Теоретическая часть. Фрейм – это минимально возможное описание сущности какого-либо события, ситуации, процесса или объекта.Фрейм – это минимально возможное описание сущности какого-либо события, ситуации, процесса или объекта. Фрейм имеет имя (название) и состоит из слотов. 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-гo слота: значение N-го слота)). Ту же запись можно представить в виде таблицы (см. рис. 7). В таблице дополнительные столбцы предназначены для описания способа получения слотом его значения и возможного присоединения к тому или иному слоту специальных процедур. В качестве значения слота может выступать имя другого фрейма, так образуются сети фреймов. Свойства фреймов наследуются сверху вниз, т. е. от вышестоящих к нижестоящим через АКО - связи. Слот с именем АКО указывает на имя фрейма более высокого уровня иерархии. Незаполненный фрейм называется протофреймом, а заполненный - экзофреймом. Слот может содержать не только конкретное значение, но и имя процедуры, позволяющей вычислить его по заданному алгоритму, а также одну или несколько продукций (эвристик), с помощью которых это значение определяется. В слот может входить не одно, а несколько значений. Иногда этот слот включает компонент, называемый фасетом, который задает диапазон или перечень его возможных значений. Фасет указывает также граничные значения заполнителя слота. Помимо конкретного значения в слоте могут храниться процедуры и правила, которые вызываются при необходимости вычисления этого значения. Среди них выделяют процедуры - демоны и процедуры - слуги. Первые запускаются автоматически при выполнении некоторого условия, а вторые активизируются только по специальному запросу. Если, например, фрейм, описывающий человека, включает слоты ДАТА РОЖДЕНИЯ и ВОЗРАСТ и в первом из них находится некоторое значение, то во втором слоте может стоять имя процедуры-демона, вычисляющей возраст по дате рождения и текущей дате и активизирующейся при каждом изменении текущей даты. Совокупность фреймов, моделирующая какую-либо предметную область, представляет собой иерархическую структуру, в которую фреймы собираются с помощью родовидовых связей. На верхнем уровне иерархии находится фрейм, содержащий наиболее общую информацию, истинную для всех остальных фреймов. Фреймы обладают способностью наследовать значения характеристик своих родителей, находящихся на более высоком уровне иерархии. Эти значения могут передаваться по умолчанию фреймам, находящимся ниже них в иерархии, но если последние содержат собственные значения данных характеристик, то в качестве истинных принимаются именно они. Различают статические и динамические системы фреймов. В системах первого типа фреймы не могут быть изменены в процессе решения задачи, а в системах второго типа это допустимо. О базах знаний, основанных на фреймах, говорят, что они являются объектно - ориентированными. Каждый фрейм соответствует некоторому объекту предметной области, а слоты содержат описывающие этот объект данные, то есть в слотах находятся значения признаков объектов. Фрейм может быть представлен в виде списка свойств, а если использовать средства базы данных, то в виде записи. Различают фреймы - образцы, фреймы - экземпляры, фреймы -структуры, фреймы - роли, фреймы - сценарии, фреймы - ситуации. Система связанных фреймов может образовывать семантическую сеть. Применяются фреймы в экспертных и других интеллектуальных системах различного назначения.В таблице 2 представлена модель фрейма, где обозначены его основные атрибуты, в том числе: 1. Имя фрейма. Это идентификатор, присваиваемый фрейму; фрейм должен иметь имя, единственное в данной фреймовой системе (уникальное имя). Каждый фрейм, как показано в таблице 2, состоит из произвольного числа слотов, причем несколько из них обычно определяются самой системой для выполнения специфических функций, а остальные определяются пользователем. В их число входят слот IS-А, показывающий фрейм-родитель данного фрейма, слот указателей дочерних фреймов, который является списком указателей этих фреймов, слот для ввода имени пользователя, даты определения, даты изменения, текста комментария и другие слоты. Каждый слот, в свою очередь, также представлен определенной структурой данных.
