-
Теория фреймов. Структура фрейма. Слоты и присоединенные процедуры. Механизм вывода на фреймах
-
Фрейм Фреймы— это минимальные структуры информации, необходимые для представления класса объектов, явлений или процессов. Фрейм отражает основные свойства объекта или явления.
Фрейм– это сеть узлов и отношений, организованных иерархически, где верхние узлы представляют общие понятия, а нижние – более частные случаи этих понятий.
Структура фрейма записывается в виде списка свойств, называемых во фрейме слотами.
Слоты— это некоторые незаполненные подструктуры фрейма, заполнение которых приводит к тому, что данный фрейм ставится в соответствие некоторой ситуации, явлению или объекту.
Термин фрейм (от англ. frame– «каркас», «рамка») был предложен в 70-е годы прошлого столетия одним из пионеров ИИ Марвином Минским для обозначения структуры знаний для восприятия пространственных сцен. Как и семантическая сеть, фреймовая модель имеет глубокое психологическое обоснование.
Под фреймом понимается абстрактный образ или ситуация для представления некоторого стереотипа восприятий.
В философии и психологии широко употребимо понятие абстрактного образа. Например, произнесение слова «комната» порождает некий образ комнаты, т.е. «жилого помещения с четырьмя стенами, полом, потолком, окнами и дверью». Из описания ничего нельзя исключить – например, убрав окна, мы получим уже чулан, а не комнату. Однако в этом описании существуют некоторые незаполненные атрибуты – «слоты», например, количество окон, высота потолка и т.д. Слоты – описания частностей.
В теории фреймов такой образ комнаты называется фреймом комнаты. Кроме того, фреймом называется и формализованная модель для отображения образа.
Различают фреймы-образцы, или прототипы, хранящиеся в базе знаний, и фреймы-экземпляры, которые создаются для отображения реальных фактических ситуаций на основе поступающих данных.
Модель фрейма является до некоторой степени универсальной, поскольку позволяет отобразить все многообразие знаний о мире через:
-
фреймы-структуры, для обозначения объектов и понятий (заем, залог, вексель);
-
фреймы-роли (менеджер, кассир, клиент);
-
фреймы-сценарии (банкротство, собрание акционеров, празднование именин);
-
фреймы-ситуации (тревога, авария, рабочий режим устройства) и др.
-
Структуру фрейма можно представить с помощью списка и таблицы.
{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)}
-
Способы получения слотом значений во фрейме-экземпляре.
Важнейшим свойством теории фреймов является заимствованное из теории семантических сетей наследование свойств (используется для уменьшения информационной избыточности во фреймовых системах; позволяет общую (глобальную) для системы информацию хранить в отдельном фрейме, а во всех остальных фреймах указывать лишь ссылку на место хранения этой информации). И во фреймах, и в семантических сетях наследование происходит по АКО-связям (A-Kind-Of=это).Слот АКО указывает на фрейм более высокого уровня иерархии, откуда неявно наследуются, т.е. переносятся, значения аналогичных слотов.
Пример. Например, в сети фреймов на рис.1 Понятие «ученик» наследует свойства фреймов «ребенок» и «человек», которые находятся на более высоком уровне иерархии. Так, на вопрос: «Любят ли ученики сладкое?» следует ответ «да», так как этим свойством обладают все дети, что указано во фрейме «ребенок». Наследование свойств может быть частичным, так как возраст для учеников не наследуется из фрейма «ребенок», поскольку указан явно в своем собственном фрейме. Явное указание отменяет наследование.
Основным преимуществом фреймов как модели представления знаний является способность отражать концептуальную основу организации памяти человека, а также гибкость и наглядность.
Специальные языки представления знаний в сетях фреймов FRL (FrameRepresentationLanguage), KRL,KAPPA и другие позволяют эффективно строить промышленные ЭС.
Широко известны такие фреймо-ориентированные экспертные системы, как ANALYST, МОДИС, TRISTAN,ALTERID.
Присоединенная процедура.В качестве значения слота можно использовать программу процедурного типа, которая запускается по сообщению, переданному из другого фрейма.
Типы процедур (запускаются при обращении к соответствующему слоту):
-
IF-NEEDED (если-нужно) - запускается, если в момент обращения к слоту его значение не было установлено;
-
IF-ADDED (если-добавлено) - запускается при подстановке в слот значения;
-
IF-REMOVED(если-удалено) - запускается при стирании значения слота;
и т. д.
Механизм вывода на фреймах
В языке представления знаний фреймами отсутствует специальный механизм управления выводом, поэтому пользователь должен реализовать данный механизм с помощью присоединенной процедуры.
Механизм управления выводом в FMS-системе организуется следующим образом. Сначала запускается одна из присоединенных процедур некоторого фрейма, затем в силу необходимости посредством пересылки сообщений последовательно запускаются присоединенные процедуры других фреймов и таким образом осуществляется вывод. Другими словами, база знаний должна быть определена так, чтобы правильно выполнять вывод.
Пример:
Конкретные (самые конечные) фреймы называются терминалы.
