Теория фреймов

Теория фреймов

Теория фреймов.

— это парадигма для представления знаний с целью использования этих знаний компьютером. Впервые была представлена Минским как попытка построить фреймовую сеть, или парадигму с целью достижения большего эффекта понимания. С одной стороны Минский пытался сконструировать базу данных, содержащую энциклопедические знания, но с другой стороны, он хотел создать наиболее описывающую базу, содержащую информацию в структурированной и упорядоченной форме. Эта структура позволила бы компьютеру вводить информацию в более гибкой форме, имея доступ к тому разделу, который требуется в данный момент. Минский разработал такую схему, в которой информация содержится в специальных ячейках, называемых фреймами, объединенными в сеть, называемую системой фреймов. Новый фрейм активизируется с наступлением новой ситуации. Отличительной его чертой является то, что он одновременно содержит большой объем знаний и в то же время является достаточно гибким для того, чтобы быть использованным как отдельный элемент БД. Термин «фрейм» был наиболее популярен в середине семидесятых годов, когда существовало много его толкований, отличных от интерпретации Минского .

Чтобы лучше понять эту теорию, рассмотрим один из примеров Минского, основанный на связи между ожиданием, ощущением и чувством человека, когда он открывает дверь и входит в комнату. Предположим, что вы собираетесь открыть дверь и зайти в комнату незнакомого вам дома. Находясь в доме, перед тем как открыть дверь, у вас имеются определенные представления о том, что вы увидите, войдя в комнату. Например, если вы увидите к-л пейзаж или морской берег, поначалу вы с трудом узнаете их. Затем вы будете удивлены, и в конце концов дезориентированы, так как вы не сможете объяснить поступившую информацию и связать ее с теми представлениями, которые у вас имелись до того. Также у вас возникнут затруднения с тем, чтобы предсказать дальнейший ход событий. С аналитической точки зрения это можно объяснить как активизацию фрейма комнаты в момент открывания двери и его ведущую роль в интерпретации поступающей информации. Если бы вы увидели за дверью кровать, то фрейм комнаты приобрел бы более узкую форму и превратился бы во фрей кровати. Другими словами, вы бы имели доступ к наиболее специфичному фрейму из всех доступных. Возможно, б что вы используете информацию, содержащуюся в вашем фрейме комнаты для того чтобы распознать мебель, что называется процессом сверху-вниз, или в контексте теории фреймов фреймодвижущим распознаванием. Если бы вы увидели пожарный гидрант, то ваши ощущения были бы аналогичны первому случаю. Психологи подметили, что распознавание объектов легче проходит в обычном контексте, чем в нестандартной обстановке. Из этого примера мы видим, что фрейм — это модель знаний, которая активизируется в определенной ситуации и служит для ее объяснения и предсказания. У Минского имелись достаточно расплывчатые идеи о самой структуре такой БД, которая могла бы выполнять подобные вещи. Он предложил систему, состоящую из связанных между собой фреймов, многие из которых состоят из одинаковых подкомпонентов, объединенных в сеть. Таким образом, в случае, когда к-л входит в дом, его ожидания контролируются операциями, входящими в сеть системы фреймов. В рассмотренном выше случае мы имеем дело с фреймовой системой для дома, и с подсистемами для двери и комнаты. Активизированные фреймы с дополнительной информацией в БД о том, что вы открываете дверь, будут служить переходом от активизированного фрейма двери к фрейму комнаты. При этом фреймы двери и комнаты будут иметь одинаковую подструктуру. Минский назвал это явление разделом терминалов и считал его важной частью теории фреймов .

Минский также ввел терминологию, которая могла бы использоваться при изучении этой теории (фреймы, слоты, терминалы и т. д.). Хотя примеры этой теории были разделены на языковые и перцептуальные, и Минский рассматривал их как имеющих общую природу, в языке имеется более широкая сфера ее применения. В основном большинство исследований было сделано в контексте общеупотребительной лексики и литературного языка .

Как наиболее доступную иллюстрацию распознаванию, интерпретации и предположению можно рассмотреть две последовательности предложений, взятых из Шранка и Абельсона. На глобальном уровне последовательность, А явно отличается от В .

A John went to a restaurant.

He asked the waitress for a hamburger.

He paid the tip & left.

B John went to a park.

He asked the midget for a mouse.

He picked up the box & left.

Хотя все эти предложения имеют одинаковую синтаксическую структуру и тип семантической информации, понимание их кардинально различается. Последовательность, А имеет доступ к некоторому виду структуры знаний высшего уровня, а В не имеет. Если бы, А не имело такой доступ, то ее понимание сводилось бы к уровню В и характеризовалось бы как дезориентированное. Этот контраст является наглядным примером мгновенной работы высшего уровня структуры знаний .

Была предложена программа под названием SAM, которая отвечает на вопросы и выдает содержание таких рассказов. Например, SAM может ответить на следующие вопросы, ответы на которые не даны в тексте, с помощью доступа к записи предполагаемых событий, предшествующих обеду в ресторане .

Did John sit down in the restaurant ?

Did John eat the hamburger ?

Таким образом, SAM может распознать описанную ситуацию как обед в ресторане и затем предсказать оптимальное развитие событий. В нашем случае распознавание не представляло трудностей, но в большинстве случаев оно довольно непростое и является самой важной частью теории .

Рассмотрим другой пример :

C He plunked down $ 5 at the window .