Таблица 2
2. Имя слота. Это идентификатор, присваиваемый слоту. Имя слота не несет никакой смысловой нагрузки и является лишь идентификатором данного слота, но в некоторых случаях оно может иметь специфический смысл. К таким именам, помимо IS-А (отношение IS-А), DDESENDANTS (указатель прямого дочернего фрейма), FINEDBY (пользователь, определяющий фрейм), DEFINEDON (дата определения фрейма), MODIFIEDON (дата модификации фрейма), COMMENT (комментарий) и т. п., относятся имена, используемые для представления структурированных объектов, например HASPART, RELATIONS и другие. Эти слоты называются системными и используются при редактировании базы знаний и управлении выводом. 3. Указатели наследования. Эти указатели касаются только фреймовых систем иерархического типа, основанных на отношениях «абстрактное - конкретное»; они показывают, какую информацию об атрибутах слотов во фрейме верхнего уровня наследуют слоты с такими же именами во фрейме нижнего уровня. Типичные указатели наследования - Unique (U: уникальный), Same (S: такой же), Range (R: установление границ), Override (O: игнорировать) и т. п. U показывает, что каждый фрейм может иметь слоты с различными значениями, S - что все слоты должны иметь одинаковые значения, R - что значения слотов фрейма нижнего уровня должны находиться в пределах, указанных значениями слотов фрейма верхнего уровня, О - что при отсутствии указания значение слота фрейма верхнего уровня становится значением слота фрейма нижнего уровня, но в случае определения нового значения слотов фреймов нижних уровней указываются в качестве значений слотов. О выполняет одновременно функции указателей U и S. 4. Указание типа данных. Указывается, что слот имеет численное значение, либо служит указателем другого фрейма (т. е. показывает имя фрейма). К типам данных относятся FRAME (указатель), INTEGER (целый), REAL (действительный), BOOL (булев), LISP (присоединенная процедура), ТЕХТ (текст), LIST (список), TABLE (таблица), ЕXРRESSION (выражение) и др. 5. Значение слота. Пункт ввода значения слота. Значение слота должно совпадать с указанным типом данных этого слота. 6. Демон. Здесь дается определение демонов типа IF-NEEDED, IF-ADDED, IF-REMOVED и т. д. Демоном называется процедура, автоматически запускаемая при выполнении некоторого условия. Демоны запускаются при обращении к соответствующему слоту. Например, демон IF-NEEDED запускается, если в момент обращения к слоту его значение не было установлено, IF-ADDED при подстановке в слот значения, IF-REMOVED при стирании значения слота. Кроме того, демон является разновидностью присоединенной процедуры. 7. Присоединенная процедура. В качестве значения слота можно использовать программу процедурного типа, называемую служебной (servant) (в языке Лисп) или методом (в языке Смолток). В данном случае присоединенная процедура запускается по сообщению, переданному из другого фрейма (поскольку состояние выполнения в этом случае такое же, как и в объектно -ориентированном языке, то язык фреймового типа называют еще объектно -ориентированным языком, однако во избежание путаницы с языком типа Смолток, обычно выделяют название «язык фреймового типа»). Когда мы говорим, что в моделях представления знаний фреймами объединяются процедурные и декларативные знания, то считаем демоны и присоединенные процедуры процедурными знаниями. Кроме того, в языке представления знаний фреймами отсутствует специальный механизм управления выводом, поэтому пользователь должен реализовать данный механизм с помощью присоединенной процедуры. Однако данный язык обладает очень высокой универсальностью, что позволяет помимо иерархического и сетевого представления знаний с помощью фреймовой системы эффективно писать любую программу управления выводом с помощью присоединенной процедуры. В то же время это дополнительная нагрузка для пользователя. Следовательно, язык представления знаний фреймами можно назвать языком, ориентированным на специалистов по искусственному интеллекту, а также языком, ориентированным на сложные прикладные проблемы[1]. Выводы Главная особенность применения языка представления знаний фреймами – простота написания программ для решения интеллектуальных проблем. Высокая универсальность языка позволяет с помощью присоединенных процедур эффективно реализовывать любую программу управления выводом. Это позволяет квалифицировать язык представления знаний фреймами как язык, ориентированный на специалистов в области искусственного интеллекта Недостатки применения языка представления знаний фреймами: 1. Отсутствует специальный механизм управления выводом, поэтому разработчик должен реализовать данный механизм с помощью присоединенной процедуры, что предусматривает его высокую квалификацию. 2. Весьма серьезной и сложной задачей является обнаружение семантических противоречий во фреймовой системе. Поиск эффективных научных подходов для ее решения связан с исследованием в области машинного обучения.
|
