МПЗиО_5_17_Фреймы (Лекции)

ПРЕДСТАВЛЕНИЕЗНАНИЙ:ФРЕЙМОВАЯ МОДЕЛЬСОДЕРЖАНИЕ1.Сетевая модель и понятие фрейма Концепция фрейма М.Минского2.Виды фреймов и их структура Фреймы-прототипы и экземпляры3.Присоединенные процедуры4.Связи фреймов и вывод в сетях фреймов5.Фреймовые языки и системы6.Достоинства и недостатки фреймовой модели7.Заключение и Домашнее задание2СЕТЕВАЯ МОДЕЛЬ И ФРЕЙМЫФреймовый подход можно считать дальнейшимразвитием сетевой модели в двух направлениях: Укрупнение единицы знания: информация из фрагментасети, относящаяся к свойствам, связям некоторойсущности, хранится в одной структуре (фрейме),которая может обрабатываться как единое целое{Трамвай 0815: Instance_of – Трамвай,Цвет – Красный, Маршрут – 39} Все атрибуты сущности собраны воедино (во фрейме) Вместо исходной СС из вершин-сущностей и связейполучается сеть из вершин-фреймов. Возможность представления процедурного знания:концепция процедурной привязки: присоединения кфрейму целого набора процедур Истоки – когнитивная психология, теория М.

Минского3ТЕОРИЯ ФРЕЙМОВ МИНСКОГОМ.Минский, 1985 г. : попытка объяснитьэффективность человеческого мышления(восприятие образов, речи, проведение аналогий) –выявление основных структурных элементов процессовобработки и хранения информации человеком“Фрейм является структурой данных для представлениястереотипной ситуации”. Например: Комната, ЭкзаменОсновные положения теории: Фрейм – структура, образ, рамка, определенная для любогоконцептуального объекта в человеческой памяти…Задаются условия заполнения терминалов (ячеек) фрейма С каждым фреймом ассоциируется обычно разнообразная,в том числе процедурная информация: каким образомследует использовать данный фрейм; что предположительноможет повлечь за собой его выполнение; что следуетпредпринять, если эти ожидания не подтвердятся...4ТЕОРИЯ МИНСКОГО: ПРОДОЛЖЕНИЕФреймы образуют иерархическую/ассоциативнуюсеть: группы семантически близких друг к другуфреймов объединены в систему фреймов, что позволяет выразить различные зависимости (причинные,временные, структурные и др.) между фреймами системы согласовывать информацию из различных источниковЧеловеческое восприятие и мышление осуществляетсяпосредством сопоставления полученной извнеинформации с этими фреймами-рамками, а такжеконкретными их элементами и значениями.

