2 Рамкі

Тэрмін фрэйм (ад англ. Frame - каркас, рамка) быў прапанаваны Марві-нам Менскім ў 70-я гады. Гэтая структура ведаў першапачаткова прызначалася для ўспрымання прасторавых сцэн. У філасофіі і псіхалогіі вядома паняцце абстрактнага вобраза. Напрыклад, вымаўленае ўслых слова «пакой» выклікае ў нас вобраз пакоя: «жылога памяшкання з чатырма сценамі, падлогай, столлю і вокнамі і дзвярыма, плошчай 6-20 м2. У тэорыі фрэймаў гэты вобраз называюць фреймам пакоя. З гэтага апісання нельга нічога прыбраць (напрыклад, без вокан, мы атрымаем ужо не пакой, а склеп). У ім есць «дзіркі» - незапоўненыя значэнні некаторых атрыбутаў (напрыклад, колькасць вокнаў), гэтыя «дзіркі» называюць слотамі (ад англ. шчыліна).

Такім чынам, можна даць вызначэнне фрейму як мінімальна магчымаму апісанню сутнасці якой - небудзь з'явы, падзеі, сітуацыі, працэсу або аб'екта. Мінімальна магчымае азначае, што пры далейшым спрашчэнні апісання губляецца паўната, яно перастае вызначаць тую адзінку ведаў, якой прызначана.

У сістэме фрэймаў прадпрымаецца спроба судзіць аб класе аб'ектаў, выкарыстоўваючы прадстаўленне ведаў аб прататыпах, якія добра прадстаўляюць розныя аб'екты дадзенага класа. Напрыклад, «прататыпічная» птушка, няхай гэта будзе верабей, можа лятаць, а таму есць падставы меркаваць, што гэта ўласцівасць усіх птушак, хоць існуюць рэдкія віды птушак, якія гэтай уласцівасцю не валодаюць, напрыклад, пінгвіны. Менавіта ў гэтым сэнсе верабей з'яўляецца лепшым прадстаўніком катэгорыі «птушкі», чым пінгвін, паколькі ен прадстаўляе больш тыповыя ўласцівасці аб'ектаў свайго класа. При решении практических задач подобных исключений весьма много, а границы между классами оказываются очень размыты. Система фреймов оказывается полезной по той причине, что она дают средства структурирования знаний, связанных с приложением правил и классификации объектов.

Пры вырашэнні практычных задач падобных выключэнняў вельмі шмат, а межы паміж класамі аказваюцца вельмі размытымі. Сістэма фрэймаў аказваецца карыснай па той прычыне, што яна дае сродкі структурыравання ведаў, звязаных з выкарыстаннем правіл і класіфікацыяй аб'ектаў.

Марвін Мінскі вызначыў фрэйм як «структуру дадзеных для прадстаўлення стэрэатыпных сітуацый». Ідэя ў тым, каб сканцэнтраваць веды ў адзінай структуры дадзеных, а не размяркоўваць іх паміж мноствам дробных структур. Такія веды альбо сканцэнтраваны ў самой структуры дадзеных, альбо даступныя з гэтай структуры (напрыклад, захоўваюцца ў іншай структуры, звязанай з фрэймам). Доступ да звязаных структур ажыццяўляецца з дапамогай далучаных працэдур.

Такім чынам, па сутнасці, фрэйм апынуўся тым сродкам, які дапамог звязаць дэкларатыўныя і працэдурныя веды. Па сваей структуры рамкі падобныя на семантычныя сеткі. Можна лічыць, што фрэйм - гэта складаны вузел сеткі. Частка спецыялістаў па сістэмах штучнага інтэлекту нават лічыць, што няма неабходнасці вылучаць фрэймавыя мадэлі прадстаўлення ведаў, бо ў іх аб'яднаны ўсе асноўныя асаблівасці мадэляў астатніх тыпаў.

У якасці ідэнтыфікатара фрейму прысвойваецца імя. Гэтае імя павінна быць адзіным ва ўсей фрэймавай сістэме.

Фрэйм мае пэўную ўнутраную структуру, якая складаецца з мноства элементаў, наваных слотамі, якім таксама прысвойваюцца імёны. Кожны слот у сваю чаргу ўяўляецца пэўнай структурай дадзеных. Значэнне слота прадстаўляецца канкрэтнай інфармацыяй, якая адносіцца да аб'екта, апісанага гэтым фрэймам. Такім чынам, кожны фрэйм мае спецыяльны слот, запоўнены найменнямі сутнасцяў, і слоты, запоўненыя значэннямі розных атрыбутаў, асацыіруюцца з аб'ектам.

Як правіла, рамкі арганізаваны ў выглядзе «саслабленай іерархіі» (або «гетэрархіі»), у якой рамкі, размешчаныя ніжэй у іерархіі, могуць наследваць значэнні слотаў розных фрэймаў, размешчаных вышэй.

Фундаментальная ідэя ў тым, што ўласцівасці і працэдуры, размешчаныя вышэй, з'яўляюцца больш ці менш фіксаванымі, паколькі яны ўяўляюць тыя рэчы ці паняцця, якія ў большасці выпадкаў з'яўляюцца праўдзівымі для сутнасці, якая нас цікавіць. У той жа час, больш за рамкі ніжніх узроўняў маюць слоты, якія павінны быць запоўненыя найбольш дынамічнай інфармацыяй, схільнай да частых змен. Калі такая дынамічная інфармацыя адсутнічае з-за непаўнаты нашых ведаў аб прадмеце, то слоты фрэймаў больш ніжкіх узроўняў запаўняюцца дадзенымі, наследаванымі ад фрэймаў верхніх узроўняў.

