21197

Фреймовые модели представления знаний

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Понятие фрейма введено М. Имя таблицы является уникальным именем фрейма. Атрибуты фрейма могут также быть фреймами. У фрейма есть оболочка которая называется протофреймом прототипом образцом.

Русский

2013-08-02

117.5 KB

103 чел.

PAGE  4

\\Лекция №10

10. Фреймовые модели представления знаний

10.1. Основные положения

Фрейм («рамка», «каркас», «основа», «скелет») состоит из минимального числа атрибутов (свойств, признаков и других характеристик), описывающих объект или явление данной предметной области. Понятие фрейма введено М. Минским (США) в виде абстрактного образа для представления стереотипа восприятия человеком объектов, явлений и процессов окружающего мира.

Фрейм можно представить в виде таблицы, каждая строка которой называется слотом ("slot" – "щель"). Именами слотов могут служить названия объектов или явлений, а значениями – их атрибуты.\\ Имя таблицы является уникальным именем фрейма. Атрибуты фрейма могут также быть фреймами.

\\Различают следующие типы фреймов:

а) фреймы-структуры, которые используются для обозначения объектов и понятий (например, «заем», «залог», «вексель»);

б) фреймы-роли («менеджер», «кассир», «клиент»);

в) фреймы-сценарии («банкротство», «собрание», «именины»);

г) фреймы-ситуации ("тревога", "авария", "режим").

У фрейма есть оболочка, которая называется протофреймом (прототипом, образцом). Когда протофрейм наполняется, возникает конкретный экземпляр фрейма – экзофрейм, содержащий собственную информацию и оболочку. Переход от исходного протофрейма к экзофрейму может быть многошаговым процессом постепенного уточнения атрибутов экзофрейма на каждом шаге.

Рассмотрим пример построения фрейма для описания характеристик работников, список которых представлен в табл.10.1.

Табл.10.1. Список работников

Фамилия

Год рождения

Специальность

Стаж (лет)

Иванов

1925

Слесарь

30

Петров

1930

Токарь

25

Сидоров

1965

Сантехник

5

В соответствии с данными табл. 10.1 структура протофрейма, в котором слоты являются пустыми, может быть представлена в виде табл.10.2.\\ При конкретизации протофрейма ему и слотам присваиваются конкретные имена и осуществляется заполнение слотов. В результате из протофрейма образуется экзофрейм (табл.10.3), который путем постепенного уточнения атрибутов (если знания о предметной области неточные) превращается во фрейм "Работники".

Табл.10.2. Протофрейм   Табл.10.3. Экзофрейм

Протофрейм

Экзофрейм: "Работники"

Имена слотов

Значения слотов

Имена слотов

Значения слотов

Фамилия

Фамилия

Иванов

Петров

Сидоров

Год рождения

Год рождения

1925

1930

1965

Специальность

Специальность

Слесарь

Токарь

Сантехник

Стаж

Стаж

30

25

10


\\
10.2. Характеристики и свойства слотов

Слоты являются базовыми элементами фрейма.\\ Слоты вначале создаются пустыми и заполняются в процессе активизации (активации) и функционирования фрейма в соответствии с определенными условиями или предписаниями, которыми эти процессы сопровождаются.

Каждый слот содержит следующие атрибуты:

  •  имя слота;
  •  указатель наследования;
  •  тип данных, который определяет, что слот либо имеет численное значение, либо является именем другого фрейма.

\\К типам данных относятся:

  •  frameуказатель;   integerцелый;   realдействительный;   boolбулев;
  •  textтекст;   listсписок;   tableтаблица;
  •  lispприсоединенная процедура;   expressionвыражение и др.

Значение слота соответствует указанному типу данных этого слота, условию наследования и может быть именем другого фрейма, что обеспечивает связь (вложенность) между фреймами. Значениями слотов могут быть ссылки на имена других слотов в данном фрейме или в других фреймах. Значения слотов связаны между собой определенными соотношениями, нарушение которых служит сигналом ошибочности вводимой информации.

Существуют следующие способы получения слотом значений в экзофрейме:

  •  по умолчанию – от протофрейма;
  •  наследование свойств фрейма-родителя (см. раздел 10.3);
  •  по формуле, указанной в слоте;
  •  через присоединенную процедуру;
  •  из диалога с пользователем;
  •  из базы знаний и др.

\\Существуют системные и пользовательские слоты фрейма. Значениями системных слотов могут быть:

  •  указатель фрейма-родителя;
  •  указатель прямого дочернего фрейма;
  •  пользователь фрейма;
  •  дата определения фрейма и его последней модификации и др.

