Фреймовая модель представления знаний Понятие фрейма, его структура, классификация фреймов
Термин фрейм (от английского frame, что означает "каркас" или "рамка") был предложен Марвином Минским [Минский, 1979], одним из пионеров ИИ, в 70-е годы для обозначения структуры знаний для восприятия пространственных сцен. Эта модель представляет собой систематизированную психологическую модель памяти человека и его сознания.
Фрейм — это некоторая структура для представления знаний, которая при ее заполнении соответствующими значениями превращается в описание конкретного факта, события или ситуации.
Написал книгу «Персептроны» (с Сеймуром Папертом), ставшую фундаментальной работой для последующих разработок в области искусственных нейронных сетей. Привёл ряд своих доказательств теоремы сходимости перцептрона. Содержащаяся в книге критика исследований в этой области и демонстрация необходимых для этого вычислительных ресурсов считается причиной утраты интереса к искусственным нейронным сетям в академических статьях 1970-х годов.
Минский был консультантом фильма Космическая одиссея 2001 года. КОАН.
Прогнозы фильма:
Подтвердившиеся
- Функционирующие поныне компании («Би-Би-Си», «IBM», «Аэрофлот», сеть отелей «Хилтон»).
- Профилирование и специализация телевизионных каналов («Би-Би-Си» в фильме имел по крайней мере 12 тематических каналов).
- Увеличение адресации телефонных номеров.
- К 2001 году компьютер смог победить человека в шахматы.
- Биометрическая идентификация человека (в фильме представлена идентификация по голосу).
- Плоские экраны мониторов на основе жидких кристаллов или плазменных панелей.
- Карманные персональные компьютеры.
- Магнитные кредитные карты, используемые в банкоматах.
- Использование микроволновых печей.
Не подтвердившиеся к 2001 году
Достижения человека в космосе:
По крайней мере две колонии людей на Луне.
Исследование людьми дальнего космоса (за пределами орбиты Марса).
Коммерческие рейсы в космосе (первые коммерческие полёты частных компаний выше стратосферы начались чуть позже).
Исследование Юпитера многочисленными автоматическими станциями.
Космические станции на орбите не достигли таких размеров и численности персонала, как это представлено в фильме.
Термоядерные или ядерные двигатели для ракет не были созданы (вернее были, но в серию не пошли).
Искусственная сила тяжести на космических кораблях, возникающая из-за вращения.
Искусственный интеллект, способный осмысленно общаться с людьми на естественном языке.
Существование сверхдержавы СССР.
Не функционировавшие к 2001 году компании и организации: Bell Labs, PanAm.
Технологии, позволяющие вводить человека в состояние анабиоза.
Использование перфокарт для хранения информации.
Фрейм - это абстрактный образ для представления некоего стереотипа восприятия.
В психологии и философии известно понятие абстрактного образа.
Например, произнесение вслух слова "комната" порождает 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" или "слоты" - это незаполненные значения некоторых атрибутов - например, количество окон, цвет стен, высота потолка, покрытие пола и др.
В теории фреймов такой образ комнаты называется фреймом комнаты.
Фреймовую модель можно считать более специализированной по отношению к сетевой. Она основана на принципе кластеризации (фрагментация) знаний.
Основной структурной единицей фрейма является слот.
Традиционно структура фрейма может быть представлена как список свойств:
(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)).
Ту же запись можно представить в виде таблицы, дополнив ее двумя столбцами.
Пример фрейма: руководитель
|
Имя слота |
Значение слота |
Тип значения слота |
|
Имя |
Иванов И. И. |
Строка символов |
|
Рожден |
01.01.1965 |
Дата |
|
Возраст |
age(dama, рожден) |
Процедура |
|
Специальность |
Юрист |
Строка символов |
|
Отдел |
отдел кадров |
Строка символов |
|
Зарплата |
8000 |
Строка символов |
|
Адрес |
дом_адрес |
Фрейм |
Таблица 1.1. Структура фрейма
|
Имя слота |
Значение слота |
Способ получения значения |
Присоединенная процедура |
Слот может содержать не только конкретное значение, но также имя процедуры, позволяющей вычислить это значение по заданному алгоритму.
Например, слот с именем возраст может содержать имя процедуры, которая вычисляет возраст человека по дате рождения, записанной в другом слоте, и текущей дате.
Процедуры, располагающиеся в слотах, называются связанными или присоединенными процедурами. Вызов связанной процедуры осуществляется при обращении к слоту, в котором она помещена. Процедура, которая запускается автоматически при выполнении некого условия, называется Демоном.
В слоте может содержаться не одно, а несколько значений, то есть в качестве структурных составляющих фреймов могут использоваться данные сложных типов, а именно: массивы, списки, множества, фреймы и т.д. Например, в слоте с именем брат может содержаться список имен, если объект, описываемый данным фреймом, имеет нескольких братьев. Значение слота может представлять собой некоторый диапазон или перечень возможных значений, арифметическое выражение, фрагмент текста и т.д.
В общем случае структура данных фрейма может содержать более широкий набор информации, в который входят следующие атрибуты. Имя фрейма служит для идентификации фрейма в системе и должно быть уникальным. Фрейм представляет собой совокупность слотов, число которых может быть произвольным. Число слотов в каждом фрейме устанавливается проектировщиком системы, при этом часть слотов определяется самой системой (системные слоты) для выполнения специфических функций, примерами которых являются:
слот-указатель родителя данного фрейма (is-a);
слот-указатель дочерних фреймов;
слот для ввода имени пользователя;
слот для ввода даты определения фрейма;
слот для ввода даты изменения фрейма и т.д.
Имя слота должно быть уникальным в пределах фрейма.
Пример сети фреймов приведен на рис. 7. На нём понятие ученик наследует свойства фреймов ребенок и человек, которые находятся на более высоких уровнях иерархии. Если будет задан вопрос «Любят ли ученики сладкое?», то следует ответ «да», так как этим свойством обладают все дети, что указано во фрейме ребенок. Наследование свойств может быть частичным, например, «возраст» для учеников не наследуется из фрейма «ребенок», так как явно указан в собственном фрейме.
Рис. 7. Пример иерархии фреймов.