5. Описание фреймов. Встроенные механизмы фреймов

Фрейм — способ представления знаний в искусственном интеллекте, Различают фреймы-образцы, фреймы-экземпляры, фреймы-структуры, фреймы-роли, фреймы-сценарии, фреймы-ситуации.

Фрейм имеет почти однородную структуру и состоит из стандартных единиц, называемых слотами. Каждая такая единица — слот — содержит название и свое значение. Изображается фрейм в виде цепочки:

Фрейм=<слот 1> <слот 2>... <слот N>.

В качестве примера рассмотрим фрейм для понятия «взятие»:

«Взятие»: (Субъект, XI); (Объект, Х2); (Место, ХЗ); (Время, Х4); (Условие, Х5).

В этом фрейме указаны имена слотов (субъект, объект и т.д.), но вместо их значений стоят переменные (XI, Х2 и т.д.). Такой фрейм называется фреймом-прототипом, или протофреймом.

Протофреймы хранят знания о самом понятии. Например, понятие «взять» связано с наличием слотов с указанными именами. Взятие осуществляет XI в месте ХЗ во время Х4, если выполнено условие Х5. Берет XI нечто, обозначенное как Х2. Подставляя вместо всех переменных конкретные значения, получим конкретный факт-описание:

«Взятие»:

(Субъект, Робот);

(Объект, Деталь);

(Место, Приемный бункер);

(Время, Х4);

(Условие, В бункере есть деталь, а у робота ее нет).

В искусственном интеллекте фреймы, в которых обозначены все основные слоты (они каким-либо образом помечаются в описании фрейма), называются фреймами-экземплярами, или экзофреймами. В нашем примере, наверное, основными для фрейма «взятие» можно считать слоты с именами «субъект» и «объект». Поскольку в состав фрейма могут входить слоты с именами действий, фреймы годятся для представления как декларативных, так и процедурных знаний.

Чтобы представить семантическую сеть в виде совокупности фреймов, надо уметь представлять отношения между вершинами сети. Для этого также используются слоты фреймов. Эти слоты могут иметь имена вида «Связь Y» , где Y — имя того отношения (его тип), которое устанавливает данный фрейм-вершина с другим фреймом-вершиной.

В качестве значения слота может выступать новый фрейм, что позволяет на множестве фреймов осуществлять иерархическую классификацию. Это очень удобное свойство фреймов, так как человеческие знания, как правило, упорядочены по общности.

6. Области применения фреймов. Применение фреймов в объектно-ориентированном программировании.

Фреймы используются в системах искусственного интеллекта (например, в экспертных системах) как одна из распространенных форм представления знаний.

Паттерн - эффективный способ решения характерных задач проектирования, в частности проектирования компьютерных программ.

Фреймовые структуры хорошо подходят для представления знаний, представленных в виде схем и стереотипных когнитивных паттернов. Элементы подобных паттернов обладают разными весами, причем большие веса назначаются тем элементам, которые соответствуют текущей когнитивной схеме (schema). Паттерн активизируется при определённых условиях: если человек видит большую птицу, при условии что сейчас активна его «морская схема», а «земная схема» — нет, он классифицирует её скорее как морского орлана, а не сухопутного беркута.

Фреймовые представления объектно-центрированы в том же смысле, что и семантическая сеть: все факты и свойства, связанные с одной концепцией, размещаются в одном месте, поэтому не требуется тратить ресурсы на поиск по базе данных.

Скрипт — это тип фреймов, который описывает последовательность событий во времени; типичный пример — описание похода в ресторан. События здесь включают ожидание места, прочитать меню, сделать заказ, и так далее.

Различные решения в зависимости от их семантической выразительности могут быть организованы в так называемый семантический спектр (англ. Semantic spectrum).