49 (Вопросы по разным темам с ответами (программирование)), страница 2

- наглядность системы знаний;

- структура сети системы знаний близка семантической структуре фраз на естественном языке, отражающих эту систему знаний;

- соответствие современным представлениям об организации долговременной памяти человека.

Недостатки семантических сетей:

- мало пригодность для построения формальных моделей реального мира или его частей, т.к. семантическая сеть не содержит ясного представления о структуре предметной области, которая ей соответствует, что делает затруднительным формирование и модификацию такой модели;

- представляют собой пассивные структуры, для обработки которых необходим специальный аппарат формального вывода и планирования;

- сложность организации процедуры поиска вывода на семантической сети, т.к. проблема поиска решения в базе знаний типа семантической сети сводится к задаче поиска фрагмента сети, соответствующего некоторой подсети поставленной задачи.

1.5.4. Фреймовые модели.

Термин "фрейм" (от английского слова frame - каркас, рамка) был предложен в 1979 году одним из пионеров искусственного интеллекта М. Минским, как модель знаний, использующая концепцию организации памяти, понимания и обучения человека, как структура данных для представления стереотипных ситуаций при восприятии пространственных сцен.

Фрейм - это единица представления знаний, детали которой могут изменяться в соответствии с текущей ситуацией. Фрейм может быть дополнен, по необходимости, различной информацией, касающейся способов применения данного фрейма, последствий этого применения и т.д.

Под фреймом понимается абстрактный образ или ситуация, для представления некоего стереотипа восприятия.

Например, слово "комната" вызывает образ комнаты: жилое помещение площадью 6 -20 кв.м с четырьмя стенами, потолком, окнами и дверью. Из этого описания ничего нельзя убрать, т.к. убрав окна, мы уже получим чулан, а не комнату. Но в нем есть "дырки" или "слоты", это незаполненные значения некоторых атрибутов - количество окон, высота потолка, цвет покраски стен, покрытие пола, площадь и т.д. Фреймом в теории называется как такой образ, так формализованная модель для отображения образа.

Различают фреймы-образцы, или прототипы, хранящиеся в базе знаний, и фреймы-экземпляры, которые создаются для отображения реальных ситуаций на основе поступающих данных. Модель фрейма достаточно универсальна, т.к. позволяет отобразить все многообразие знаний о реальном мире или его части через:

фреймы-структуры, использующиеся для обозначения объектов и понятий (подразделение, бизнес-процесс, технический узел, транзакция);

фреймы-роли (менеджер, диспетчер задач, пользователь);

фреймы-сценарии (запуск в эксплуатацию, банкротство, посвящение в студенты, принятие присяги);

фреймы-ситуации (ошибка, типовая ситуация, аварийный режим работы) и др.

Структура фрейма состоит из характеристик описываемой стереотипной ситуации и их значений (слотов и заполнителей слотов):

(имя фрейма:

(имя первого слота: значение первого слота),

(имя второго слота: значение второго слота),

(имя n-го слота: значение n-го слота)).

Табличная форма представления фрейма показана на рис. 1.1.3.

Рис. 1.13. Пример табличной формы представления структуры фрейма.

Запись такого фрейма можно представить и в виде таблицы, дополненной двумя столбцами, которые предназначаются для описания способа получения слотом его значения (Способ получения значения) и возможного присоединения к тому или иному слоту специальных процедур (Присоединенные процедуры).

В отличие от семантических сетей, во фреймах предусмотрен удобный способ включения процедурных знаний - с помощью, так называемых, присоединенных процедур, среди которых выделяют процедуры-демоны и служебные процедуры. Это открывает широкий простор для комплексирования фреймового формализма с математическими моделями, системами продукций, традиционным программным обеспечением, что позволяет строить гибридные модели.

Присоединенные процедуры должны выполняться при определенных условиях (при записи или удалении информации из слота, при обращении к слоту, в котором отсутствуют данные, проверять совместимость значений слота с реальными условиями и т.д.). С каждым слотом может быть связано любое количество процедур, которые значительно зависят от конкретной прикладной системы, использующей фреймовые модели для представления знаний. Так для примера на рис. 1.13. процедура, вызывающаяся при внесении значения в слот "Название" фрейма "ПОСТАВЩИК", могла бы уведомлять отдел поставки об изменении договорных обязательств с данным поставщиком. Процедуры, вызывающиеся при изменении значений слотов "Цена" и "Качество", могли бы проверять допустимость (эффективность) приобретения такого оборудования и т.д.

В качестве значения слота может выступать имя другого фрейма, что позволяет образовывать сети фреймов. Одним из важных свойств фреймовой модели представления знаний является наследование свойств, заимствованное из теории семантических сетей. Наследование осуществляется по АКО-связям (A-Kind-Of = это). Слот АКО указывает на фрейм более высокого уровня иерархии, откуда неявно наследуются, т.е. переносятся, значения аналогичных слотов.

