Модели представления знаний. Фреймовые модели.

Фреймовая модель основана на концепции Марвина Мински (Marvin Minsky) – профессора Массачусетского технологического института, основателя лаборатории искусственного интеллекта, автора ряда фундаментальных работ. Фреймовая модель представляет собой систематизированную психологическую модель памяти человека и его сознания.,ыла предложена М.Минским в 1979 г. как структура знаний для восприятия пространственных сцен.

Фрейм (англ. frame – рамка, каркас) – структура данных для представления некоторого концептуального объекта. Информация, относящаяся к фрейму, содержится в составляющих его слотах.

Слот (англ. slot – щель, прорезь) может быть терминальным (листом иерархии) или представлять собой фрейм нижнего уровня.

Фреймом называется также и формализованная модель для отобра­же­ния образа.

Каждый фрейм, как показано на рисунке ниже, состоит из произвольного числа слотов, причем несколько из них обычно определяются самой системой для выполнения специфических функций, а остальные определяются пользователем.

Пояснение:

· имя фрейма (имя фрейма) – это идентификатор, присваиваемый фрейму. Фрейм должен иметь имя, единственное в данной фреймовой модели (уникальное имя);

· имя слота (имя слота) – это идентификатор, присваиваемый слоту. Слот должен иметь уникальное имя во фрейме, к которому он принадлежит. Обычно имя слота не несет никакой смысловой нагрузки и является лишь идентификатором данного слота, но в некоторых случаях оно может иметь специфический смысл;

· указатель наследования – только для фреймовых моделей иерархического типа; они показывают, какую информацию об атрибутах слотов во фрейме верхнего уровня наследуют слоты с такими же именами во фрейме нижнего уровня; В конкретных системах указатели наследования могут быть организованы различными способами и иметь разные обозначения: U (Unique) — значение слота не наследуется; S (Same) — значение слота наследуется; R (Range) — значения слота должны находиться в пределах интервала значений, указанных в одноименном слоте родительского фрейма; (Override) — при отсутствии значения в текущем слоте оно наследуется из фрейма верхнего уровня, однако в случае определения значения текущего слота оно может быть уникальным. Этот тип указателя выполняет одновременно функции указателей U и S.

· указатель атрибутов – указатель типа данных слота. К таким типам относятся: FRAME (указатель), INTEGER(целое), REAL(вещественное),BOOL(булево), LISP (присоединенная процедура), TEXT (текст), LIST (список), TABLE (таблица), EXPRESSION(выражение) и другие;

· значение слота – значение, соответствующее типу данных слота и удовлетворяющее условиям наследования;

· демон – процедура, автоматически запускаемая при выполнении некоторого условия. Демоны запускаются при обращении к конкретному слоту фреймовой модели. Например, демон IF-NEEDED запускается, если в момент обращения к слоту его значение не было IF- ADDED установлено, запускается при подстановке в слот значения,IF- REMOVED запускается при стирании значения слота.

 

Пример: Фрейм, описывающий человека.

Фрейм:	Человек
Имя слота:	Значение слота
Класс:	Животное
Структурный элемент:	Голова, шея, руки,...
Рост:	180 см
Масса:	70 кг
Хвост:	Нет
Язык:	Русский, английский,...
Связь:	Обезьяна

 

Пример фреймовой модели иерархического типа представлен на рисунке ниже:

 

Фреймы образуют иерархию. Иерархия во фреймовых моделях порождает единую многоуровневую структуру, описывающую либо объект, если слоты описывают только свойства объекта, либо ситуацию или процесс, если отдельные слоты являются именами процедур, присоединенных к фрейму и вызываемых при его актуализации.

Формально фрейм – это тип данных вида:

F= <N, S1, S2, S3 >

·N– имя объекта;

·S1– множество слотов, содержащих факты, определяющие декларативную семантику фрейма;

·S2– множество слотов, обеспечивающих связи с другими фреймами (каузальные, семантические и т. д.);

·S3– множество слотов, обеспечивающих преобразования, определяющие процедурную семантику фрейма.

Фреймы подразделяются на:

· фрейм-экземпляр – конкретная реализация фрейма, описывающая текущее состояние в предметной области;

· фрейм-образец – шаблон для описания объектов или допустимых ситуаций предметной области;

· фрейм-класс – фрейм верхнего уровня для представления совокупности фреймов образцов.

Состав фреймов и слотов в каждой конкретной фреймовой модели может быть разный, однако в рамках одной системы целесообразно единое представление для устранения лишнего усложнения.

Фреймовые модели является достаточно универсальными, посколь­ку позволяют отобразить все многообразие знаний о мире посред­ством:

· фреймов-структур для обозначений объектов и понятий (заем,
залог, вексель);

· фреймов-ролей (менеджер, кассир, клиент);

· фреймов-сценариев (банкротство, собрание акционеров);

· фреймов-ситуаций (авария, рабочий режим устройства и т. д.).

К основным достоинствам фреймовой модели относятся:

· способность отражать концептуальную основу организации памяти человека;

· наглядность представления;

· модульность;

· возможность использования значений слотов по умолчанию.

Разнотипные объекты или объекты, соответствующие концепции «множественности миров», заключающейся, к примеру, в том, что лошадь – животное бескрылое для одного (реального) мира и одновременно крылатое (Пегас в мифическом мире) для другого, могут описываться отличающимися друг от друга фреймами.

В целом фреймовая модель допускает представление всех свойств декларативных и процедурных знаний. Глубина вложенности слотов во фрейме (число уровней) зависит от предметной области и языка, реализующего модель.