第一部分 知识表示第一章 演绎系统第二章 产生式系统第三章 框架结构第四章 语义网络第五章 过程性知识第三章 框架问题
3.1 事物的属性
3.2 框架框架
概述
1975年 Minsky在论文中提出了框架理论。他从心理学的证据出发，认为人的知识以框架结构记存在人脑中。当人们面临新的情况，或对问题的看法有重要变化时，总是从自己的记忆中找出一个合适的框架，然后根据细节加以修改补充，从而形成对新观察到的事物的认识
人类对于一件事的了解，表现在对于这件实物的诸方面，即属性的了解。掌握了事物的属性，也就有了关于事物的知识，知识表示是从属性描述开始的框架 （续）
框架的作用
表示事物各方面的属性
表示事物之间的类属关系
事物的特征和变异
识别、分析、预测事物及其行为
框架是一种结构性的知识表达方法框架 （续）
《姻脂》故事的破案框架
框架名,t x未遂杀人案
犯罪意图,x
犯罪结果：杀人
被杀者,y
杀人动机,x 未遂被 y 发现
知情人,{ zi | i? I }
罪犯,t
条件一：若 x 为强奸，则 t 必须是男性
条件二：有某个 zi 指控 t
条件三,t 招认
t=鄂秋隼,X=强奸,y=卞牛医,zi =卞妻，姻脂框架 （续）
《姻脂》故事的破案框架的实例
框架实例,鄂秋隼强奸 未遂杀人案
犯罪意图,强奸
犯罪结果：杀人
被杀者,卞牛医
杀人动机,强奸 未遂被 卞牛医 发现
知情人,卞妻，姻脂
罪犯,鄂秋隼
条件一,鄂秋隼 为男性，成立
条件二,姻脂 指控 鄂秋隼,成立
条件三,鄂秋隼 招认，成立框架 （续）
机器人识别积木世界
框架：积木上方斜视图
物体：立方体
视角：斜俯视
视状：六角形
上面：面 A 斜视图（ L1,L2,L3,L4 ）
下左面：面 B 斜视图（ L5,L4,L6,L8 ）
下右面：面 C 斜视图（ L3,L7,L9,L6 ）
边,{ L1,L2,L3,L4,L5,L4,L6,L8,L9 }
姿态：平卧
负载面,A
接地面,{ B,C }
框架 （续）
机器人识别积木世界
框架：面 x 斜视图 ( y1,y2,y3,y4 )
物体：正方平面
视角：斜俯视 <或 >斜测俯视
视状：平行四边形
左上边,y1
右上边,y2
左下边,y3
右下边,y4
姿态：平卧 <或 >直立
能载物：是 <或 >否
接地：是 <或 >否框架 （续）
框架的主要特征
⒈ 框架名（可带参数）
⒉ 一组属性，每个属性成为一个槽，里面可以存放属性值
⒊ 每个属性对它的值有一定的类型要求，不同属性的类型要求不一样
⒋ 有些属性值可以是子框架调用，子框架调用可以带参数
⒌ 有些属性值是事先确定的，有些属性值需在生成实例时代入
⒍ 有些属性值在代入时需满足一定条件。有时，
在不同属性的属性值之间还有一些条件需要满足框架系统的功能 （续）
⒈ 描述
每个框架实现系统应该提供一套设备可以建立和管理（查阅、修改、推理, ）对某类客观事物的一个描述。此描述由一组互相联系、互相支持的框架组成
设置一组槽，规定每个槽的性质，及槽与槽之间的关系
每个槽在框架中被认为是无内部结构的，但当需要时，它本身又可以扩充为一个有内部结构的框架框架系统的功能 （续）
框架的一般结构
<框架名 >
<槽 1> <侧面 11> <值 111> <值 112>..,
<侧面 12> <值 121> <值 122>..,
,.,
<槽 2> <侧面 21> <值 211> <值 212>..,
...,.,
<槽 n> <侧面 n1> <值 n11>
...,.,
机器头脑中人的“房间”框架
框架 房间
墙数 a[ = 4]
条件,a > 0
窗数 b[ = 2]
条件,b? 0
门数 c[ = 1]
条件,c > 0
前墙 墙框架调用 ( b,c,b1,c1,)
