉及的事實經(jīng)常是可以預(yù)見的，這些可預(yù)見的事實就可以作為代表所報道的新聞中的屬性。例如，以下是一則關(guān)于地震的報道，請用框架表達(dá)這段報道。今天，一次強(qiáng)度為里氏8.5級的強(qiáng)烈地震襲擊了下斯洛文尼亞(LowSlabovia)地區(qū)，造成25人死亡和5億美元的財產(chǎn)損失。下斯洛文尼亞地區(qū)主席說：多年來，靠近薩迪豪金斯斷層的重災(zāi)區(qū)一直是一個危險地區(qū)。這是本地區(qū)發(fā)生的第3號地震。17中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能軟件研究所第一步：確定屬性——框架的槽。

本報道中關(guān)于地震的關(guān)鍵屬性是地震發(fā)生的地點(diǎn)、時間、傷亡人數(shù)、財產(chǎn)損失數(shù)量、地震強(qiáng)度的震級、斷層情況。新聞框架表達(dá)步驟18中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能軟件研究所第二步：將有關(guān)數(shù)據(jù)填入相應(yīng)的槽。地震3地點(diǎn)

LowSlabovia時間今天傷亡人數(shù)

25財產(chǎn)損失

5億美元震級8.5斷層薩迪豪金斯19中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能軟件研究所例如，一個三角錐由四個面組成AB三角錐三角形面1

A三角形面2

B三角形面3

C三角形面4

D20中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能軟件研究所從不同角度觀察，可看到不同的面。如，AB情景a）對象三角錐左側(cè)三角形

A右側(cè)三角形

B情景a）21中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能軟件研究所又如，情景b）對象三角錐左下三角形

A右下三角形

B上側(cè)三角形

C情景b）ABC22中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能軟件研究所再如，對于情景c），由于它與情景b）的框架匹配失敗，說明情景c）看到的不是一個三角錐，需尋找另外的框架與之匹配。ABDC情景c）23中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能軟件研究所§3.3.2階層知識與特征的繼承框架表示的知識特點(diǎn)——具有分類、階層構(gòu)造的特性。這類階層構(gòu)造的知識，上層框架具有的特征應(yīng)是與之相聯(lián)系的所有下層框架共有的，即下層框架能繼承上層框架的信息。24中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能軟件研究所例如，會議37是所有AI會議中的一次，因此它可以繼承AI會議這個大框架的多種屬性，從而簡化它的框架表示。25中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能軟件研究所AI會議種類一般會議時間每周星期五地點(diǎn)

AI專題研討會會議室目的人工智能系統(tǒng)開發(fā)出席者佐藤，山田，鈴木會議37種類

AI會議出席者佐藤，山田，安部表示會議37與AI會議的上下層關(guān)系26中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能軟件研究所框架知識除了可以進(jìn)行繼承推理外，還有匹配推理方式。例如，假設(shè)有關(guān)教師的框架網(wǎng)絡(luò)已建立災(zāi)知識庫中，且其中包含了許多教師的實例框架，其中兩個如示：27中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能軟件研究所教師-1姓名范怡偉年齡35性別男職稱講師部門計算機(jī)學(xué)院/軟件所住址住址框架-1工資工資框架-1參加工作時間1996年/10月28中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能軟件研究所教師-2姓名李連鷹年齡58性別男職稱教授部門計算機(jī)學(xué)院/軟件所住址住址框架-1工資工資框架-1參加工作時間1966年/10月29中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能軟件研究所當(dāng)要解決的問題是從知識庫中找出一個滿足如下條件的教師：男性，年齡在35歲以下，職稱為講師把這些條件用框架表示出來，就可得到如下的初始問題框架。教師-x姓名年齡35性別男職稱講師30中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能軟件研究所用此問題框架與知識庫中的框架匹配，顯然“教師-1”框架可以匹配。“教師-x”中的“姓名”槽為未知，通過匹配，符合條件的教師有可能就是范怡偉。也還可能是其他的框架，需要進(jìn)一步收集信息。31中南大學(xué)智能系統(tǒng)與智能軟件研究所§3.3.3程序知識及其啟動在用框架進(jìn)行知識表示的過程中，如果需要進(jìn)行推理和求解問題時，會