Τεχνθτι Νοθμοςφνθ. Ενότθτα 12: Αναπαράςταςθ με Πλαίςια. Ιωάννθσ Χατηθλυγεροφδθσ Πολυτεχνικι Σχολι Τμιμα Μθχανικϊν Θ/Υ & Πλθροφορικισ

Transcript

1 Τεχνθτι Νοθμοςφνθ Ιωάννθσ Χατηθλυγεροφδθσ Πολυτεχνικι Σχολι Τμιμα Μθχανικϊν Θ/Υ & Πλθροφορικισ

2 Πλαίςια

3 Πλαίςια Ορίςτθκαν από τον Minsky ςαν "δομζσ δεδομζνων για τθν αναπαράςταςθ ςτερεότυπων καταςτάςεων". Ονομάηονται και ςχήματα (schemata). Κατά μία ζννοια αποτελοφν εξζλιξθ των ςθμαντικϊν δικτφων (ι δικτφων ςυςχζτιςθσ) Αν και απαιτοφν επιδεξιότθτα και επίπονθ εργαςία, εξελίχκθκαν ςε ζναν ςθμαντικό τρόπο αναπαράςταςθσ γνϊςθσ. 3

4 Πλαίςια Τα πλαίςια ζχουν: όνομα μία ςειρά από ςχιςμζσ (slots) που περιγράφουν ιδιότθτεσ με τισ όψεισ (facets) τιμζσ (fillers) δθλωτικζσ o τφπου (type, range) o τιμισ (value, default) διαδικαςτικζσ διαδικαςτικι προςάρτθςθ o (προαιρετικά) προςαρτθμζνεσ διαδικαςίεσ, καλοφνται και δαίμονεσ (demons) (π.χ if-needed, if-added, if-removed) o μπορεί να ενεργοποιοφνται όταν τα πλαίςια μεταβάλλονται για κάποιο λόγο 4

5 Πλαίςια-Παράδειγμα <person <height <default 1.70> <type real> <range [ ]>> <weight <type real> <if-needed compute-weight> > 5

6 Πλαίςια-Παράδειγμα <person <height <default 1.70> <type real> > σιζμέρ <range [ ]>> <weight <type real> default εύλογη-ςπόθεζη Ότη ηιμήρ Ότειρ ηύπος <if-needed compute-weight> Διαδικαζηική ότη 6

7 Ιεραρχίεσ Πλαιςίων Τα πλαίςια είναι οργανωμζνα πάντα ςε ιεραρχίεσ. Διακρίνουμε πλαίςια-τάξεισ (περιγραφζσ γενικϊν οντοτιτων) και πλαίςια-ςτιγμιότυπα (περιγραφζσ ςυγκεκριμζνων οντοτιτων). Διακρίνουμε υποπλαίςια και υπερπλαίςια μεταξφ των πλαιςίωντάξθσ. Κάκε πλαίςιο-τάξθ (πλθν του κορυφαίου) είναι υποπλαίςιο ενόσ γενικότερου πλαιςίου-τάξθ (γενίκευςθ). Ζνα υποπλαίςιο μπορεί να ζχει επί πλζον ςχιςμζσ από το υπερπλαίςιό του (εξειδίκευςθ). Κάκε πλαίςιο-ςτιγμιότυπο ανικει ς ζνα πλαίςιο-τάξθ Ζνα πλαίςιο-ςτιγμιότυπο μπορεί να ζχει επί πλζον ςχιςμζσ από το πλαίςιο-τάξθ ςτο οποίο ανικει. 7

8 Πλαίςια-Παράδειγμα (1) animal human pet Πλαίζια-κλάζειρ paul dog pluto Πλαίζια-ζηιγμιόηςπα 8

