ISA-Hierarchie und Vererbung. Alternative Notationen. 1 KI und symbolische Repräsentation. Methoden der KŸnstlichen Intelligenz

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1 ReprŠsentation einer Szene 1 KI und symboische Repräsentation 3. Voresung: Aternative Notationen: Semantische Netze; Frames Methoden der KŸnstichen Inteigenz Ipke Wachsmuth ÊWS 2000/2001 bock-2 bock-1 tabe-1 ( bock-2 bock) u as Menge ogischer Formen (coor bock-2 red) (supported-by bock-2 bock-1) u as semantisches Netz ( bock-1 bock) (coor bock-1 yeow) (supported-by bock-1 tabe-1) ( tabe-1 tabe) bock tabe red bock-2 bock-1 tabe-1 coor supported-by coor supported-by yeow 3. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 2 Indexing-Schemata können aber auch in prädikatenogischen Repräsentationen eingeführt werden. --> später Aternative Notationen Semantische Netze (auch: "assoziative Netze") und prädikatenogische Formen repräsentieren die geiche Information in unterschiedichem Format: Knoten entsprechen Termen markierte gerichtete Kanten entsprechen Prädikaten d.h. es handet sich um aternative Notationen, nicht prinzipie verschiedene Repräsentationen! WAS IST ABER ANDERS? Zusätzich enten semantische Netze pointer (und manchma auch back pointer ), die den Zugriff auf assoziierte Information (z.b. Instanzen) einfach machen: INDEXING ISA: Òis aó Òist einó ACHTUNG: Manchma für Eement- und ako für Teimengen-Beziehung! AKO: Òa kind ofó ISA-Hierarchie und Vererbung Schüssekonzept der KI aus der Tradition semantischer Netze Instanzen "erben" Eigenschaften, die Individuenmengen (Kassen) zugeschrieben werden. Dies kann sich über ganze ISA-Hierarchien fortpfanzen. INHERITANCE OF PROPERTIES Zweck: Ökonomie in der Wissensrepräsentation > Suche entang von - und -inks, um nicht direkt verfügbare Information zu gewinnen (durch Vererbung). entspricht entspricht 3. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 3 3. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 4

2 Beispie einer ISA-Hierarchie Idee von Eigenschaftsvererbung property-inheritance-ink amoeba Weche Dinge haben Streifenmuster? striped property-ink can anima egs pattern has-part tiger higher anima move eephant 3. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 5 Kann Cyde sich bewegen? cyde has-part head Haben Tiere Beine? coor fred Was ist ein Eefant? gray ACHTUNG unterscheide: Property-inks von Kassen- Knoten eines semantischen Netzes (dog,mamma): impizit aquantifizierte Assertionen* Property-inks von Instanz- Knoten (fido,fifi): assertierte Fakten für Individuen z.b. (sex fifi femae) Type versus Token! femae true mamma 4 meat sex 3. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 6 furry eats fifi dog numegs friendiness fido high sex mae *Beispie: prädikatenogische Rekonstruktion der dog-properties (fora(x)(if ( x dog) (and (friendiness x high) (eats x meat)))) Auch dies sind prädikatenogische Repräsentationen, die jedoch (durch die Sot-Prädikate) mehr ausdrücken as die oberen: Funktionae Struktur Sot-Assertion-Notation Zweck: Ausdruck funktionaer Beziehungen Beispiee. (catch-object jack-2 ba-5) (catch-object petra-1 keue-3) Prädikat werden repräsentiert as: Argumente (sots) ( catch-22 catch-object) (catcher catch-22 jack-2) (caught catch-22 ba-5) ( catch-23 catch-object) (catcher catch-23 petra-1) (caught catch-23 keue-3) Aus einer Menge von Fakten (Assertionen) wird ein "objektzentriertes" Format. Objekt hier: Das "catch-object- Ereignis catch-22" Sot-and-Fier Notation (Frames) Die verschiedenen Sot-Assertions werden zu einem strukturierten Ausdruck kombiniert: Aus (catch-object catch-22 ) (catcher catch-22 jack-2) (caught catch-22 ba-5) wird (catch-object catch-22 (catcher (caught Agemeine Struktur: (catch-object <token> (catcher (caught jack-2) ba-5)) <token>) <token>)) 3. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 7 3. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 8

3 Objekte/Frames u Formaismen, mit denen eine Menge von Fakten strukturiert ökonomisch mit Basiswissen über die Verwendung abgespeichert werden kann. Kernideen von Frames (bzw. agemein von objektzentrierten Repräsentationen) u Vererbungshierarchien u zugeordnete Prozeduren u Erwartungswerte (Defauts) z.b.: Eefant : ist_ein : Säugetier : Rüsse Größe : groß Lebensraum : Boden u Verwendungsaspekte a) Eigenschaftszuschreibung b) Kassifikation anhand von Eigenschaften 3. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 9 3. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 10 Vererbungshierarchie - Beispie Konzepthierarchien Säugetier : ist_ein : Wirbetier Vermehrung : ebendgebärend Eefant : ist_ein : Säugetier : Rüsse Größe : groß Lebensraum : Boden Lebewesen Tier SŠugetier Haustier Hund Bemerkungen: Manchma wird für Objekt auch Konzept gesagt. Manchma wird für Hierarchien wie inks auch Heterarchien gesagt. Es gibt viee Weisen, Hierarchien bzw. Heterarchien für eine Wet anzugeben. 3. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 12