Результатысущественных действий представляются в видетрансформаций между фреймами системы…Терминалы фрейма ... могут заполнены т.н. “заданиямиотсутствия”... Их связь со своими терминалами неявляется жёсткой и неизменной... и может быть замененана более подходящие к текущей ситуации сведения...5СЕМАНТИКА ФРЕЙМАЕдиница знания фреймовой модели ПЗ – фреймУпрощенно: фрейм – набор атрибутов/ свойствописываемой сущности, точнее, набор слотов вида:атрибут = значение атрибута(slot – ячейка)Примеры: Комната (Стены, Пол, Потолок, Дверь)Экзамен (Экзаменатор, Экзаменуемый, Предмет)Фрейм иногда называют ролевым, посколькуназвания/имена атрибутов характеризуют роли объектов(сущностей), стоящих в позициях значений атрибутовВажно: совокупность всех атрибутов определяет смыслпонятия (объекта/явления/ситуации), описываемогофреймом (имманентные его свойства)Можно заметить, что фрейм – структура, аналогичнаяпредикату (аргументы предиката – атрибуты фрейма, уфрейма они именованы)6ВИДЫ ФРЕЙМОВВо фреймовой системе различают 2 вида фреймов: Фрейм-прототип соответствует обобщеннойсущности (понятию, объекту, событию, явлению, ситуации) Фрейм-экземпляр (фрейм-пример) соответствуетконкретной/индивидной сущности (объекту, факту) Фреймы-прототипы относятся к интенсиональной части БЗ,а фреймы-экземпляры – к экстенсиональной части Общая структура обоих видов фрейма сходна:набор слотов si :[ fname s1 s2 … sn ]где fname – уникальное имя фрейма,а каждый слот si соответствует атрибуту/свойству,упрощенно его структура имеет вид idi = vali Однако состав отличается: фрейм-прототип описываетвсевозможные значения атрибутов/свойств всего классаобъектов (конкретных сущностей)7ФРЕЙМ-ЭКЗЕМПЛЯРСтруктура фрейма-экземпляра:[ fname <id1 val1> <id2 val2>… <idn valn> ]где idk – имя соответствующего слотаvalk – значение этого слота (заполнитель слота)Возможные значения valk определяютсяв соответствующем фрейме-прототипеКаждый слот – описание соответствующего атрибутаконкретного объекта/факта/явления/событияФрейм – структура, которая при том или ином заполнениислотов значениями превращается в описание конкретнойсущности (часто в ИИ и КЛ: понятие фрейма как шаблонас местами для подстановки/заполнения)Не все слоты фрейма-экземпляра могут быть заполнены,что соответствует не полностью определенной ситуацииСлоты могут быть терминальными и нетерминальными8ВИДЫ СЛОТОВ ФРЕЙМА-ЭКЗЕМПЛЯРАВо фреймовых языках/системах: Терминальные слоты обычно имеют конкретныезначения любого стандартного скалярного или составноготипа (string, boolean, integer, перечислимый тип и т.п.).Терминальное значение слота соответствует сущности,которая не м.

б. разложена на более простые сущности.Нетерминальные слоты имеют в качестве значения имядругого фрейма-экземпляра, представляющегосодержание данного слотаПо сути это ссылка на другой фрейм-экземпляр, и тем самымобеспечивается связь между фреймами-экземплярами Связь фрейма-экземляра с прототипом: обычно естьвстроенный (системный) слот с именем Instance-ofзначением которого есть имя прототипного фрейма(т.е. задается ссылка на прототипный фрейм)9ФРЕЙМ-ПРОТОТИПБолее сложный состав слотов и фрейма в целом Сам фрейм включает присоединенные процедуры Слот в общем случае включает кроме имени атрибутанесколько видов связанной с этим атрибутоминформации – т.н.

фасеты (facets) – аспекты атрибутаФасеты включают: Ограничения на значение (Value) соответствующегоатрибута во фрейме-экземпляре Кардинальность значения (Single/Multiple): одно или женесколько значений указанного типа могут быть в слоте Значение по умолчанию (Default) стандартное значение,которое может быть потом переустановлено Процедуры, присоединённые к слоту (ассоциированныес ними), записанные на языке реализации фреймовойсистемы и выражающие процедурное знание10ФРЕЙМ-ПРОТОТИП: ОГРАНИЧЕНИЯВозможные способы ограничения значения слота Задание конкретного значения некоторого типа Указание типа значения (integer, real, boolean, string,date и т.п.) или диапазона значений: ( 0..120) Перечисление возможных значений Логическая комбинация условий предшествующего вида Указание процедуры для вычисления значения Задание имени другого фрейма-прототипа (ссылка)Если во фрейме-экземпляре слот нетерминальный, тоон нетерминальный и во фрейме-прототипе, т.е.значение этого слота – имя другого фрейма-прототипаТем самым обеспечивается необходимая связь междуфреймами-прототипами, что применяется при описаниисложных взаимосвязанных понятий ПО11ФРЕЙМ-ПРОТОТИП:СИСТЕМНЫЕ СЛОТЫ, ЭКЗЕМПЛЯРЫДля связей фреймов используются встроенные слоты: is-a / a-kind-of / AKO – слот для указания имени (имен)родового фрейма-прототипа Descendents / Instances – слот для задания «потомков» видовых фреймов-прототипов для данного фрейма Examples – слот для задания всех фреймов-экземпляров(примеров) рассматриваемого фрейма-прототипа.Соотношение фрейма-прототипа и экземпляра: По сути: фрейм-экземпляр – конкретное заполнение слотовсоответствующего фрейма-прототипа Такой фрейм может храниться в системе ИИ в незаполненномвиде, т.е.