9 Πλαίςια-Παράδειγμα (2) ΑΝΣΙΚΔΙΜΔΝΟ Τθή: Τιμές: ζκληπό, μαλακό Βάπορ: Τιμές: βαπύ, ελαθπύ Τλικό: Τιμές: ξύλο, σαπηί, γςαλί Γιαπεπαηόηηηα: Τιμές: διαθανέρ, αδιαθανέρ, Εύλ.-σπόθ.: αδιαθανέρ Αξία: Τιμές: αναλώζιμο, μη αναλώζιμο ΚΛΗΡΟ ΑΝΣΙΚΔΙΜΔΝΟ Δίναι: ΑΝΣΙΚΕΙΜΕΝΟ Τθή: Τιμές: ζκληπό ΜΑΛΑΚΟ ΑΝΣΙΚΔΙΜΔΝΟ Δίναι: ΑΝΣΙΚΕΙΜΕΝΟ Τθή: Τιμές: μαλακό ΞΤΛΙΝΟ ΑΝΣΙΚΔΙΜΔΝΟ Δίναι: ΚΛΗΡΟ ΑΝΣΙΚΕΙΜΕΝΟ Βάπορ: Τιμές: βαπύ ΓΤΑΛΙΝΟ ΑΝΣΙΚΔΙΜΔΝΟ Δίναι: ΚΛΗΡΟ ΑΝΣΙΚΕΙΜΕΝΟ Τθή: Τιμές: ζκληπό ΥΑΡΣΙΝΟ ΑΝΣΙΚΔΙΜΔΝΟ Δίναι: ΜΑΛΑΚΟ ΑΝΣΙΚΕΙΜΕΝΟ ΠΟΣΗΡΙ ΚΟΚΣΔΪΛ Δίναι: ΓΤΑΛΙΝΟ ΑΝΣΙΚΕΙΜΕΝΟ Βάπορ: Τιμές: ελαθπύ ΠΟΣΗΡΙ ΜΠΤΡΑ Δίναι: ΓΤΑΛΙΝΟ ΑΝΣΙΚΕΙΜΕΝΟ Βάπορ: Τιμές: βαπύ 9

10 Πλαίςια- Χαρακτθριςτικά Τα πλαίςια παρζχουν: κλθρονομικότθτα, προςκόλλθςθ διαδικαςιϊν και προκακοριςμζνεσ (ι εφλογεσ) τιμζσ Ζνα πλαίςιο περιζχει όλθ τθν πλθροφορία για τθ ςυγκεκριμζνθ ζννοια που αναπαριςτά. Παράκαμψθ λογική ανεπάρκειασ Δεν εμφανίηουν τόςο ζντονο το φαινόμενο τθσ ςυνδυαςτικισ ζκρθξθσ ςτθν αναηιτθςθ 10

11 Κλθρονομικότθτα-Συλλογιςμόσ (1) Κάκε πλαίςιο κλθρονομεί χαρακτθριςτικά (ςχιςμζσ) από τα υπερπλαίςιά του. Θ κλθρονόμθςθ είναι δυναμικι Είναι ο μοναδικόσ γενικόσ μθχανιςμόσ που χρθςιμοποιείται ςτθν εξαγωγι ςυμπεραςμάτων Συλλογιςμόσ με πλαίςια ςθμαίνει τθν αναηιτθςθ τθσ τιμισ μιασ ιδιότθτασ/χαρακτθριςτικοφ ενόσ πλαιςίου. Θ διαδικαςία ενεργοποιείται ςυνικωσ με τθν ζναρξθ μιασ διαδικαςίασ τφπου read ι find. 11

12 Κλθρονομικότθτα-Συλλογιςμόσ (2) Τφποι κλθρονομικότθτασ Απλι: κάκε πλαίςιο-τάξθ κλθρονομεί μόνο από ζνα υπερπλαίςιο Πολλαπλι: κάκε πλαίςιο-τάξθ μπορεί να κλθρονομεί από περιςςότερα από ζνα υπερπλαίςια Ο τφποσ κλθρονομικότθτασ εξαρτάται από τθν επιτρεπόμενθ δομι τθσ ιεραρχίασ των πλαιςίων. 12