[后墙 ] 墙框架调用 ( b,c,b2,c2,)
[左墙 ] 墙框架调用 ( b,c,b3,c3,)
[右墙 ] 墙框架调用 ( b,c,b4,c4,)
[家具 ] 家具框架调用
[地毯 ] 地毯框架调用
[供电 ] 供电框架调用
天花板 天花板框架调用
地板 地板框架调用
条件,b1 + b2 + b3 + b4 = b,c1 + c2 + c3 + c4 = c
框架 墙 ( w,d,w1,d1 )
墙面材料 白灰 <或 >油漆 <或 >墙纸
墙面颜色
窗数 w1
条件,w1? w
门数 d1
条件,d1? d
挂物数
挂物 * 物框架调用
窗 * 窗框架调用
门 * 门框架调用框架系统的功能 （续）
⒉ 子类
母类的属性子类都有。凡是母类框架（称为上层框架）中有的槽，在子类框架（称为下层框架）中不再列出
如果某个属性在本层找不到，可以到它的上层框架中去找。若上层框架中找不到，还可以通过上层框架的更上层框架中去找
“厨房”框架作为“房间”框架的下层框架
框架 厨房
转入条件 煤气罐数 > 0
煤气罐数 [1]
煤气灶 煤气灶物框架调用
煤气罐 煤气罐框架调用
[菜厨 ] 菜厨框架调用
[水斗 ] 水斗框架调用
工作台 工作台框架调用
“公用厨房”框架作为“厨房”框架的下层框架
框架 公用厨房
转入条件 煤气罐数 > 0
煤气灶 *
煤气罐 *
条件,煤气灶数 = 煤气罐数框架系统的功能 （续）
⒊ 实例
子类的最低层是实例，它已经不是一个类，而只是一个个体的描述，它是框架体系数的叶节点
框架 实例 702 楼 503 号公用厨房
墙数 煤气罐数 > 0
窗数 2
门数 1
前墙 墙框架调用 ( 2,1 )
煤气罐数 3
煤气灶数 3
在给出实例时，应同时给出它的所有上层框架中各属性的值框架系统的功能 （续）
⒋匹配
产生式匹配
一般是完全匹配，部分匹配是特殊情形
框架匹配
一般是部分匹配，完全匹配是特殊情形
框架是对于一类事物的完整描述，它只是这一类事物的代表，当应用于某个具体的个体时，总不可能做到完全一致框架系统的功能 （续）
框架不完全符合实际事物的可能性
⑴规定的属性不存在
如机器人进入房间时发现根本没有天花板
⑵规定的属性值不符
机器人从上方斜视积木时看到的不是六边形
⑶属性的缺省值和被匹配事物相应属性值不符
机器人发现房间中有两扇门
⑷为某个属性之值规定的类型或条件不成立
机器人从楼梯走进一个没有门的房间框架系统的功能 （续）
框架匹配成功的条件
⑴规定必要条件
某个属性必须存在
某个属性值必须是多少
某个条件必须成立
⑵规定允许的误差范围（规定缺省值的范围）
房间的门数最多不超过 4
厨房中的煤气罐数不能大雨 3
⑶计算偏差度
规定某个属性值的缺省值允许的偏差
通过偏差度，确定属性值符合规定的可信度
⑷属性加权
通过对所有符合标准的那些属性之权取和，把此和值与一定的阈值作比较而决定匹配是否成功框架系统的功能 （续）
框架匹配成功的条件
⑸设置一组判定产生式：当规定条件不成立时，可以利用这组产生式进行推导，如果推导成功，则虽然条件不成立也无妨
⑹既规定充分因子，又规定必要因子
充分因子：符合标准的属性之权取和
必要因子：符合标准的属性之权取和；和值大则不匹配成功的可能性大，和值小则不匹配成功的可能性小
⑺不局限于绝对成功的匹配
可信度
模糊度框架系统的功能 （续）
⒌ 预测
根据预测，可以指导进一步的观察
看到三个煤气灶，根据,煤气灶数 =煤气罐数,的条件
，预测此房间还有三个煤气罐去寻找那三个煤气罐
根据预测，可以假定还没有观察到的或难以观察到的事物
即使没有找到全部三个煤气罐，也可以假定有三个煤气罐。假定亮灯的房间内有人框架系统的功能 （续）
⒍ 继承
