Лекции по ПЗ / Фреймы

Фреймы

Frame - (каркас, рамка) – предложен Марвином Минским, одним из пионеров в ИИ, в 1979 год.

Этот термин был использован им для обозначения структуры знаний при восприятии пространственных образов.

P.S. Эта модель, как и ИСС имеет глубокое психологическое обоснование (также как и Сем. сети). В психологии и философии известно понятие пространственного образа. Например, комната (см. Гаврилову). В теории фреймов образ комнаты – это фрейм комнаты.

Определение.

Фрейм – абстрактный образ для представления некоторого стереотипа восприятия.

Виды фреймов

• по познавательному назначению

1.Фреймы- прототипы (или иначе - шаблоны, образцы)

Этот тип фреймов отражает знания об абстрактных стереотипных понятиях, которые являются классами каких-то конкретных объектов. Фреймы-прототипы (Ф-П) отражают интенсиональные знания, т.е. знания обобщенные о закономерностях, присущих рассматриваемому классу объектов (?)Семантическая сеть отражающая знания об абстрактных объектах называется интенсиональной

Семантическая сеть отражает конкретные цели конкретных объектах называется экстенсиональной.

(Ф-П) хранятся в БЗ.

В нотации Бекуса-Науэра каждый i-ый фрейм-прототип описывается тройкой:

Fr_i::= <имя фрейма_i, атрибут_ij, характеристика_ijk >

Имя фрейма – слово, обозначающее некоторое понятие.

Атрибут – какой-либо признак, свойство понятия.

Пара «атрибут – характеристика» называется слотом причем атрибут выступает в роли имени слота, а характеристика – значения слота.

Атрибут, в свою очередь, может быть представлен:

Атрибут::= <символы > | <имя присоединенной процедуры >

Характеристика::= <символы> | <число> | <функция> | <рисунок> | <таблица> | < пустой слот > | <ссылка на другой фрейм >

П

Работник завода

ФИО

Пустой

Год рождения

Пустой

Специальность

рабочий

инженер

Подразделение

цех

бухгалтерия

управление

Пустой

стаж

ример: Ф_П:

2. Фреймы-экземпляры (или - примеры)

Эти фреймы отражают знания о конкретных фактах предметной области, или так называемые экстенсиональные знания

Переход от фрейма-прототипа к фрейму-экземпляру выполняется при проведении процедуры означивания фрейма-прототипа в процессе работы МВЛ.

Работник завода

10

Иванов

стаж

Подразд.

1970

Год рожд.

инженер

цех

Если для первого фрейма-прототипа проводилось неоднократное означивание и получилось несколько родственных фреймов-экземпляров (Ф-Э), то они образуют систему фреймов (соответствует многозначности понятий).

Ф-Э хранятся в БДанных, а не Знаний, это своего рода текущая информация об объектах.

Примечание.

Фреймы в силу особенностей своей структуры могут отображать как декларативные знания, так и процедурные знания.

Способы означивания фрейма прототипа (или) способы получения значений во фрейме экземпляре

1.По умолчанию от фрейма-прототипа (default- значение).

Слотам фрейма-прототипа м.б. заранее (до означивания) приписаны по умолчанию некоторые стандартные значения, основанные на каких-либо предположениях или ожиданиях. Такой подход позволяет анализировать ситуации, в которых отсутствуют упоминания о ряде деталей. В свою очередь, стандартные значения, присвоенные по умолчанию, могут быть заменены более подходящими значениями, если таковые будут найдены в процессе логического вывода.

По умолчанию также могут быть заданы ограничения на значения слотов.

2. Через наследование от фрейма, имя которого указано в специальном слоте АКО.

АКО (a kind of) – аналог отношения IS-A в сем. сетях.

Свойство наследование – другое важное достоинство фреймов, заимствованное из теории СС. Слот АКО указывает на фрейм более высокого уровня иерархии откуда наследуется значения аналогичных слотов.

Пример:

человек

ребенок

ученик

АКО

млекопитающие

умеет

мыслить

АКО

возраст

рост

любит

человек

0-16

50-180

сладкое

АКО

ребенок

учился

Возраст

носит

В школе

6-17

Форму

Здесь мы имеем сеть фреймов, когда фрейм из одной системы связан с фреймами из других систем по ссылкам в виде имен других фреймов, указанных в слоте AKO .

Запрос 1. Любят ли ученики сладкое?

Ответ: ДА. С использованием слота АКО во фрейме Ученик, который указывает на взаимосвязь с фреймом Ребенок. Наследование слота «любит» из фрейма Ребенок, как фрейма, находящегося на более высоком уровне иерархии.

Запрос 2. Каков возраст учеников?

Ответ: 6-17 – значение слота «возраст» берется из фрейма Ученик. Значение из фрейма Ребенок не берется, т.к. значение указано явно в самом фрейме «ученик», относительно которого задается вопрос. Здесь наследование частичное.

3. По формуле, указанной в слоте.

4. Через присоединенную процедуру. Еще одна особенность фрейма состоит в наличии множества процедур, называющимися демоны. (пример: IF-needed, IF-added, IF – removed). Эта особенность позволяет представить с помощью фреймов не только декларативные, но и процедурные знания.

5. Явно - из диалога с пользователем.

3. Из БД.

• По функциональному назначению.

1. Фреймы объекты (пример выше)

2. Фреймы операции (н-р, фрейм «процесс синтеза корректирующих устройств», слоты: модель, алгоритм расчета, параметры и т.д. ).

3. Фреймы ситуации (н-р, фрейм «Аварийный режим работы АД», слоты: напряжение, сила тока и т.д.)

4. Фреймы сценарии (н-р, фрейм «Выход на рынок города N», слоты: продукция качество и т.д.)

Особенности логического вывода

1.Как в любом логическом выводе, формируется цель (запрос) и описание текущих ситуаций с помощью фреймов-экземпляров..

2.Вывод основан на операции сопоставления.

2.1. Исходя из некоторых предположений, выбирается фрейм- прототип и осуществляется его означивание на основании информации о текущей ситуации (формируются фреймы-экземпляры). Выбранный фрейм-прототип имеет ограничения на значения слотов и, возможно, значения, заданные по умолчанию. Необходимо, чтобы эти ограничения (или значения по умолчанию) не противоречили текущей ситуации. Если это так, то фрейм-прототип (выбранный) признается релевантным текущей ситуации (т.е. соответствующим текущей ситуации) и сопоставление в этом случае завершается. Ответ считается найденным.

Если необходимо, управление передается другому фрейму из другой системы фреймов в соответствии с имеющимися ссылками (по сети фреймов).

2.2. Если фрейм не релевантен текущей ситуации по умолчанию, то осуществляется запрос на присвоение значений слотов фрейма по другим условиям. Если означенный фрейм экземпляр релевантен текущей ситуации, то сопоставление заканчивается.

2.3. Если означенный фрейм-экземпляр не релевантен текущей ситуации, то управление передается фреймам из другой системы.

Достоинства фреймов как моделей представления знаний.

1.Возможность структуризации БЗ благодаря свойствам иерархичности и наследования.

Недостаток.

2.Сложность организации логического вывода.