13 Κλθρονομικότθτα-Συλλογιςμόσ (3) Δεδομζνα: Πλαίςιο F, Χαρακτθριςτικό S, Ηθτοφμενο: τιμι του S Αλγόρικμοσ τφπου Ν (απλι κλθρονομικότθτα) 1. Αναηιτθςε τθν τιμι τθσ S ςτθν όψθ «value» τθσ ςχιςμισ S ςτο πλαίςιο F. 2. Αν τθν βρεισ, ςταμάτα (επιτυχία). 3. Αν δεν υπάρχει, τότε ακολοφκθςε τθν ιεραρχία προσ τα πάνω (μζχρι τθν κορυφι) ψάχνοντασ ςε κάκε υπερπλαίςιο ςτθν όψθ «value» τθσ ςχιςμισ S. Αν βρεισ τιμι, ςταμάτα (επιτυχία). 4. Αν δεν βρεισ, τότε επανζλαβε τα βιματα 1-3 εξετάηοντασ αυτι τθ φορά τθν όψθ «if-needed». 5. Αν το βιμα 4 αποτφχει, τότε επανζλαβε τα βιματα 1-3 εξετάηοντασ αυτι τθ φορά τθν όψθ «default». 6. Αν δεν βρεκεί τιμι, ςταμάτα (αποτυχία). 13

14 Κλθρονομικότθτα-Συλλογιςμόσ (4) Δεδομζνα: Πλαίςιο F, Χαρακτθριςτικό S, Ηθτοφμενο: τιμι του S Αλγόρικμοσ τφπου Η (απλι κλθρονομικότθτα) 1. Αναηιτθςε τθν τιμι τθσ S ςτισ όψεισ «value», «if-needed» και «default» (μ αυτι τθ ςειρά) τθσ ςχιςμισ S ςτο πλαίςιο F. 2. Αν τθν βρεισ, ςταμάτα (επιτυχία). 3. Αν δεν υπάρχει, τότε ακολοφκθςε τθν ιεραρχία προσ τα πάνω (μζχρι τθν κορυφι) ψάχνοντασ ςε κάκε υπερπλαίςιο ςτισ όψεισ «value», «if-needed» και «default» (μ αυτι τθ ςειρά) τθσ ςχιςμισ S. Αν βρεισ τιμι, ςταμάτα (επιτυχία). 4. Αν δεν βρεισ, ςταμάτα (αποτυχία). 14

15 Κλθρονομικότθτα-Συλλογιςμόσ (5) Αλγόρικμοσ τφπου Ν Δίνει προτεραιότθτα ςτθν όψθ «value» και όχι ςτθν «default», ζςτω και αν θ τιμι βρίςκεται υψθλότερα (δθλ. ςε μεγαλφτερθ απόςταςθ) ςτθν ιεραρχία. Αλγόρικμοσ τφπου Η Δίνει προτεραιότθτα ςτθν πλθςιζςτερθ όψθ τιμισ, ανεξάρτθτα αν είναι value ι default. Συνδυαςμόσ Ν και Η Ταυτόχρονθ εξζταςθ των «value» και «if-needed» και κατόπιν τθσ «default». 15

16 Κλθρονομικότθτα-Συλλογιςμόσ (6) ΕΛΕΦΑΝΤΑΣ Φρώμα: τιμή: γκρι Αλγόρικμοσ Ν: γκρι Αλγόρικμοσ Η: λευκό ΒΑΣΙΛΙΚΟΣ- ΕΛΕΦΑΝΤΑΣ Φρώμα: εύλ-σπόθ: λεσκό Ντάμπο Φρώμα: 16

17 Κλθρονομικότθτα-Συλλογιςμόσ (6) ΕΛΕΦΑΝΤΑΣ Φρώμα: εύλ-σπόθ.: γκρι Αλγόρικμοσ Ν: λευκό Αλγόρικμοσ Η: λευκό ΒΑΣΙΛΙΚΟΣ- ΕΛΕΦΑΝΤΑΣ Φρώμα: εύλ-σπόθ.: λεσκό Ντάμπο Φρώμα: 17

18 Κλθρονομικότθτα-Συλλογιςμόσ (7) Πολλαπλι κλθρονομικότθτα ΠΤΗΝΟ Πετά: ναι QUAKER Ειρηνιστής: ναι REPUBLICAN Ειρηνιστής: ότι ΠΙΓΚΟΥΪΝΟΣ Πετά: ότι ΚΑΤ-ΠΤΗΝΟ Nixon Ειρηνιστής: Πίγκσ Πετά: Ο απλόσ αλγόρικμοσ αναηιτθςθσ κατά πλάτοσ (ολοκλιρωςθ όλων των διαδρομϊν ίδιου μικουσ) επιτυγχάνει. 18