框架之间的继承关系
⑴有限制地继承属性：指定从某一框架从另一框架继承那些属性
⑵有限制地排斥属性：凡是未列出的属性均自动继承，列出的反不予继承
⑶有限制地继承属性值：指明那些属性值是照搬不变的
⑷有限制地排斥属性值：指明那些属性值是不予继承的
，而其余自动继承
⑸有限制地继承条件
⑹有限制地排斥条件
⑺给出属性值的映射函数：利用映射函数，可以根据上层框架的某些属性值计算出下层框架的某些属性值
⑻指明属性的分裂框架系统的功能 （续）
⒎ 变异
反常：客观事物中看到的与框架很不一致的现象
机器人看到炉子，当前框架变成,厨房,
遇到反常现象：看到床
机器人应当考虑：是否需要变换框架
进一步观察：炉子的种类、现在的季节
煤炉、冬天，改用卧室框架框架系统的功能 （续）
⒎ 变异
变异：如果发现许多边缘现象，这些现象虽然都没有达到能够推翻原有框架的地步，但合起来却构成值得考虑的因素，那就也要研究框架的合用性
机器人在一个很小的房间看到 10对煤气灶和煤气罐
机器人应当分析：或许不是厨房
进一步观察：灰尘和蜘蛛网，而且没有一个煤气灶点火
。周围没有足够的空间可供人活动
仓库框架系统的功能 （续）
⒏ 更新
在发生变异的情况下要采取更新步骤
机器人把厨房框架更新为卧室框架
最佳猜测法：根据已知条件，采用最可能合用的新框架
机器人看到床时，不一定把厨房改更新为卧室框架。可能性有几种：
双人床，或几张单人床，则最佳猜测是,卧室框架,
一张单人床，室内陈设简单，则最佳猜测是,值班室框架,
框架系统的功能 （续）
⒐ 修改
如果变异没有达到必须采取新框架的地步，或者没有合适的新框架可供使用（系统数据库中没有）
，则可以对老框架进行现场修改，以符合变异的要求。这时，框架中的其余有效部分应该保留框架系统的功能 （续）
⒑ 查找
框架匹配的过程
整体与个体匹配
上层框架向下层框架转移
更新和修改
最加匹配
匹配过程实现
回溯算法
查找策略
3.1 事物的属性
3.2 框架框架
概述
1975年 Minsky在论文中提出了框架理论。他从心理学的证据出发，认为人的知识以框架结构记存在人脑中。当人们面临新的情况，或对问题的看法有重要变化时，总是从自己的记忆中找出一个合适的框架，然后根据细节加以修改补充，从而形成对新观察到的事物的认识
人类对于一件事的了解，表现在对于这件实物的诸方面，即属性的了解。掌握了事物的属性，也就有了关于事物的知识，知识表示是从属性描述开始的框架 （续）
框架的作用
表示事物各方面的属性
表示事物之间的类属关系
事物的特征和变异
识别、分析、预测事物及其行为
框架是一种结构性的知识表达方法框架 （续）
《姻脂》故事的破案框架
框架名,t x未遂杀人案
犯罪意图,x
犯罪结果：杀人
被杀者,y
杀人动机,x 未遂被 y 发现
知情人,{ zi | i? I }
罪犯,t
条件一：若 x 为强奸，则 t 必须是男性
条件二：有某个 zi 指控 t
条件三,t 招认
t=鄂秋隼,X=强奸,y=卞牛医,zi =卞妻，姻脂框架 （续）
《姻脂》故事的破案框架的实例
框架实例,鄂秋隼强奸 未遂杀人案
犯罪意图,强奸
犯罪结果：杀人
被杀者,卞牛医
杀人动机,强奸 未遂被 卞牛医 发现
知情人,卞妻，姻脂
罪犯,鄂秋隼
条件一,鄂秋隼 为男性，成立
条件二,姻脂 指控 鄂秋隼,成立
条件三,鄂秋隼 招认，成立框架 （续）
机器人识别积木世界
框架：积木上方斜视图
物体：立方体
视角：斜俯视
视状：六角形
上面：面 A 斜视图（ L1,L2,L3,L4 ）
下左面：面 B 斜视图（ L5,L4,L6,L8 ）
下右面：面 C 斜视图（ L3,L7,L9,L6 ）
边,{ L1,L2,L3,L4,L5,L4,L6,L8,L9 }
