Знаки-фреймы. 
Прикладная семиотика

Итак, в контексте прикладной семиотики структуру знака можно сопоставить со структурой фрейма (рис.5). Имя знака соответствует имени фрейма. Понятие, характеризующее ту информацию, которая отражает сущность денотатов, репрезентируемых данным знаком, соответствует набору слотов, составляющих протофрейм. Наконец, представление соответствует некоторому экзофрейму, т. е. протофрейму, у которого заполнены значениями все обязательные позиции в слотах. Треугольник «Имя — Протофрейм — Экзофрейм» называется знаком-фреймом [18].

Тот факт, что каждому знаку можно поставить в соответствие знак-фрейм, говорит о том, что фреймы как структуры представления знаний обладают универсальностью. Со знаком-фреймом связаны 6 базовых процедур. Первая пара процедур 1 связывает имена и понятия. Одна из процедур пары позволяет по имени некоторой сущности искать соответствующее понятие, а в более широком смысле, совокупность знаний, известных системе об этой сущности. Вторая составляющая пары — это процедура, восстанавливающая по совокупности знаний о некоторой сущности ее имя. Аналогами этих процедур могут служить поиск информации по адресу и ассоциативный поиск информации по ее содержанию.

Пара процедур, помеченная цифрой 2, связывает между собой понятия и представления. Одна из этих процедур, входящих в пару, позволяет по представлению (экзофрейму) искать понятие (протофрейм), к которому это представление принадлежит. Эта процедура соответствует приобретению знаний в ИИ. Обратная процедура позволяет строить конкретные представления на базе понятия, т. е. порождать различные экзофреймы на основе имеющегося протофрейма.

Наконец, пара процедур, помеченных цифрой 3, соотносит между собой имена и представления. Одна из процедур порождает имя при наличии конкретного экзофрейма, а вторая — некоторый экзофрейм (представление по имени).

Важную роль в семиотическом моделировании играют сети из знаков-фреймов. Знаки-фреймы могут вступать друг с другом в различные отношения, например такие иерархические отношения как род-вид, класс-элемент, целое-часть, цель-подцель и т. п. В иерархическую систему могут входить либо знаки-фреймы целиком, либо иерархия организуется по какой-либо ипостаси знака (например, классификация УДК реализует иерархию по именам, классификации растений и животных опираются на иерархию по концептам, а классификации по отношению «часть-целое» образуют иерархию по представлениям.

Иерархические отношения вводят на фреймах многоуровневую систему, а на каждом из уровней фреймы могут вступать друг с другом в отношения с самой различной семантикой: временные, пространственные, каузальные и т. п. Так возникают многоуровневые сети из знаков-фреймов, подобные семантическим сетям.

На сетях из знаков-фреймов могут определяться различные операции. Важнейшими из них являются поиск фрагментов по образцу, замена фрагмента, обобщение по именам, понятиям и представлениям, обобщение по фрагментам сети на основе сходства-различия. Эти операции основываются на логико-трансформационных правилах [1], которые в самом общем представлении имеют вид С₁; F₁, F₂,…, F_k; {F_i} F*; C₂

Здесь С₁ играет роль условия активизации логико-трансформационного правила, F₁, F₂,…, F_k перечисляют k фрагментов сети, которые должны быть обнаружены с помощью операции поиска фрагмента по образцу. При нахождении этих фрагментов их множество {F_i} должно быть заменено на фрагмент F*; после завершения этой операции выполняются постусловия C₂, которые могут вносить изменения в систему логико-трансформационных правил.

Функционирование логико-трансформационных правил напоминает действие систем продукционных правил. Разница состоит лишь в том, что в качестве объектов действий в логико-трансформационных правилах выступают фрагменты сети из знаков-фреймов.

Кроме операций с фрагментами, на сетях из знаков-фреймов могут выполняться и операции вывода на знаниях и операции формирования новых фрагментов сети за счет разнообразных операций обобщения.

Вычислительная сложность операций, работающих с фрагментами сети, достаточно велика. Поэтому актуальной остается проблема поиска эффективных методов работы с сетями из знаков-фреймов.

Структура знака-фрейма позволяет единообразно представлять знания различной природы. Эта структура практически эквивалентна октантной структуре глагола, что позволяет использовать знаки-фреймы в лингвистических процессорах. Кроме того, за счет позиций, связанных с представлениями, имеется возможность хранить всю необходимую информацию в знаках-фреймах для представления образной информации. Это свойство знаков-фреймов может использоваться в системах типа «Текст — Рисунок — Текст».

Как и во всяком фрейме, в знаке-фрейме легко актуализировать присоединенные процедуры, что позволяет совместить в рамках единого представления декларативную и процедурную компоненты представления знаний. Возможность организации распространения волны возбуждения по сети из-за наличия в сети возбуждающего фрагмента F делает такую модель способной к передаче активности по выбранной систем отношений.

Опишем теперь расширенную структуру знака-фрейма, в которой в явной форме будут указаны все связи этой единицы с другими единицами сети. Эта структура имеет следующий вид:

• (имя знака) понятие
• (имя слота 1; V₁)
• (имя слота 2; V₂)
• (имя слота K; V_K)

условия целостности

s₁(V¹_j1,…, V¹_jm1).

s₂(V²_j2,…, V²_jm2).

s_I(V^I_jI,…, V^I_jmI).

Рис. 5. Сопоставление знаков и фреймов. Знак-фрейм

связи наследования

• (имя знака 1; тип связи)
• (имя знака 2; тип связи)

(имя знака P; тип связи).

статические связи

• (имя знака 1; имя связи)
• (имя знака 2; имя связи)
• (имя знака M; имя связи)

условия активности

• (условие 1; имя процедуры)
• (условие 2; имя процедуры)
• (условие H; имя процедуры)

представление

• (условие 1; экземпляр 1)
• (условие 2; экземпляр 2)
• (условие Q; экземпляр Q)

Для пояснения разделов в этой достаточно сложной структуре приведем конкретный пример.

В качестве примера рассмотрим знак-фрейм для сущности «треугольник». В той части, которая нас интересует, этот знак фреймы выглядит следующим образом:

• (треугольник) понятие
• (сторона 1; a)
• (сторона 2; b)
• (сторона 3; c)
• (угол 1;…a)
• (угол 2;…b)
• (угол 3;…j)

условия целостности

a + b > c.

a + c > b.

b + c > a.

a — b < c.

a — c < b.

b — c < a.

a + b + = p.

связи наследования

• (многоугольник; «вид-род»)
• (плоская фигура; «вид-род»)
• (прямоугольный треугольник; «род-вид»)

статические связи

(любовный треугольник; «ассоциация»).

представление.

• (общее; Пр₁)
• (равносторонний; Пр₂)
• (прямоугольный; Пр₃)

Из этого примера видно, что условия целостности в знаке-фрейме позволяют контролировать правильность описания сущности. Если условия целостности для сущности «треугольник» нарушены, то сама эта сущность существовать не может. Раздел «представление» позволяет воспроизводить зрительный образ сущности «треугольник» с нужной степенью конкретности. В примере Пр_j — имена процедур, «рисующих» соответствующий треугольник. Другими примерами порождаемых системой представлений могут служить: тупоугольный треугольник, равнобедренный треугольник и т. п.