19 Κλθρονομικότθτα-Συλλογιςμόσ (7) ΠΤΗΝΟ Πετά: ναι ΠΙΓΚΟΥΪΝΟΣ Πετά: ότι ΚΟΥΤΣΟΣ-ΠΙΓΚΟΥΪΝΟΣ Πετά: ΚΑΤ-ΠΤΗΝΟ ΛΕΥΚΟΣ-ΠΙΓΚΟΥΪΝΟΣ Πετά: Πίγκσ Πετά: Ο απλόσ αλγόρικμοσ αναηιτθςθσ κατά πλάτοσ εδϊ αποτυγχάνει. 19

20 Κλθρονομικότθτα-Συλλογιςμόσ (7) REPUBLICAN Ειρηνιστής: ότι QUAKER Ειρηνιστής: ναι CONSERVATIVE- REPUBLICAN Ειρηνιστής: Ο απλόσ αλγόρικμοσ αναηιτθςθσ κατά πλάτοσ και εδϊ αποτυγχάνει. Nixon Ειρηνιστής: 20

21 Κλθρονομικότθτα-Συλλογιςμόσ (8) Απόςταςθ Συλλογιςμοφ Θ απόςταςθ ενόσ πλαιςίου F1 από ζνα πλαίςιο F2 είναι μικρότερθ από τθν απόςταςι του από το πλαίςιο F3 αν και μόνο αν υπάρχει διαδρομι ςυλλογιςμοφ από το F1 ςτο F3 δια μζςου του F2. 21

22 Κλθρονομικότθτα-Συλλογιςμόσ (8) Δεδομζνα: Πλαίςιο F, Χαρακτθριςτικό S, Ηθτοφμενο: τιμι του S Αλγόρικμοσ Βαςιςμζνοσ ςτθ Συλλογιςτικι Απόςταςθ 1. Εφάρμοςε αναηιτθςθ κατά πλάτοσ (ι βάκοσ) ακολουκϊντασ όλεσ τισ δυνατζσ διαδρομζσ από το F προσ τα πάνω και αποκικευςε ςτθ λίςτα VALUES όλεσ τισ τιμζσ που κα βρεισ για το S. 2. Για κάκε τιμι ςτθ VALUES εξζταςε αν υπάρχει άλλθ τιμι που προζρχεται από πλαίςιο που βρίςκεται ςε μικρότερθ ςυλλογιςτικι απόςταςθ από το F. Αν υπάρχει, διάγραψε τθν τιμι. 3. Αν απομείνουν 0 τιμζσ, τότε δεν υπάρχει απάντθςθ. Αν απομείνει μια (1) τιμι είναι θ απάντθςθ. Αν απομείνουν περιςςότερεσ από μία, τότε υπάρχει αντίφαςθ. 22

23 Κλθρονομικότθτα-Συλλογιςμόσ (8) ΠΤΗΝΟ Πετά: ναι ΠΙΓΚΟΥΪΝΟΣ Πετά: ότι ΚΟΥΤΣΟΣ-ΠΙΓΚΟΥΪΝΟΣ Πετά: VALUES = [όσι, ναι] ΚΑΤ-ΠΤΗΝΟ ΛΕΥΚΟΣ-ΠΙΓΚΟΥΪΝΟΣ Πετά: Πίγκσ Πετά: 23

24 Κλθρονομικότθτα-Συλλογιςμόσ (8) REPUBLICAN Ειρηνιστής: ότι QUAKER Ειρηνιστής: ναι CONSERVATIVE- REPUBLICAN Ειρηνιστής: Nixon Ειρηνιστής: VALUES = [όσι, ναι] 24

25 Κανόνεσ Σχεδίαςθσ Περιγράφουμε κάκε τμιμα γνϊςθσ (περιγραφι μιασ ιδιότθτασ ι χαρακτθριςτικοφ) μια φορά, ϊςτε να μθν ζχουμε πολλαπλι αναπαράςταςθ. Αυτό επιτυγχάνεται με το να το καταχωροφμε όςο το δυνατόν υψθλότερα ςτθν ιεραρχία ϊςτε να κλθρονομείται από το δυνατόν περιςςότερα υποπλαίςια (υποκλάςεισ). Φυςικά, το "όςο το δυνατόν υψθλότερα" δεν γίνεται με αυκαίρετο τρόπο, αλλά ζτςι ϊςτε το τμιμα γνϊςθσ να κλθρονομείται από τα ςωςτά υποπλαίςια. 25