Системные слоты используются при редактировании базы знаний и управлении процессом вывода на знаниях. Пользовательские слоты заполняются пользователем в процессе запроса и решения поставленной задачи.\\

10.3.\\ Функциональные свойства фреймовых моделей

Фреймовая модель представления знаний представляет собой семантическую сеть, вершинами которой являются фреймы. Фреймовая структура содержит как информационные, так и процедурные элементы, обеспечивающие преобразование информации внутри фреймов и связи их с другими фреймами. Фреймовая модель является декларативно-процедурной структурой в виде совокупности описаний и связанных с ними процедур, доступ к которым осуществляется прямо из фрейма. Это обеспечивает возможность единообразного представления как декларативных, так и процедурных знаний.\\

Характерной особенностью фреймовых моделей (структур) является наличие процедур:

  •  наследования свойств;
  •  внутренней интерпретации;
  •  установления связей;
  •  введения отношений на слотах и др.

Процедура наследования свойств позволяет фреймам заимствовать свойства других фреймов путем использования так называемых указателей наследования, которые показывают, какую информацию об атрибутах слотов во фрейме верхнего уровня наследуют слоты с такими же именами во фрейме нижнего уровня.


Типичными
указателями наследования являются:

  •  «АКО» («А-Кind-Of» - “это”) – отношение типа "абстрактное – конкретное", которое указывает на фрейм более высокого уровня, откуда неявно наследуются (переносятся) значения аналогичных слотов;
  •  U (unique – уникальный) показывает, что фрейм должен иметь слоты с различными значениями;
  •  S (same – такой же) – все слоты должны иметь одно значение;
  •  R (range - ранжирование границ) – значения слотов фрейма нижнего уровня должны находиться в пределах соответствующих значений слотов фрейма верхнего уровня;
  •  О (override – переопределить) – слот фрейма верхнего уровня принимает значение слота фрейма нижнего уровня.\\

\\На рис.10.1 представлен пример фреймовой сети, в которой фрейм "Ученик" наследует свойства фреймов "Ребенок" и "Человек", которые находятся на более высоком уровне иерархии (стрелки указывают на фреймы, откуда наследуются свойства). Наследование свойств может быть частичным.\\ Например, возраст "Ученика" не наследуется из фрейма "Ребенок", так как он присутствует в собственном фрейме.

\\

Фрейм: «Человек»-

Имена слотов

Значения слотов

Фрейм: «Ребенок»-

Это

Млеко-питающее

Имена слотов

Значения слотов

Фрейм: «Ученик»-

Умеет

Мыслить

Это

Человек

Имена слотов

Значения слотов

Возраст

0-16 лет

Это

Ребенок

Рост

50-180 см

Учится

В школе

Любит

Сладкое

Возраст

7-17 лет

Носит

Форму

На рис 10.2 показан пример построения базы  знаний экспертной системы (см. раздел 4.11) с использованием фреймовой модели представления знаний в предметной области  "Транспортные средства" .


Как видно из
рис.10.1 и рис.10.2, фреймы имеют иерархическую структуру, в которой значения атрибутов фреймов верхних уровней совместно используются всеми фреймами нижних уровней. Такая структура позволяет систематизировать понятия и добавлять новые знания, упрощает процедуру просмотра и обнаружения противоречий в знаниях и делает фреймовую систему более гибкой.

10.4. Вывод на знаниях во фреймовых структурах

Во фреймовых структурах в качестве значения слота может выступать имя программы процедурного типа, которая называется служебной или присоединенной процедурой, выполняемой при обращении к слоту. Присоединенная процедура может запускаться по сообщению, переданному из другого фрейма, поэтому ее можно рассматривать как один из механизмов управления процессом вывода на знаниях.\\

Специфической функцией фреймов является демон – автоматически запускаемая процедура при выполнении определенной совокупности условий при обращении к данному слоту. Например, если при идентификации некоторого объекта значение слота не определено, то демон задает процедуру, которая позволяет определить или уточнить значение слота.

\\Процесс поиска фрейма, который соответствует (релевантен) поставленной цели (запросу пользователя), состоит в сопоставлении значений слотов фреймов в базе знаний со значениями атрибутов цели. Процесс сопоставления осуществляется следующим образом.

а) Вначале выбирается так называемый базовый фрейм, который описывает наиболее важный объект данной предметной области, устанавливаемый пользователем. Значения слотов базового фрейма сопоставляются со значениями атрибутов цели, т.е. определяется релевантность базового фрейма запросу. Если фрейм подходит, то задача поиска решена и процесс сопоставления на этом заканчивается.

