Фреймовые модели.

Фреймы были впервые предложены в качестве аппарата для представления знаний М. Минским в 1975 г. Фреймовые модели представляют собой систематизированную в виде единой теории технологическую модель памяти человека и его сознания. Под фреймом понимают минимальные структуры информации, необходимые для представления класса объектов, явлений или процессов.

Фрейм можно представить в виде сети, состоящей из вершин и дуг (отношений), в которых нижние уровни фрейма заканчиваются слотами (переменными), которые заполняются конкретной информацией при вызове фрейма. Значением слота может быть любая информация: текст, числа, математические соотношения, программы, ссылки на другие фреймы. На заполнение слотов могут быть наложены ограничения, например цена не может быть отрицательной. Ниже приведены основные свойства фреймов.

– Наследование свойств. Все фреймы взаимосвязаны и образуют единую фреймовую структуру, поэтому достаточно просто производить композицию и декомпозицию информационных структур. Например: слот более низкого уровня указывает на слот более высокого уровня иерархии, откуда неявно наследуются (переносятся) значения аналогичных слотов, причем наследование свойств может быть частичным.

– Базовый тип. При эффективном использовании фреймовой системы, можно добиться быстрого понимания сущности данного предмета и его состояния, однако для запоминания различных позиций в виде фреймов необходимы большие объемы памяти. Поэтому только наиболее важные объекты данного предмета запоминаются в виде базовых фреймов, на основании которых строятся фреймы для новых состояний. При этом каждый фрейм содержит слот, оснащенный указателем подструктуры, который позволяет различным фреймам совместно использовать одинаковые части.

– Процесс сопоставления – процесс, в ходе которого проверяется правильность выбора фрейма, осуществляется в соответствии с текущей целью и информацией, содержащийся в данном фрейме. Фрейм содержит условия, ограничивающие значения слота, а цель используется для определения, какое из этих условий, имея отношение к данной ситуации, является существенным.

– Иерархическая структура, особенность которой заключается в том, что информация об атрибутах, которую содержит фрейм верхнего уровня, совместно используются всеми связанными с ним фреймами нижних уровней.

– Сети фреймов. Поиск фрейма, подобного предыдущему, осуществляется с использованием указателей различия. Поиск возможен благодаря соединению фреймов, описывающих объекты с небольшими различиями, с данными указателями и образованию сети подобных фреймов.

– Отношения «абстрактное – конкретное» и «целое – часть». Иерархическая структура фреймов основывается на отношениях «абстрактное – конкретное». На верхних уровнях расположены абстрактные объекты, на нижних уровнях – конкретные объекты. Объекты нижних уровней наследуют атрибуты объектов верхних уровней. Отношение «целое – часть» касается структурированных объектов и показывает, что объект нижнего уровня является частью объекта верхнего уровня. Наибольшее практическое применение получили отношения «абстрактное – конкретное».

Схема фрейма приведена на рис. 3.16. Теория фреймов послужила толчком к разработке языков представ­ления знаний. Например, концепция объектно-ориентированного про­граммирования в традиционных языках программирования использует понятия, близкие к фрейму. Модели фреймов имеют следующие достоинства:

– способность отображать концептуальную основу организации памяти человека;

– естественность и наглядность представления, модульность;

– поддержку использования значений слотов по умолчанию.

– универсальность, так как позволяют отобразить все многообразие знаний.

В отличие от моделей других типов во фреймовых моделях более жесткая структура, которая называется протофреймом. Основной недостаток: отсутствие механизмов управления выводом, который частично устраняется при помощи присоединенных процедур, реализуемый силами пользователя системы.

В системах искусственного интеллекта могут использоваться одновременно несколько моделей представления знаний. Например, фрейм можно рассматривать как фрагмент семантической сети, предназначенной для описания объекта (ситуации) проблемной области со всей совокупностью присущих ему свойств. Значением некоторых слотов фрейма может быть продукция. В продукционных моделях используются некоторые элементы логических и сетевых моделей. Поэтому появляется возможность организовывать эффективные процедуры вывода и наглядное отображение знаний в виде сетей; отсутствие жестких ограничений позволяет изменять интерпретацию элементов продукции.

Дата добавления: 2015-11-04