2. Фреймові мережі.

2.1. Фрейми та слоти: базові поняття.

М. Мінський у 1975 р. запропонував гіпотезу, згідно з якою знан­ня людини групуються в модулі, і назвав ці модулі фреймами. Мінський писав, що коли людина потрапляє в нову ситуацію, вона зіставляє цю си­туацію з тими фреймами, які зберігаються у неї в пам'яті. Саме на теорії фреймів, розробленій М. М. Мінським, і базуються фреймові моделі [1].

Фреймом називається структура дата, призначена для опису типових ситуацій або типових понять.

М. Мінський наводив вужче визначення поняття "фрейм". Він наголо­шував на тому, що фрейм повинен задавати мінімально можливий опис деякого поняття.

Фреймом називається мінімально можливий опис деякої сутності, такий, що подальше скорочення цього опису приводить до втрати цієї сутності.

Фрейм будь-якого поняття може бути утворений шляхом об'єднання всіх бінарних фактів, пов'язаних з цим поняттям. Формально об'єкт у рам­ках фреймової моделі описується таким чином:

Ім'я фрейму, ((Атрибут_1, значення_1),

(Атрибут_2, значення_2),

…

(Атрибут_n, значення_n)).

Даним записом підкреслюється, що фрейм - це сукупний опис усіх основних характеристик об'єкта.

Структури даних, призначені для опису окремих атрибутів у фреймі, називаються слотами цього фрейму.

Як приклад розглянемо поняття "Студент", яке описується відповід­ним фреймом. Кожний студент може бути охарактеризований такими ха­рактеристиками, як прізвище, ім'я, по батькові, факультет, курс. Тоді сло­ти фрейму "Студент" відповідають саме цим характеристикам.

2.2. Конкретизація, ієрархія та наслідування фреймів.

Фреймова структура описує узагальнене, родове поняття, тобто групу (клас) однотипних об'єктів з однаковими характеристиками. Конк­ретні ж об'єкти прийнято називати екземплярами фреймів.

Опис екземплярів фрейму формується внаслідок конкретизації фрей­мів, що полягає в заповненні слотів конкретними значеннями (інакше кажучи, у визначенні значень атрибутів). Якщо при описі загального фрей­му деякі слоти уже заповнені конкретними значеннями, ці значення пере­даються всім екземплярам цього фрейму. Отже, будь-який студент може бути описаний на основі фрейму "Студент ", якщо підставити в слоти конкретні дані.

Для фреймових моделей характерна ієрархія понять. У нашому при­кладі фрейм "Студент" є похідним від загальнішого фрейму "Людина". Тоді він наслідує його слоти. У нашому прикладі фрейм "Людина" може мати слоти "Прізвище", "Ім'я та по батькові". Тому відповідні слоти в описі фрейму "Студент " можна не задавати, а обмежитися лише слотами, спе­цифічними для нього: "Факультет", "Курс". Якщо якісь слоти вже запов­нені конкретними значеннями, то ці значення можуть успадковуватися фреймами-нащадками.

2.3. Поповнення первинних описів на основі фреймових моделей.

Фрейми виявилися зручним інструментом для опису ситуацій, які сприймаються системою, та для зіставлення цих ситуацій з тими знан­нями, що зберігалися в пам'яті (власне, Мінський вважав, що саме в цьому і полягає одне з основних призначень фреймових моделей).

Нагадаємо, що первинним описом ситуації або об'єкта називається їх опис у тому вигляді, в якому вони безпосередньо сприймаються органа­ми чуттів. Ми знаємо, що цей первинний опис, як правило, поповнюється на основі наявних знань. Коли інтелектуальна система сприймає деякий об'єкт, вона формує первинний опис і зіставляє цей опис з фреймами, що зберігаються в її пам'яті (формування первинного опису та зіставлення можуть відбуватися і паралельно). Якщо зіставлення з деяким фреймом пройшло достатньо успішно, система відносить новий об'єкт до поняття, що описується цим фреймом. На основі цього відповідним чином здійсню­ється поповнення первинного опису, а саме:

• формується загальна структура опису нового об'єкта (фактично те­пер він розглядається як екземпляр певного фрейму);

• заповнюються всі слоти нового екземпляра, значення яких визнача­ються в описі родового фрейму або задаються в первинному описі;

• якщо опис недостатньо повний (не вистачає значень деяких важли­вих слотів) або суперечливий (це відбувається, наприклад, якщо об'єкт зіставляється з кількома фреймами або інформація, що вво­диться, суперечить визначеній за успадкуванням), можуть бути акти­візовані процедури уточнення.

Розглянемо приклад.

Нехай у пам'яті інтелектуальної системи зберігається фрейм опису одного дня навчання в школі:

ЗАНЯТТЯ_В_ШКОЛІ((Вид_роботи, НАВЧАННЯ),

(Початок, 9.00),

(Кількість_уроків, _),

(Закінчення, Початок + Кількість_уроків * 0.45 +