12. Модель представления знаний: фреймы.
Впервые термин «фрейм» был предложен в 70-е годы Марвином Минским [12], который определил его следующим образом: «Фрейм – это структура данных, представляющая стереотипную ситуацию, вроде нахождения внутри некоторого рода жилой комнаты, или сбора на вечеринку по поводу дня рождения ребенка. К каждому фрейму присоединяется несколько видов информации. Часть этой информации – о том, как использовать фрейм. Часть о том, чего можно ожидать далее. Часть о том, что следует делать, если эти ожидания не подтвердятся». Фрейм - это минимальное возможное описание сущности какого-либо явления, события, ситуации, процесса или объекта. Минимальность означает, что при дальнейшем упрощении описания теряется его полнота, она перестает определять ту единицу знаний, для которой предназначено. Например, слово "комната" вызывает у слушающих образ комнаты: "жилое помещение с четырьмя стенами, полом, потолком, окнами и дверью, площадью 6-20 м2 ". Из этого описания ничего нельзя убрать (например, убрав окна мы получим уже чулан, а не комнату), но в нем есть "дырки", - это незаполненные значения некоторых атрибутов - количество окон, цвет стен, высота потолка. покрытие пола и др. [11]. В теории фреймов такой образ называется фреймом. Фрейм имеет определенную структуру, состоящую из множества элементов – слотов. Каждый слот в свою очередь, представляется определенной структурой данных, процедурой, или может быть связан с другим фреймом.
Структуру фрейма можно представить так: ИМЯ ФРЕЙМА : (имя 1-го слота: значение 1-го слота), (имя 2-го слота: значение 2-го слота), - - - - (имя N-го слота: значение N-гo слота). Ту же запись представим в виде таблицы, дополнив двумя столбцами.
В таблице дополнительные столбцы предназначены для описания типа слота и возможного присоединения к тому или иному слоту специальных процедур, что допускается в теории фреймов. Эти процедуры в литературе иногда именуются «демонами». Со слотом можно связать любое количество процедур, но наиболее часто используются следующие:
Процедура на событие «если добавлено» (IF-REMOVED). Выполняется, когда новая информация записывается в слот.
Процедура на событие «если удалено» (IF-ADDED). Выполняется, когда информация удаляется из слота.
Процедура на событие «по требованию» (IF-NEEDED). Выполняется, когда запрашивается информация из пустого слота.
В качестве значения слота может выступать имя другого фрейма; так образуют сети фреймов. Различают фреймы-образцы, или прототипы, хранящиеся в базе знаний, ифреймы-экземпляры, которые создаются для отображения реальных ситуаций на основе поступающих данных. Прототип – это уже не абстрактный образ, а наиболее типичный представитель своего класса, с обобщенными, но вполне конкретными, значениями своих свойств. Например, прототип понятия четырехугольник можно определить как фигуру, имеющую четыре угла. Модель фрейма является достаточно 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.
Важнейшим свойством теории фреймов является заимствованное из теории семантических сетей наследование свойств. 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, список и значения слотов. Возможно наследование свойств от нескольких прототипов. Такой вид наследования получи название «множественное наследование». В качестве примера можно рассмотреть формирование понятия заказ товара (см. Рисунок 2. Пример описания знаний с помощью фреймов.).
Рисунок 2. Пример описания знаний с помощью фреймов
Основным преимуществом фреймов как модели представления знаний является способность отражать концептуальную основу организации памяти человека, а также гибкость и наглядность.