Фреймовая модель представления знаний

Фреймовая модель, или модель представления знаний, основанная на фреймовой теории М. Минского, представляет собой систематизированную в виде единой теории психологическую модель памяти человека и его сознания. Однако из-за отсутствия конкретных идей, позволяющих создать язык представления знаний только на основе этой теории, она носит довольно абстрактный характер. Важным моментом в этой теории является понимание фрейма - структуры данных для представления некоторого концептуального объекта. Каждый фрейм описывает один концептуальный объект, а конкретные свойства этого объекта и факты, относящиеся к нему, описываются в слотах - структурных элементах данного фрейма. В общем случае фрейм можно представить в виде следующей структуры.

(Имя фрейма:

Имя слота 1 (значение слота 1); Имя слота 2 (значение слота 2);

Имя слота N (значение слота N)).

Значением слота может быть практически что угодно: числа, формулы, тексты на естественном языке или программы, правила вывода или ссылки на другие слоты данного фрейма или других фреймов. В качестве значения слота может выступать набор слотов более низкого уровня, что позволяет реализовывать во фреймовых представлениях "принцип матрешки".

Например, фрейм служащего выглядит следующим образом:

(Служащий:

Фамилия (Иванов); Год рождения (1974); Специальность (Программмист); Стаж (3)).

Все фреймы взаимосвязаны и образуют единую фреймовую систему, в которой органически объединены декларативные и процедурные знания. Поскольку концептуальному представлению свойственна иерархичность, целостный образ знаний строится в виде одной фреймовой системы, имеющей иерархическую структуру.

Пример фреймовой системы, описывающей аудиторию, показан на рис. 6.1.2. Механизм управления выводом может быть организован следующим образом. Связи между данным фреймом и другими фреймами задаются при помощи специального слота, значением которого является присоединенная процедура - специфичная процедура вывода в этом фрейме. При осуществлении вывода сначала запускается одна из присоединенных процедур некоторого фрейма. Затем оценивается возвращаемое значение, и в зависимости от него последовательно запускаются присоединенные процедуры других фреймов. В ходе этого процесса происходит генерация и уничтожение слотов, изменение значений слотов и т.п. Таким образом, происходит постепенное продвижение к получению целевого значения.

Язык представления знаний, основанных на фреймовой модели, особенно эффективен для структурного описания сложных понятий и решения задач, в которых, в соответствии с ситуацией желательно применять различные способы вывода. В то же время на таком языке затрудняется управление завершенностью и постоянством целостного образа. В частности, по этой причине существует большая опасность нарушения присоединенной процедуры. Следует отметить, что фреймовую систему без механизма присоединенных процедур (а следовательно, и механизма пересылки сообщений) часто используют как базу данных системы продукций.

Теория фреймов послужила толчком к разработке нескольких языков представления знаний, которые благодаря своим широким возможностям и гибкости получили широкое распространение.