姿态：平卧
负载面,A
接地面,{ B,C }
框架 （续）
机器人识别积木世界
框架：面 x 斜视图 ( y1,y2,y3,y4 )
物体：正方平面
视角：斜俯视 <或 >斜测俯视
视状：平行四边形
左上边,y1
右上边,y2
左下边,y3
右下边,y4
姿态：平卧 <或 >直立
能载物：是 <或 >否
接地：是 <或 >否框架 （续）
框架的主要特征
⒈ 框架名（可带参数）
⒉ 一组属性，每个属性成为一个槽，里面可以存放属性值
⒊ 每个属性对它的值有一定的类型要求，不同属性的类型要求不一样
⒋ 有些属性值可以是子框架调用，子框架调用可以带参数
⒌ 有些属性值是事先确定的，有些属性值需在生成实例时代入
⒍ 有些属性值在代入时需满足一定条件。有时，
在不同属性的属性值之间还有一些条件需要满足框架系统的功能 （续）
⒈ 描述
每个框架实现系统应该提供一套设备可以建立和管理（查阅、修改、推理, ）对某类客观事物的一个描述。此描述由一组互相联系、互相支持的框架组成
设置一组槽，规定每个槽的性质，及槽与槽之间的关系
每个槽在框架中被认为是无内部结构的，但当需要时，它本身又可以扩充为一个有内部结构的框架框架系统的功能 （续）
框架的一般结构
<框架名 >
<槽 1> <侧面 11> <值 111> <值 112>..,
<侧面 12> <值 121> <值 122>..,
,.,
<槽 2> <侧面 21> <值 211> <值 212>..,
...,.,
<槽 n> <侧面 n1> <值 n11>
...,.,
机器头脑中人的“房间”框架
框架 房间
墙数 a[ = 4]
条件,a > 0
窗数 b[ = 2]
条件,b? 0
门数 c[ = 1]
条件,c > 0
前墙 墙框架调用 ( b,c,b1,c1,)
[后墙 ] 墙框架调用 ( b,c,b2,c2,)
[左墙 ] 墙框架调用 ( b,c,b3,c3,)
[右墙 ] 墙框架调用 ( b,c,b4,c4,)
[家具 ] 家具框架调用
[地毯 ] 地毯框架调用
[供电 ] 供电框架调用
天花板 天花板框架调用
地板 地板框架调用
条件,b1 + b2 + b3 + b4 = b,c1 + c2 + c3 + c4 = c
框架 墙 ( w,d,w1,d1 )
墙面材料 白灰 <或 >油漆 <或 >墙纸
墙面颜色
窗数 w1
条件,w1? w
门数 d1
条件,d1? d
挂物数
挂物 * 物框架调用
窗 * 窗框架调用
门 * 门框架调用框架系统的功能 （续）
⒉ 子类
母类的属性子类都有。凡是母类框架（称为上层框架）中有的槽，在子类框架（称为下层框架）中不再列出
如果某个属性在本层找不到，可以到它的上层框架中去找。若上层框架中找不到，还可以通过上层框架的更上层框架中去找
“厨房”框架作为“房间”框架的下层框架
框架 厨房
转入条件 煤气罐数 > 0
煤气罐数 [1]
煤气灶 煤气灶物框架调用
煤气罐 煤气罐框架调用
[菜厨 ] 菜厨框架调用
[水斗 ] 水斗框架调用
工作台 工作台框架调用
“公用厨房”框架作为“厨房”框架的下层框架
框架 公用厨房
转入条件 煤气罐数 > 0
煤气灶 *
煤气罐 *
条件,煤气灶数 = 煤气罐数框架系统的功能 （续）
⒊ 实例
子类的最低层是实例，它已经不是一个类，而只是一个个体的描述，它是框架体系数的叶节点
框架 实例 702 楼 503 号公用厨房
墙数 煤气罐数 > 0
窗数 2
门数 1
前墙 墙框架调用 ( 2,1 )
煤气罐数 3
煤气灶数 3
在给出实例时，应同时给出它的所有上层框架中各属性的值框架系统的功能 （续）
⒋匹配
产生式匹配
一般是完全匹配，部分匹配是特殊情形
框架匹配