Рис. 1.14. Фрагмент сети фреймов.

Фреймовый подход к представлению знаний позволяет учитывать существующие аналогии между различными концептуальными объектами. Фреймы представляющие такие образы, выстраиваются в иерархическую систему, с классификационными и обобщающими свойствами. При этом сложные объекты представляются комбинацией нескольких фреймов - вложенными фреймами. На рис. 1.14.. приведен пример фрагмента сети фреймов. Такая структура позволяет структурировать большой объем информации, оставляя ее при этом максимально удобной для использования. Сеть фреймов может отражать концептуальную основу организации памяти человека.

Существует несколько способов получения слотом значений во фрейме-экземпляре

• по умолчанию от фрейма образца;

• через наследование свойств от фрейма указанного в слоте АКО;

• по формуле, указанной в слоте;

• через присоединенную процедуру;явно из диалога с пользователем;

• из базы данных (БД).

Достоинства фреймовых моделей:

• обеспечение требований структурированности и связанности, за счет свойств наследования и вложенности; наглядность системы знаний;

• возможность отражения концептуальной основы организации памяти человека;

• использование присоединенных процедур для включения процедурных знаний, обеспечивающих комплексирование фреймового формализма с математическими моделями, системами продукций, традиционным программным обеспечением и позволяющих строить гибридные модели;

• способность систематизировать большие объемы информации с удобство для дальнейшего использования.

Недостатки фреймовых моделей:

• отсутствие универсальной процедуры управления выводом (механизм наследования не позволяет выстраивать "цепочки умозаключений");

• при использовании присоединенных процедур затрудняется управление завершенностью и постоянством целостного образа;

относительно высокая сложность фреймовых систем, проявляющаяся в снижении скорости работы механизма вывода и в увеличении трудоемкости внесения изменений в родовидовую иерархию.

1.5.5. Сценарии

Для описания стереотипных ситуаций используются свои способы представления знаний. С их помощью описываются известные стандартные ситуации реального мира, что позволяет восстанавливать информацию, пропущенную в описании ситуации, предсказывать появление новых фактов, которых можно ожидать в данной ситуации, устанавливать смысл происхождения ситуации с точки зрения общего ситуативного контекста. Среди них наиболее распространенными являются сценарии.

Сценарием называется формализованное описание стандартной последовательности взаимосвязанных фактов, определяющих типичную ситуацию предметной области. Это могут быть последовательности действий или процедур, описывающие способы достижения целей действующих лиц сценария (например, обед в ресторане, командировка, полет самолета, поступление в вуз). В ИС сценарии используются в процедурах понимания естественно-языковых текстов, планирования поведения, обучения, принятия решений, управления изменениями среды и др.

Впервые понятие сценария было введено Р. Шенком и Р. Абельсоном в 1975 году при разработке новых средств понимания истории. Изначально сценарии представлялись фреймо подобными структурами и предназначались для связывания событий истории. Как и фрейм сценарий состоял из набора слотов и их значений, позволяющих описывать роли, причины и последовательности сцен, которые в свою очередь, являлись последовательностью определенных действий. Слот "роль" задавал исполнителей сценария, слот "цель" -мотивировку предпринимаемых действий. Например, сценарий взаимодействия клиента и менеджера фирмы может иметь следующий вид. <сценарий: офис

роли: клиент, менеджер, кассир

цель: приобретение компьютера

сцена 1: вход в офис войти в офис осмотреть офис

мысленно выбрать менеджера для заказа компьютера подойти к столику менеджера сесть

сцена 2: выбор компьютера взять прайс-лист

выбрать конфигурацию компьютера проконсультироваться принять решение о покупке

сцена 3: оформление заказа

указать выбранную базовую модель модификация состава оборудования заполнение бланка заказа движение к кассе оплата заказа

сцена 4: уход

движение к окну выдачи покупок тестирование компьютера упаковка компьютера уточнение гарантийных обязательств получение упакованной покупки выход из офиса>.

Каждая последовательность действий в сценах обладает свойством каузальных цепочек: всякое предшествующее действие создает условия для последующего действия. Подобные сценарии были использованы в программе вывода SAM для связывания частей текста в процессе понимания истории. Каузальные сценарии были разработаны для представления проблемно-зависимых каузальных знаний о событиях, действиях и процедурах в 1989 году. Они в обобщенном и структурированном виде задают типичную последовательность действий или процедур в заданной предметной области и описываются виде фреймов следующего вида:

(Каузальный сценарий имя:

имя слота 1 (значений слота 1); имя слота 2 (значение слота 2);

…