She tried to give him $ 2.50, but he wouldn’t take it .

So when they got inside, she bought him a large bag of popcorn .

Он интересен тем, что у большинства людей он вызывает цикл повторяющихся неправильных или незаконченных распознаваний и реинтерпретаций .

В случаях с многозначными словами многозначность разрешается с помощью активизированного ранее фрейма. Для этих целей необходимо создать лексикон к каждому фрейму. Когда фрейм активизируется, соответствующему лексикону отдается предпочтение при поиске соответствующего значения слова. В контексте ТФ это распознавание процессов, контролируемых фреймами, которые, в свою очередь, контролируют распознавание входящей информации. Иногда это называется процессом сверху — вниз фреймодвижущего распознавания .

Применение этих процессов нашло свое отражение в программе FRAMP, которая может суммировать газетные сводки и классифицировать их в соответствие с классом событий, например терроризм или землетрясения. Эта программа хранит набор объектов, которые должны быть описаны в каждой разновидности текстов, и этот набор помогает процессу распознавания описываемых событий .

Манипуляция фреймами.

Детали спецификации Ф и их репрезентации могут быть опущены, так же как и алгоритмы их манипуляции, потому что они не играют большой роли в ТФ .

Такие вопросы, как размер Ф или доступ к нему, связаны с организацией памяти и не требуют специального рассмотрения .

Распознавание.

В литературе имеется много рассуждений по поводу процессов, касающихся распознавания фреймов и доступа к структуре знаний высшего уровня. Несмотря на то, что люди могут распознать фрейм без особых усилий, для компьютера в большинстве случаев это довольно сложная задача. Поэтому вопросы распознавания фреймов остаются открытыми и трудными для решения с помощью ИИ .

Размер фрейма.

Размер фрейма гораздо более тесно связан с организацией памяти, чем это кажется на первый взгляд. Это происходит потому, что в понимании человека размер фрейма определяется не столько семантическим контекстом, но и многими другими факторами. Рассмотрим фрейм визита к доктору, который складывается из подфреймов, одним из которых является комната ожидания. Таким образом мы можем сказать, что размер фрейма не зависит от семантического содержания представленного фрейма / такого, как, например, визит к врачу /, но зависит от того, какие компоненты описывающей информации во фрейме / таком, как комната ожидания / используются в памяти. Это означает, что когда определенный набор знаний используется памятью более чем в одной ситуации, система памяти определяет это, затем модифицирует эту информацию во фрейм, и реструктурирует исходный фрейм так, чтобы новый фрей использовался как его подкомпонент .

Вышеперечисленные операции также остаются открытыми вопросами в ТФ .

Инициализационные категории.

Рош предложил три уровня категорий представления знаний: базовую, субординатную и суперординационную. Например в сфере меблировки концепция кресла является примером категории основного уровня, а концепция мебели — это пример суперординационной категории. Язык представления знаний подвержен влиянию этой таксономии и включает их как различные типы данных. В сфере человеческого общения категории основного уровня являются первейшими категориями, которые узнают человек, другие же категории вытекают из них. То есть суперординационная категория — это обобщение базовой, а субординатная — это подраздел базовой категории .

пример

суперординатная идеи события.

базовая события действия.

субординатная действия прогулка.

Каждый фрейм имеет свой определенный так называемый слот. Так, для фрейма действие слот может быть заполнен только к-л исполнителем этого действия, а соседние фреймы могут наследовать этот слот .

Некоторые исследователи предположили, что случаи грамматики падежей совпадают со слотами в ТФ, и эта теория была названа теорией идентичности слота и падежа. Было предложено число таких падежей, от 8 до 20, но точное число не определено. Но если агентив полностью совпадает со своим слотом, то остальные падежи вызвали споры. И до сих пор точно не установлено, сколько всего существует падежей .

Также вызвал трудность тот факт, что слоты не всегда могут быть переходными. Например, в соответствие с ТФ можно сказать, что фрейм одушевленный предмет может иметь слот живой, фрейм человек может иметь слот честный, а фрейм блоха не может иметь такой слот, и он к нему никогда не перейдет .

Другими словами, связи между слотами в ТФ не являются исследованными до конца. Слоты могут передаваться, могут быть многофункциональны, но в то же время не рассматриваются как функции. Гибридные системы.

СФ иногда адаптируются для построения описаний или определений. Был создан смешанный язык, названный KRYPTON, состоящий из фреймовых компонентов и компонентов предикатных исчислений, помогающих делать к-л выводы с помощью терминов и предикатов. Когда активизируется фрейм, факты становятся доступными пользователю. Также существует язык Loops, который объединяет объекты, логическое программирование и процедуры .

Существуют также фреймоподобные языки, которые за исходную позицию принимают один тип данных в памяти, к-л концепцию, а не две / напр фрейм и слот /, и представление этой концепции в памяти должно быть цельным .

Объектно — ориентированные языки.

Параллельно с языками фреймов существуют объектно — ориентированные программные языки, которые используются для составления программ, но имеют некоторые св-ва языков фреймов, такие, как использование слотов для детальной, доскональной классификации объектов. Отличие их от языков фреймов в том, что фреймовые языки направлены на более обобщенное представление информации об объекте .

Одной из трудностей представления знаний и языка фреймов является отсутствие формальной семантики. Это затрудняет сравнение свойств представления знаний различных языков фреймов, а также полное логическое объяснение языка фреймов .