一般是部分匹配，完全匹配是特殊情形
框架是对于一类事物的完整描述，它只是这一类事物的代表，当应用于某个具体的个体时，总不可能做到完全一致框架系统的功能 （续）
框架不完全符合实际事物的可能性
⑴规定的属性不存在
如机器人进入房间时发现根本没有天花板
⑵规定的属性值不符
机器人从上方斜视积木时看到的不是六边形
⑶属性的缺省值和被匹配事物相应属性值不符
机器人发现房间中有两扇门
⑷为某个属性之值规定的类型或条件不成立
机器人从楼梯走进一个没有门的房间框架系统的功能 （续）
框架匹配成功的条件
⑴规定必要条件
某个属性必须存在
某个属性值必须是多少
某个条件必须成立
⑵规定允许的误差范围（规定缺省值的范围）
房间的门数最多不超过 4
厨房中的煤气罐数不能大雨 3
⑶计算偏差度
规定某个属性值的缺省值允许的偏差
通过偏差度，确定属性值符合规定的可信度
⑷属性加权
通过对所有符合标准的那些属性之权取和，把此和值与一定的阈值作比较而决定匹配是否成功框架系统的功能 （续）
框架匹配成功的条件
⑸设置一组判定产生式：当规定条件不成立时，可以利用这组产生式进行推导，如果推导成功，则虽然条件不成立也无妨
⑹既规定充分因子，又规定必要因子
充分因子：符合标准的属性之权取和
必要因子：符合标准的属性之权取和；和值大则不匹配成功的可能性大，和值小则不匹配成功的可能性小
⑺不局限于绝对成功的匹配
可信度
模糊度框架系统的功能 （续）
⒌ 预测
根据预测，可以指导进一步的观察
看到三个煤气灶，根据,煤气灶数 =煤气罐数,的条件
，预测此房间还有三个煤气罐去寻找那三个煤气罐
根据预测，可以假定还没有观察到的或难以观察到的事物
即使没有找到全部三个煤气罐，也可以假定有三个煤气罐。假定亮灯的房间内有人框架系统的功能 （续）
⒍ 继承
框架之间的继承关系
⑴有限制地继承属性：指定从某一框架从另一框架继承那些属性
⑵有限制地排斥属性：凡是未列出的属性均自动继承，列出的反不予继承
⑶有限制地继承属性值：指明那些属性值是照搬不变的
⑷有限制地排斥属性值：指明那些属性值是不予继承的
，而其余自动继承
⑸有限制地继承条件
⑹有限制地排斥条件
⑺给出属性值的映射函数：利用映射函数，可以根据上层框架的某些属性值计算出下层框架的某些属性值
⑻指明属性的分裂框架系统的功能 （续）
⒎ 变异
反常：客观事物中看到的与框架很不一致的现象
机器人看到炉子，当前框架变成,厨房,
遇到反常现象：看到床
机器人应当考虑：是否需要变换框架
进一步观察：炉子的种类、现在的季节
煤炉、冬天，改用卧室框架框架系统的功能 （续）
⒎ 变异
变异：如果发现许多边缘现象，这些现象虽然都没有达到能够推翻原有框架的地步，但合起来却构成值得考虑的因素，那就也要研究框架的合用性
机器人在一个很小的房间看到 10对煤气灶和煤气罐
机器人应当分析：或许不是厨房
进一步观察：灰尘和蜘蛛网，而且没有一个煤气灶点火
。周围没有足够的空间可供人活动
仓库框架系统的功能 （续）
⒏ 更新
在发生变异的情况下要采取更新步骤
机器人把厨房框架更新为卧室框架
最佳猜测法：根据已知条件，采用最可能合用的新框架
机器人看到床时，不一定把厨房改更新为卧室框架。可能性有几种：
双人床，或几张单人床，则最佳猜测是,卧室框架,
一张单人床，室内陈设简单，则最佳猜测是,值班室框架,
框架系统的功能 （续）
⒐ 修改
如果变异没有达到必须采取新框架的地步，或者没有合适的新框架可供使用（系统数据库中没有）
，则可以对老框架进行现场修改，以符合变异的要求。这时，框架中的其余有效部分应该保留框架系统的功能 （续）
⒑ 查找
框架匹配的过程
整体与个体匹配
上层框架向下层框架转移
更新和修改
最加匹配
匹配过程实现
回溯算法
查找策略