содержать не все слоты, входящие в состав фреймапрототипа (ситуация, когда не все свойства описываемойконкретной сущности известны в настоящий момент) При описании конкретного объекта/ситуации получаем вобщем случае набор взаимосвязанных фреймов-экземпляров12ПРИСОЕДИНЕННЫЕ ПРОЦЕДУРЫ2 вида присоединённых процедур фрейма-прототипа: Служебные, присоединяемые к слоту фрейма илиассоциированные с фреймом-прототипом в целом Демоны, присоединяемые к слоту и запускаемыеавтоматически при обращении к нему и выполненииопределенного условияСлужебные процедуры – обычные процедуры, вызываемыепо имени для обработки слота/фрейма проверяют корректность значений при создании новогофрейма/слота вычисляют значения слотов по данным из других слотов обеспечивают необходимые для сопоставления фреймовпреобразования могут использоваться процедурами-демонами С каждым слотом можно связать произвольное числопроцедур (служебных и демонов)13ПРИСОЕДИНЕННЫЕ ПРОЦЕДУРЫ:ДЕМОНЫДемоны реализуют «активные» значения Процедуры if_added: запускаются при подстановкев слот нового значения Процедуры if_removed: запускаются при удалениизначения слота Процедуры if_needed: вызываются при запросе значенияслота, если при обращении к слоту его значение ещё неустановлено (могут реализовать значение по умолчанию) Фрейм-прототип дает возможность представлениякомбинации декларативных и процедурных знаний Присоединёнными процедуры: определяютинтерпретацию слотов/атрибутов, определённыхпользователем фреймовой системы (несистемных)14ПРИМЕР ФРЕЙМА: DateПервая фреймовая система GUS (конец 70-х гг.):Диалог на ЕЯ для бронирования авиабилета[DateФрейм-прототипMonth nameDay (Bouded-integer 1..31)Year Integer (tofill assume 1995)Weekday ((member (Sunday ..

Saturday))(whenfilled finddatefromday)(tofill getweekday))Summary (or (list Month Day) Weekday)]Summary – пример "обобщающего" слота, он определяетобразец задания даты (только в прототипном фрейме)[is_a DateMonth MayФрейм-экземплярDay 24 ]По сути whenfilled ≈ if_added, а tofill ?процедура tofill вызывает интерпретатор, а он – нужную процедуру15ПРИМЕР ФРЕЙМА: КОМАНДИРОВКАФрейм-прототип:M – множественность значений# - ссылка на фрейм, % - маркер процедуры[ КомандировкаIs_a #ПоездкаExamples M #К_в_РигуКомандируемый #Сотрудник (if_needed #Сидоров)(if_added % Проверить_возможность)Города_посещения M String (if_added% Забронировать_гостиницу)Продолжительность Int 1..30 (if_needed default 7)Дата_начала DateНазначение (конференция, согласование_документов)Номер_приказа Int (if_added % Рассчитать_аванс,% Выписать_командировочное_удостоверение)Источник финансирования (РФИИ, госбюджет)Оплата #Оплата_командировки ]16ПРИМЕРЫ СВЯЗАННЫХ ФРЕЙМОВ[ Оплата_командировкиФрейм-прототипIs_a #Оплата_расходовExamples M #Оплата_К_в_РигуАванс Int (if_added % Купить_билеты) (if_needed 0)Транспортные_расходы M IntОплата_проживания IntСуточные Int (if_needed % Рассчитать_сумму_посрокам_поездки)Итоговая_сумма (if_needed % Подсчитать_сумму) ][К_в_РигуФрейм-экземплярInstance_оf #КомандировкаКомандируемый #СидоровГорода_посещения РигаДата_начала 01.04.2015 ]17УНИВЕРСАЛЬНОСТЬФРЕЙМОВОЙ МОДЕЛИФреймы, по глубине представляемой информации: Концептуальные: Тематические (см.