Фреймовая модель

Термин «фрейм» (англ. frame – каркас, рамка) был предложен Марвином Минским в 70-е годы XX века для обозначения структуры знаний при восприятии пространственных сцен. Фрейм – это абстрактный образ для представления стереотипа объекта, понятия или ситуации [8]. В психологии и философии известно понятие абстрактного образа. Например, произнесение слова «комната» порождает образ жилого помещения (стены, потолок, пол, дверь, окна). Из этого описания ничего нельзя убрать, но есть слоты – незаполненные значения некоторых атрибутов (количество окон, высота потолков, цвет стен). В теории фреймов такой образ называется фреймом комнаты [12].

Различают фреймы-образцы (прототипы), хранящиеся в БЗ, и фреймы-экземпляры, которые создаются для отображения реальных фактических ситуаций на основе поступающих данных. Модель фрейма является достаточно универсальной, поскольку позволяет отобразить все многообразие знаний через фреймы-структуры (заем, залог), фреймы-роли (клиент, менеджер), фреймы-сценарии (банкротство, собрание акционеров), фреймы-ситуации (тревога, авария).

Структура фрейма представляется как список свойств:

(имя ФРЕЙМА:

(имя 1-го слота: значение 1-го слота),

(имя 2-го слота: значение 2-го слота),

…

(имя N-го слота: значение N-го слота)).

При описании предметной области для классов задач структурно-параметрической идентификации, прогнозирования временных рядов, распознавания образов используются классификационные фреймы (КФ) и фреймы-смысловые связки (ФСС) [9].

В нормальных формах Бэкуса – Науэра КФ определяется следующим образом:

<КФ>::=<идентификатор><имя фрейма>:=<список классификаций>

<список классификаций>::={[<поле>:]}<классификация>

<поле>::=<идентификатор>

<классификация>::={<вариант>}

<вариант>::=<идентификатор>{<условие><альтернатива>}|<иденти-фикатор> <альтернатива>

<альтернатива>::=<текст>{<указание>}

<указание>::=<ссылка на фрейм>|<описание фрейма>|<принуди-тельное разрешение фрейма>

Пример 3.5. Применительно к предметной области регрессионного анализа КФ имеет вид:

К0 <цель исследования>:=

V1 <регрессионный анализ данных>

К1 <этапы решения задачи>:=

V1 <предварительный анализ исходных данных>

V2 <структурно-параметрическая идентификация регрессионных моделей>

V3 <оценка качества регрессионных моделей>

К2 <предварительный анализ исходных данных>:=

V1 <анализ корректности исходных данных>

V2 <проверка условий применимости регрессионного анализа>

V3 <функциональное преобразование матрицы регрессоров>

К7 <оценка качества регрессионных моделей>:=

V1 <для К6 = 1 ۷ К6 = 4>

V2 <для мультипликативных моделей>

V3 <для нелинейных нереализуемых моделей>

ФСС определяется конструкцией

<ФСС>::=<идентификатор><входной аргумент> <глагол> <выходной аргумент>

Пример 3.6. Применительно к предметной области регрессионного анализа ФСС имеет вид [9]:

C0 <начало работы> требует

A <обеспечить ввод исходных данных>

B <назначить режим работы>

C1 <предварительный анализ исходных данных>

A <восстановление отсутствующих значений>

B <исключение аномальных значений отклика>

C <проверку значений отклика на нормальность распределения>

D <проверку значений отклика на статистическую независимость>

E <проверку матрицы регрессоров на мультиколлинеарность>

...

C3 <оценка качества регрессионных моделей> требует

A (если К7 = 1, то)

А1 <проверку нормальности распределения значений остатков>

А2 <проверку статистической независимости значений остатков>

...

С (если К7=3, то)

С1 <вычисление F-статистик>

С2 <визуальный анализ значений остатков>

Множество КФ и ФСС служат основой для построения фрейм-фраз, совокупность которых образует семантическую модель предметной области.

В качестве значения слота может выступать имя другого фрейма, так образуются сети фреймов (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Сеть фреймов

Существует несколько способов получения слотом значений во фрейме-экземпляре:

- по умолчанию от фрейма-образца;

- через наследование свойств от фрейма, указанного в слоте АКО («это»);

- по формуле, указанной в слоте;

- через присоединенную процедуру;

- явно из диалога с пользователем;

- из БД.

Важнейшим свойством теории фреймов является наследование свойств по АКО-связям. Слот АКО указывает на фрейм более высокого уровня иерархии, откуда неявно наследуются, т.е. переносятся, значения аналогичных слотов. В общем случае на наследование свойств ориентируют указатели наследования:

U – уникальный, показывает, что значение не наследуется;

S – показывает, что значение слота наследуется;

R – показывает, что значения слота должны находиться в пределах значений, указанных в одноименных слотах родительского фрейма;

O – выполняет одновременно функции U и S (при отсутствии значения наследуется, в противном случае не наследуется).

Тип значения слота показывают указатели типа данных: frame (указатель на фрейм), real, integer, boolean, text, list, table.

Демон – это процедура, автоматически запускаемая при выполнении некоторого условия. Демоны запускаются при обращении к соответствующему слоту. Демон IF-NEEDED запускается, если в момент обращения к слоту его значение не было установлено. Демон IF-ADDED запускается при попытке изменения значения слота. Демон IF-REMOVED запускается при удалении значения слота.

Основным преимуществом фреймов как модели представления знаний является то, что она отражает концептуальную основу организации памяти человека, а также ее гибкость и наглядность [8]. Фреймовый подход реализуется на основе специальных языков представления знаний FRL, KRL, фреймовая «оболочка» Карра.

Дата добавления: 2015-12-07