Ніжэй у якасці простага прыкладу паказаны фрэйм, які апісвае чалавека.

Фрэйм: Чалавек

Імя слота: Значэнне слота

Клас: Млекакормячае

Структурны элемэнт: Галава, шыя, рукі, ...

Рост: 40 220 см

Маса: 1  200 кг

Хвост: Няма

Мова: Руская, англійская, кітайскі ...

Фрэйм аналогіі: Малпа

Значэннем слота можа быць практычна ўсё: лікі, формулы, тэксты на натуральнай мове або праграмы, правілы вываду або спасылкі на іншыя слоты дадзенага фрэйма або іншых фрэймаў. Акрамя таго, са слотамі можа, асацыіравацца любая дадатковая інфармацыя, напрыклад, працэдура вылічэння значэння гэтага слота ў выпадку адсутнасці відавочнага яго запаўнення, працэдура абнаўлення значэння слота пры змене значэння іншага слота. У якасці значэння слота нават можа выступаць набор слотаў больш нізкага ўзроўню, што дазваляе рэалізоўваць ва фреймовых прадстаўленнях «прынцып матрошкі». Сувязі паміж фреймами задаюцца значэннямі спецыяльнага слота з імем «Сувязь».

Рамкі з запоўненымі слотамі называюцца экзэмплярамі фрэйма.

Для апісання аб'екта, сітуацыі або падзеі будуецца сетка фрэймаў. Фрэйм ўяўляе сабой складаны вузел такой сеткі. Як ужо адзначалася вышэй, слоты фрэйма валодаюць далучальнымі працэдурамі, якія дазваляюць ажыццяўляць сувязь у структуры фрэйма. З кожным фрэймам звязана інфармацыя аб тым, як яго выкарыстоўваць, як паступаць у надзвычайных сітуацыях. Далучальныя працэдуры бываюць двух тыпаў -- дэманы і слугі.

Працэдуры-слугі неабходна актывізоўваць кожны раз, калі ажыццяўляецца доступ да фрейма або яго абнаўленне. Ідэя складаецца ў тым, каб выкананне большай часткі вылічэнняў, звязаных з рашэннем праблемы, з'явілася пабочным эфектам перадачы дадзеных у фрэйм або атрымання дадзеных з яго.

Працэдуры, падключаныя да структуры дадзеных, якія запускаюцца на выкананне пры з'яўленні запыту або абнаўленні інфармацыі ў структуры, называюць дэманамі. Тыя дэманы, якія вылічваюць некаторыя значэнні па запыце, называюцца дэманамі па патрабаванні.

Пошук рашэння ва фреймавай мадэлі прадстаўлення ведаў азначае пошук па ўсіх фреймах (сетцы фрэймаў) мадэлі, якая найлепшым чынам апісвае сітуацыю. У працэсе пошуку слоты фрэймаў запаўняюцца інфармацыяй. Атрыманыя экзэмпляры фрэймаў правяраюцца на адэкватнасць разглядаемай сітуацыі. Калі выяўлена хоць адно несупадзенне, разглядаецца наступны кадр.

Падводзячы вынік ўсяму сказанаму вышэй пра семантычныя сеткі і фрэймы, можна адзначыць, што семантычныя сеткі з'яўляюцца вельмі магутным сродкам прадстаўлення ведаў, але для іх характэрная неадназначнасць і неаднароднасць сувязяў. Структура сетак, як правіла, не дае выразны адказ на два важныя пытанні:

- Што ж сапраўды стаіць за вузламі і сувязямі ў сетцы?

- Як можна эфектыўна апрацоўваць інфармацыю, якая захоўваецца ў такой структуры?

Для аўтаматызацыі працэсу выкарыстання і прадстаўлення ведаў найлепшай з'яўляецца ўніфікаваная, аднастайная форма прадстаўлення інфармацыі. Таму ў большасці апошніх даследаванняў, якія датычацца прадстаўлення ведаў, перавага аддаецца фрэймам. Вузлы ў сетцы прадстаўлены як іерархія фрэймаў, сувязі арганізаваны сувязямі паміж фрэймамі. Эфектыўнасць апрацоўкі забяспечваецца падключэннем да вузлоў спецыфічных працэдур, на якія ўскладаецца вылічэнне значэнняў пераменных у адказ на запыты або пры абнаўленні значэнняў іншых уласцівасцей вузла - фрэйма.

Пытанні для самакантролю:

1. Дайце азначэнне, што такое семантычная сетка?

2. З якіх базавых элементаў складаецца семантычная сетка?

3. Якой уласцівасцю валодаюць дугі ў семантычных сетках?

4. Што такое лагічна неадэкватная семантычная сетка?

5. Што такое эврыстычна неадэкватная семантычная сетка?

6. Дайце азначэнне, што такое фрэйм?

7. Дайце азначэнне, што такое слот фрэйма?

8. Дайце азначэнне, што такое экземпляр фрэйма?

9. Якія далучальныя працэдуры бываюць у фрэймах?

10. Дайце азначэнне, што такое дэманы па патрабаванню?