26 Κανόνεσ Σχεδίαςθσ Όςο προχωροφμε προσ τα κάτω τα πλαίςια περιζχουν μόνο τθ γνϊςθ που τα διαφοροποιεί από τα υπερπλαίςιά τουσ. Αυτό ςθμαίνει είτε περιγραφζσ νζων ιδιοτιτων είτε νζεσ τιμζσ ιδθ περιγραφζντων ιδιοτιτων. Δεν επαναλαμβάνουμε γνϊςθ που ζχει καταχωρθκεί παραπάνω και κα κλθρονομθκεί. Όταν υπάρχει θ λζξθ "ςυνικωσ" ςτθν απόδοςθ τιμισ ςε ζνα χαρακτθριςτικό, τότε αυτό τυπικά αποτυπϊνεται με μια τιμι "εφλογθσ υπόκεςθσ". 26

27 Κανόνεσ Σχεδίαςθσ Οι τοποκετιςεισ των διαφόρων τιμϊν κα πρζπει να γίνονται ζτςι ϊςτε να εξάγονται ςωςτζσ απαντιςεισ με βάςθ κάποιον αλγόρικμο. Ιδιαίτερα προςζχουμε τισ εξαιρζςεισ (που ςχετίηονται με τισ εφλογεσ υποκζςεισ). 27

28 Κανόνεσ Σχεδίαςθσ Κάκε ιδιότθτα/χαρακτθριςτικό περιγράφεται ωσ εξισ: <όνομα> τιμζσ: <τφποσ ι απαρίκμθςθ τιμϊν> τιμι: <πραγματικι τιμι> εφλ-υπόκ: <τιμι εφλογθσ υπόκεςθσ> Από αυτά το <όνομα> και θ όψθ τιμζσ είναι απαραίτθτα ςτθν αρχικι περιγραφι μιασ ιδιότθτασ. Θ όψθ τιμζσ δεν επαναλαμβάνεται πιο κάτω ςτθν ιεραρχία. 28

29 Κανόνεσ Σχεδίαςθσ Πιο κάτω ςτθν ιεραρχία υπάρχουν περιγραφζσ που ζχουν είτε το <όνομα> και τθν όψθ τιμι είτε το <όνομα> και τθν όψθ εφλ-υπόκ. Οι όψεισ τιμι και εφλ-υπόκ δεν ζχει νόθμα να υπάρχουν μαηί ςτθν ίδια περιγραφι ςτο ίδιο πλαίςιο. 29

30 Πλεονεκτιματα-Μειονεκτιματα Πλεονεκτιματα Φυςικότθτα αναπαράςταςθσ Υψθλι αποδοτικότθτα Εξ οριςμοφ (ι εφλογοσ) ςυλλογιςμόσ Μειονεκτιματα Ζλλειψθ ςαφοφσ ςθμαντικισ Περιοριςμζνθ ζκφραςθ 30

31 Παράδειγμα «Τα ηϊα είναι οργανιςμοί που ζχουν δζρμα και κινοφνται. Οι ελζφαντεσ είναι ηϊα μεγάλου μεγζκουσ που διακζτουν προβοςκίδα, κοντι ουρά και είναι ςυνικωσ χρϊματοσ γκρι. Τα ποντίκια είναι ηϊα μικροφ μεγζκουσ που διακζτουν μακριά ουρά και είναι κι αυτά ςυνικωσ χρϊματοσ γκρι. Οι ελζφαντεσ φοβοφνται τα ποντίκια. Ο Τάμπο και ο Κλάιντ είναι ελζφαντεσ. Όμωσ, ο Κλάιντ είναι λευκόσ ελζφαντασ. Ο Τάμπο ςυνθκίηει να τρϊει γλυκά, ενϊ ο Κλάιντ να παίηει με μια (ςυγκεκριμζνθ) μπάλα. Ο Τηζρυ είναι ζνα ποντίκι χρϊματοσ καφζ. 31

