Представление знаний на основе фреймов и семантических сетей.

Фреймы.

Для представления и описания стереотипных объектов, событий или ситуаций были введены понятия «фреймы», которые являются сложными структурами данных.

Фреймы были впервые предложены в качестве аппарата для представления знаний М. Минским в 1975 г. Согласно его опреде­лению фреймы — это минимальные структуры информации, не­обходимые для представления класса объектов, явлений или процессов [35]. В общем виде фрейм может быть представлен в ви­де, показанном на рис. 5.3 и описан строкой:

<ИФ, (ИС, ЗС, ПП),..., (ИС, ЗС, ПП)>

где ИФ - имя фрейма; ИС - имя слота; ЗС - значение слота; ПП - имя присоединенной процедуры.

Рис.5.1. Схема фрейма.

Слоты - это некоторые незаполненные подструктуры фрейма, заполнение которых приводит к тому, что данный фрейм ставится в соответствие некоторой ситуации, явлению или объекту.

С каждым фреймом связана информация: как использовать фрейм; что делать, если происходит что-либо непредвиденное; не­достающие значения для слотов. Фрейм с заполненными слотами называется экземпляром фрейма. Для организации связи между объектами предметной области строится сеть фреймов. Связь мо­жет быть организована путем указания в качестве значений неко­торых слотов одного фрейма «мен других фреймов.

В качестве данных фрейм может содержать обращения к про­цедурам (так называемые присоединенные процедуры). Выделяют два вида процедур: процедуры-демоны и процедуры-слуги. Процедуры-демоны активизируются при каждой попытке добавления или удаления данных из слота (по умолчанию). Процеду­ры-слуги активизируются только при выполнении условий, опре­деленных пользователем при создании фрейма.

Для уменьшения информационной избыточности во фреймовых системах реализуют принцип наследования информации, позво­ляющий общую (глобальную) для системы информацию хранить в отдельном фрейме, а во всех остальных фреймах указывать лишь ссылку на место хранения этой информации.

Рассмотрим подробнее основные свойства фреймов[52].

1. Базовый тип. При эффективном использовании фреймовой системы, можно добиться быстрого понимания сущности данного предмета и его состояния, однако для запоминания различных позиций в виде фреймов необходимы большие объемы памяти. Поэтому только наиболее важные объекты данного предмета запоминаются в виде базовых фреймов, на основании которых строятся фреймы для новых состояний. При этом каждый фрейм содержит слот, оснащенный указателем подструктуры, который позволяет различным фреймам совместно использовать одинаковые части.

2. Процесс сопоставления. Процесс, в ходе которого проверяется правильность выбора фрейма, называется процессом сопоставления. Обычно этот процесс осуществляется в соответствии с текущей целью и информацией (значениями), содержащийся в данном фрейме. Т.е., фрейм содержит условия, ограничивающие значения слота, а цель используется для определения, какое из этих условий, имея отношение к данной ситуации, является существенным.

3. Иерархическая структура. Фрейм обычно соответствует представлению общего понятия с классификационной иерархической структурой. Особенность иерархической структуры заключается в том, что информация об атрибутах, которую содержит фрейм верхнего уровня, совместно используются всеми фреймами нижних уровней, связанных с ним.

4. Сети фреймов. Если процесс сопоставления не привел к успеху, возникает необходимость поиска фрейма, подобного предыдущему. Такой поиск, осуществляемый с использованием указателей различия, возможен благодаря соединению фреймов, описывающих объекты с небольшими различиями, с данными указателями и образованию сети подобных фреймов.

5. Отношения «абстрактное - конкретное» и «целое - часть». Рассмотренная иерархическая структура основывается на отношениях «абстрактное - конкретное», однако помимо такого типа структур существуют и другие, основанные на отношениях «целое - часть».

Отношения «абстрактное – конкретное» характерны тем, что на верхних уровнях расположены абстрактные объекты, а на нижних – конкретные объекты, при чем объекты нижних уровней наследуют атрибуты объектов верхних уровней.

Если одно отношение «целое - часть» касается структурированных объектов и показывает, что объект нижнего уровня является частью объекта верхнего уровня.

Наибольшее практическое применение во фреймовых системах получили лишь отношения «абстрактное - конкретное». Но в некоторых областях иногда требуется описывать и управлять структурированным объектом. Поэтому в таких случаях не обойтись без обработки отношений типа «целое - часть».