4 Vererbungshierarchien Zugeordnete Prozeduren u dienen der ökonomischen Datenung Objekte (genaugenommen Objektkassen) werden in Hierarchien strukturiert individuee Eigenschaften werden beim Objekt sebst abgespeichert agemeine Eigenschaften werden den Vorgängern in der Hierarchie zugeordnet und an ae Nachfoger vererbt u fexiber: Vererbungsheterarchien Vererbung der Eigenschaften mehrerer Vorgänger mögich Mögichkeit der gezieten Unterdrückung einzener Eigenschaften u (keine) Programme, die einer Eigenschaft eines Objektes zugeordnet sind und bei jedem Lese- oder Schreibzugriff auf dessen Wert ausgeführt werden, etwa um: aus vorhandenen Parametern neue zu berechnen, z.b. Ater aus Geburtsdatum Werteänderungen zu überwachen, z.b. bei jedem Schreibzugriff den neuen Wert auf dem Bidschirm anzeigen (active vaues) u Zugeordnete Prozeduren können in einer Objekthierarchie (ähnich wie Werte) vererbt werden. 3. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 14 Erwartungswerte (Defauts) Von semantischen Netzen... u Vorbeegungen von Werten, die normaerweise, aber nicht immer stimmen und daher durch konkrete Informationen überschrieben werden können. u Beispie: Wirbetier Bewegichkeit ist_ein SŠugetier sebstbewegend Kopf (Voge Fugfähigkeit ja) (Pinguin ist_ein Voge) (Pinguin Fugfähigkeit nein) (typischerweise kšnnen Všge fiegen) generische Eigenschaft ebendgebšrend Vermehrung gro Grš e ist_ein Eefant Beine Farbe u ACHTUNG: Der Einsatz von Defauts kann erfordern, daß Schußfogerungen zurückgezogen werden müssen. individuee Eigenschaft Zahnweh Boden Lebensraum cyde fred RŸsse 3. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 16

5 ... zu Frames (Ausschnitt) Säugetier : ist_ein : Wirbetier Vermehrung : ebendgebärend Eefant : ist_ein : Säugetier : Rüsse Größe : groß Lebensraum : Boden 3. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 17 Beispiesprache FRL (1977) u Frame (für jeweis ein Objekt) u Sots (für Eigenschaften) u Facetten (für Wertarten ) $vaue ; tatsšchicher Wert des Sots $require ; Wertebereich fÿr $vaue $defaut ; Erwartungswert (Standardannahme) $if-added ; auszufÿhren bei Eintrag eines Werts fÿr $vaue $if-removed ; auszufÿhren bei Lšschen eines Werts fÿr $vaue $if-needed ; auszufÿhren fas $vaue-wert benštigt wird u Werte (Frame Representation Language) ãwerteò kšnnen auch (Lisp-) Prozeduren sein. 3. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 18 Vererbungshierarchien in FRL Probematik von Defauts Frame Eefant Sot Facette Wert AKO $vaue Säugetier Eefant : ist_ein : Säugetier :... Größe :... Lebensraum :... u FRAGE: Was ist groß,, einen Rüsse und ebt auf Bäumen? Frame Cyde Sot Facette Wert AKO $vaue Eefant ACHTUNG: Eigentich zu unterscheiden: generische Objekte (Objektkassen) individuee Objekte (Instanzen) Cyde : ist_ein : Eefant... :... Größe :... Lebensraum :... Manche Frame-Sprachen unterscheiden daher ISA- und AKO-Sots! 3. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 19 u ANTWORT: Ein Eefant die Bäume sind eine Abweichung bezügich des Lebensraums typischer Eefanten. (Brachmann, 1985) 3. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 20

6 Kritik an Frame-Sprachen/FRL Ursprung von Frames u Ae Zusicherungen können durch Ausnahmen überschrieben werden. u Eine automatische Kassifikation neuer Objekte anhand ihrer Eigenschaften ist daher nicht mögich. u Radikae Konsequenz: Erwartungswerte (Defauts) und Abweichungen bei der Objekt-Definition verbieten. È Grundidee der KL-ONE-Sprachen (spšter) Marvin Minsky (1975): A framework for representing knowedge. In P.H. Won (ed.): The Psychoogy of Computer Vision. New York: McGraw-Hi. Kognitive Theorie über: u Wiedererkennen von stereotypen Objekten (z.b. Wohnzimmer) u Handen bei stereotypen Ereignissen (z.b. Kindergeburtstag) u Beantwortung von Fragen über stereotype und konkrete Objekte Nur der dritte Aspekt ist in FRL und den meisten Frame-Sprachen berücksichtigt. 3. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 22 <Frame-Bid> RŸckbick auf Tei 1 Was ist Künstiche Inteigenz? Ziee und Vorhaben der KI Symboverarbeitung; interne Repräsentation Eindeutigkeitsforderung: referentie, semantisch, funktiona Prädikatenkakü; Inferenzregen Aternative Notationen (Logik, semantische Netze, Frames) Verwendung: Eigenschaftszuschreibung bzw. Kassifikation Leseempfehung heute: u Charniak & McDermott, Kapite 1, Seite Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 24