Фреймовые модели

Теории представления знаний фреймами была разработана М.Минским в 70-е годы XX века. В ее основе лежит восприятие фактов посредством сопоставления полученной извне информации с рамками, определенными для каждого объекта в памяти человека.

Слово "фрейм" в переводе с английского языка означает "рамка". Фрейм является единицей представления знаний об объекте, которую можно описать некоторой совокупностью понятий и сущностей.

Под фреймом понимается абстрактный образ или ситуация. В психологии и философии известно понятие абстрактного образа. Например, слово «комната» вызывает у слушателя 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 чулан, а не комнату), но в нем есть «дырки», или «слоты», - это незаполненные значения некоторых атрибутов – количество окон, цвет стен, высота потолка, покрытие пола и т.д.

Фрейм имеет определённую внутреннюю структуру, состоящую из множества элементов, называемых слотами. Каждый слот в свою очередь, представляется определенной структурой данных, процедурой, или может быть связан с другим фреймом. Значением слота может быть практически что угодно (числа или математические соотношения, тексты на естественном языке или программы, правила вывода или ссылки на другие слоты данного фрейма или других фреймов).

Фрейм можно определить и как формализованную модель для отображения образа.

Во фреймовых моделях фиксируется жестка структура информационных единиц, которая называется протофреймом (фреймы-образцы)

В качестве значения слота может выступать набор слотов более низкого уровня, что позволяет во фреймовых представлениях реализовать "принцип матрешки".
При конкретизации фрейма ему и слотам присваиваются конкретные имена и происходит заполнение слотов. Таким образом, из протофреймов получаются фреймы - экземпляры. Переход от исходного протофрейма к фрейму - экземпляру может быть многошаговым, за счет постепенного уточнения значений слотов.

Структуру фрейма можно представить так:

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).

Пример

Представление реляционной таблицы Клиенты в виде фреймовой модели

Клиенты

Код клиента	Клиент	Город	Улица
АА	БелТур	Минск	Правды 11
АБ	Сименс	Мюнхен	Лейбница 8
АС	ПМК 23	Пуховичи	Широкая 1
АД	Атлант	Минск	Захарова 20

1) Протофрейм

(Имя: Клиенты

Код клиента (Значение слота1)

Клиент (Значение слота 2)

Город (Значение слота 3)

Улица (Значение слота 4))

2) Фрейм -экземпляр

(Имя: Клиенты

Код клиента (АА-АБ-АС-АД)

Клиент (БелТур- Сименс- ПМК 23- Атлант)

Город (Минск- Мюнхен- Пуховичи- Минск)

Улица (Правды 11- Лейбница 8- Широкая 1- Захарова 20))

Фрейм может содержать процедуры, которые будут выполняться при определенных условиях (при записи или удалении информации из слота, при обращении к слоту, в котором отсутствуют данные и т.д.) С каждым слотом может быть связано любое количество процедур. Процедуры, связанные с определенным слотом фрейма, зависят от конкретной прикладной системы, использующей фреймовые структуры для представления знаний. Если представить, что фрейм «Клиенты» используется в системе управления клиентами, то процедура, вызывающаяся при внесении значения в слот «Улица», могла бы уведомлять менеджера об изменении адреса.

Существует несколько способов получения слотом значений во фрейме-экземпляре:

· по умолчанию от фрейма-образца;

· через наследование свойств от фрейма, указанного в слоте АКО (A-Kind-Оf, это);

· по формуле, указанной в слоте;

· через присоединенную процедуру;

· явно из диалога с пользователем;

· из базы данных.

В качестве значения слота может выступать имя другого фрейма. Тогда образуются сети фреймов.

Таким образом, структуру фрейма-экземпляра можно представить в виде следующей таблицы:

Имя слота

Значение слота

Способ получения значения слота

Присоединенная процедура

Существование сетей фреймов обусловлено тем, что между различными объектами можно провести некоторые аналогии. Поэтому фреймы, представляющие такие образы, выстраиваются в иерархическую систему. При этом сложные объекты представляются комбинацией нескольких подчиненных фреймов.

В сетях фреймов происходит наследование свойств по АКО-связям. Слот АКО указывает на фрейм более высокого уровня, откуда неявно наследуются (переносятся) значения слотов. На рис. 9.4. приведен пример сети фреймов.

9.4 Пример сети фреймов

Фрейм «Менеджер» наследует свойства фреймов «Персонал» и «Руководитель», которые на более высоком уровне иерархии. Так, на вопрос «Является ли менеджер человеком с высшим образованием?» или ЭС ответит «Да», так как этим свойством обладают все руководители, что указано в фрейме «Руководитель». На вопрос «Умеет ли менеджер работать?» также будет ответ «Да», т.к. этим свойством обладают все сотрудники.

Наследование свойств может быть частичным. Так, возраст для менеджеров и их обязанности не наследуется из фрейма «Руководитель», поскольку указаны явно во фрейме «Менеджер».

Основным преимуществом фреймов как модели представления знаний является то, что она отражает концептуальную основу организации памяти человека, а также ее гибкость и наглядность. Кроме того, отмечают однородность представления знаний и возможность их типового текстового описания с помощью специальных языков.

В сетях фреймов используются такие специальные языки представления знании, как FRL (Frame Representation Language) и KRL (Knowledge Representation Language). Они позволяют эффективно строить промышленные экспертные системы.

Широко известны такие фрейм-ориентированные экспертные системы, как ANALYST, МОДИС, TRISTAN, ALTERID.

Дата добавления: 2014-01-07