Представление знаний в виде фреймов

Фреймовая модель представления знаний основана на теории фреймов М. Минского, которая представляет собой систематизированную психологическую модель памяти человека и его сознания.

Фреймом называется структура данных для представления некоторого концептуального объекта.

Совокупность данных предметной области может быть представлена множеством взаимосвязанных фреймов, образующих единую фреймовую систему, в которой объединяются декларативные и процедурные знания. Фреймовая система как правило имеет иерархическую структуру, фреймы соединены друг с другом с помощью родо-видовых связей. На верхнем уровне иерархии - фрейм, содержащий наиболее общую информацию, истинную для всех остальных фреймов. Фреймы обладают способностью наследовать значения характеристик своих родителей.

В общем случае, фрейм имеет следующую структуру:

Имя фрейма – для однозначной идентификации фрейма в системе – должно быть уникальным.

Слоты – описания, с помощью которых определяются основные структурные элементы этого понятия-фрейма. Слот имеет имя и значения слота. Слот может содержать несколько значений.

Структура слота: Имя слота - уникально в пределах фрейма. шпации, в которые помещают данные, представляющие текущие значения слотов (должны соответствовать заданным типу и условиям наследования); связанные или присоединенные процедуры - процедуры, позволяющие вычислить значение слота по заданному алгоритму (в слоте указывается имя процедуры, вызывается обращением к слоту); правила продукций, используемые для определения конкретного значения. Указатели наследования. Показывают, какую информацию об атрибутах слотов из фрейма верхнего уровня наследуют слоты с аналогичными именами в данном фрейме: U (Unique) – значение слота не наследуется; S (Same) – значение слота наследуется; R (Range) – значения слота должны находиться в пределах интервала значений, указанных в одноименном слоте родительского фрейма; O (Override) – при отсутствии значения в текущем слоте оно наследуется из фрейма верхнего уровня, однако, в случае определения значения текущего слота оно может быть уникальным. Этот тип указателя выполняет и функции указателей U и S.

Указатель типа данных. Он показывает тип значения слота. Наиболее употребляемые типы: frame – указатель на фрейм; real – вещественное число; integer – целое число; boolean – логический тип; text – фрагмент текста; list – список; table – таблица; expression – выражение; lisp – связанная процедура; и т.д.

Значение слота. Оно должно соответствовать указанному типу данных и условию наследования.

Демоны. Процедура, автоматически запускаемая при выполнении некоторого условия (обновление, удаление значений и т.д.). Демоны автоматически запускаются при обращении к соответствующему слоту. Типы демонов связаны с условием запуска процедуры. Демон является разновидностью связанной процедуры.

Над фреймами можно совершать некоторые теоретико-множественные операции, например, объединение и пересечение.

Системы фреймов могут быть статическими или динамическими.

Шаблон фрейма можно рассматривать как класс, экземпляр фрейма — как объект. Языки объектно-ориентированного программирования (ООП) предоставляют средства создания классов и объектов, а также средства для описания процедур обработки объектов (методы).

Примеры специализированных языков представления знаний на основе фреймовой модели являются: FRL, KRL, фреймовая «оболочка» Кара и др. Известны также экспертные системы фреймового типа: ANALYST, TRISTAN.

5. Представление знаний на основе формальных систем.

Формальная система представляет собой совокупность чисто абстрактных объектов (не связанных с внешним миром), в которой представлены правила оперирования множеством символов в чисто синтаксической трактовке без учета смыслового содержания (или семантики).

Формальную систему иногда называют также аксиоматикой, или формальной теорией, или просто множеством формул.

Формальная система определена, если:

Задан конечный алфавит (конечное множество символов). В нем определены: Константы, Переменные, операторы, процедура построения формул (или слов) формальной системы. Определяет конкретную синтаксическую конструкцию формул или грамматику форму, которые представляют собой правильно построенные последовательности символов. Выделено некоторое множество формул, называемых аксиомами; Задано конечное множество правил вывода, которые позволяют получать из некоторого конечного множества формул другое множество формул.

Формула называется теоремой, если существует доказательство, в котором она является последней (частности, всякая аксиома является теоремой).

Формальное доказательство - конечная последовательность формул, такая, что любая из этих формул является либо аксиомой, либо при помощи одного из правил вывода выводима из предшествующих ей формул.

Множества формул определения формальной системы не обязательно должны быть конечными: достаточно, чтобы они были рекурсивно перечислимы.

Формальная система разрешима, если, рассматривая некоторую формулу формальной системы, можно определить, является ли она теоремой или не-теоремой. Трудность заключается в том, что процедура решения позволяет перечислить все теоремы, но не существует способа, чтобы перечислить все не-теоремы.

Формальные системы представляют собой модели какой-то реальности.

Интерпретация:

-придает смысл каждому символу формальной системы

-устанавливает взаимно однозначное соответствие между символами формальной системы и реальными объектами.

Утверждения реальной системы – теоремы формальной системы, однажды интерпретированы, и в этом случае уже можно делать выводы об их истинности или ложности.