32 Οργανιςμόσ Δζρμα: τιμζσ: ναι, όχι Κινείται: τιμέσ:ναι, όσι Ζϊο Ελζφαντασ Είναι: Ηϊο Μζγεκοσ: τιμή:μεγάλο Χρϊμα: ευλ-υποθ:γκρι Ουρά: τιμή:κοντή Προβοςκίδα: τιμή:ναι Φοβάται: τιμή:ποντίκι Είναι: Οργανιςμόσ Δζρμα: τιμή:ναι Τρϊει: τιμέσ:οτιδιποτε Μζγεκοσ: τιμέσ:μικρό,μεςαίο,μεγάλο Υπώμα: τιμές:λεςκό,γκπι,καθέ Οςπά: τιμές:κοντή, μεσαία,μακριά,ότι Πποβοζκίδα: τιμή:ναι,ότι εσλ-σπόθ: ότι Ποντίκι Είναι: Ηϊο Μζγεκοσ: τιμή:μικρό Χρϊμα: ευλ-υποθ:γκρι Ουρά: τιμή:μακριά Τάμπο Είναι: Ελζφαντασ Τρϊει: τιμή:γλυκά Κλάϊντ Είναι: Ελζφαντασ Χρϊμα: τιμή:λευκό Παίζει-με: τιμή:μπάλα1 Είναι: Ποντίκι Χρϊμα: τιμή:καφζ Τηζρυ 32

33 Σθμείωμα Ιςτορικοφ Εκδόςεων Ζργου Το παρόν ζργο αποτελεί τθν ζκδοςθ

34 Σθμείωμα Αναφοράσ Copyright Πανεπιςτιμιο Πατρϊν, Ιωάννθσ Χατηθλυγεροφδθσ «Ευφυισ Προγραμματιςμόσ». Ζκδοςθ: 1.0. Πάτρα Διακζςιμο από τθ δικτυακι διεφκυνςθ: 34

35 Σθμείωμα Αδειοδότθςθσ Το παρόν υλικό διατίκεται με τουσ όρουσ τθσ άδειασ χριςθσ Creative Commons Αναφορά, Μθ Εμπορικι Χριςθ Παρόμοια Διανομι 4.0 *1+ ι μεταγενζςτερθ, Διεκνισ Ζκδοςθ. Εξαιροφνται τα αυτοτελι ζργα τρίτων π.χ. φωτογραφίεσ, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριζχονται ςε αυτό και τα οποία αναφζρονται μαηί με τουσ όρουσ χριςθσ τουσ ςτο «Σθμείωμα Χριςθσ Ζργων Τρίτων». [1] Ωσ Μθ Εμπορικι ορίηεται θ χριςθ: που δεν περιλαμβάνει άμεςο ι ζμμεςο οικονομικό όφελοσ από τθν χριςθ του ζργου, για το διανομζα του ζργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομικι ςυναλλαγι ωσ προχπόκεςθ για τθ χριςθ ι πρόςβαςθ ςτο ζργο που δεν προςπορίηει ςτο διανομζα του ζργου και αδειοδόχο ζμμεςο οικονομικό όφελοσ (π.χ. διαφθμίςεισ) από τθν προβολι του ζργου ςε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιοφχοσ μπορεί να παρζχει ςτον αδειοδόχο ξεχωριςτι άδεια να χρθςιμοποιεί το ζργο για εμπορικι χριςθ, εφόςον αυτό του ηθτθκεί. 35

36 Διατιρθςθ Σθμειωμάτων Οποιαδιποτε αναπαραγωγι ι διαςκευι του υλικοφ κα πρζπει να ςυμπεριλαμβάνει: το Σθμείωμα Αναφοράσ το Σθμείωμα Αδειοδότθςθσ τθ διλωςθ Διατιρθςθσ Σθμειωμάτων το Σθμείωμα Χριςθσ Ζργων Τρίτων (εφόςον υπάρχει) μαηί με τουσ ςυνοδευόμενουσ υπερςυνδζςμουσ. 36