б) Если выбранный базовый фрейм не релевантен запросу пользователя, то управление передается другому базовому фрейму с аналогичными значениями слотов.

в) Если процесс сопоставления заканчивается безрезультатно, то задача не имеет решения.\\

Семантически близкие фреймы объединяются в отдельные группы, что ускоряет процесс сопоставления слотов и сокращает время решения задачи в целом. Так, например, в задаче обработки изображений при анализе видимого объекта различные фреймы одной группы описывают его с разных углов зрения. Переход от одного фрейма к другому означает перемещение от одного пункта наблюдения к другому.

Основным преимуществом фреймов является способность отражения организации долговременной памяти человека, а также гибкость и наглядность фреймовой сети.

К недостаткам фреймовых моделей относится потребность в большой памяти ЭВМ и отсутствие обоснованного уровня детализации при выборе числа признаков, характеризующих описываемый предмет или явление. Если описывать их на очень подробном языке, то картина получится, с одной стороны, громоздкая, с другой – бессодержательная. Уровень понимания всегда связан с уровнем описания – ни слишком общее, ни слишком подробное описание не позволяют проникнуть в суть предмета.\\

Наиболее известными программными средствами вывода на знаниях во фреймовых структурах являются ”FRL”(“Frame Representation Languge”), ”КRL”(“Knowledge Representation Languge”, ”RLL” (“Representation Languge Languge”) и фреймовая оболочка "Карра".

Широко известны фрейм-ориентированные программные средства вывода на знаниях в экспертных системах "Analist”, “Trictan”, “Alterid”, “Модис”, системах медицинской диагностики: "Medas”, “Neurologist”, “PIP”, “Медифор” и в других интеллектуальных системах.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

84669. МНОГООБРАЗИЕ РЫБ. КЛАСС КОСТНЫЕ РЫБЫ 63.5 KB
  Цель: Продолжить работу по знакомству с многообразием рыб их приспособленностях к жизни в различных условиях водной среды; формировать умения сравнивать и описывать особенности строения рыб процессы жизнедеятельности познакомиться с наиболее распространёнными отрядами.
84670. Антонимы. Урок русского языка 18.37 KB
  Образовательные задачи: Обеспечить в ходе урока усвоение знаний по теме. Обеспечить формирование умения определять лексическое значение слова. Развивающие задачи: Развитие умения применять новые знания на практике. Формирование умения анализировать и обобщать знания по теме «Антонимы».
84671. Я и мои друзья 2.65 MB
  Цель: Осознание собственного влияния на друзей и значимости их в своей жизни. Задачи: Содействовать раскрытию участников и установлению доверительных отношений. Формировать способность чувствовать состояние другого человека, понимать его мысли и поступки.
84672. Розбір прислівника як частини мови. Систематизація вивченого про прислівник 19.3 KB
  Мета: узагальнити й систематизувати знання семикласників з розділу Прислівник його вживання і правопис сформувати цілісну систему особистих знань учнів з теми структурувати вивчений теоретичний матеріал удосконалювати орфографічні вміння й навички...
84673. Интеллектуальный конкурс «Своя игра» 52.5 KB
  Цель: повторение и обобщение изученного материала; развивать интеллектуальные способности учащихся; воспитывать уважительное отношение к истории. Сегодняшнюю встречу мы начнем словами Ильяса Есенберлина «Любовь к своему Отечеству – это то, что делает нацию нацией, а человека гражданином»
84674. Здоров’я – найцінніший скарб 87 KB
  Мета: узагальнити знання учнів про здоров’я, формувати бажання вести здоровий спосіб життя, поглибити знання учнів про шкідливі звички та їх вплив на здоров’я, виховувати почуття відповідальності за збереження свого здоров’я.
84675. В гости к пернатым друзьям. Экологическая викторина 413 KB
  Оформление: заголовок мероприятия фотографии и рисунки птиц цитата: Покормите птиц зимой Пусть со всех концов К вам слетятся как домой Стайки на крыльцо. Покормите птиц. Оборудование: чёрный ящик диск Птицы средней полосы России.
84676. Образи повісті Ольги Кобилянської «Земля». Духовні орієнтири твору 99.5 KB
  Мета: навчальна: розкрити образи повісті, удосконалювати вміння на основі аналізу твору характеризувати героїв, усвідомити майстерність письменниці в розкритті різних психологічних типів людей, у порушенні «вічних проблем» і спробі їх вирішити.
84677. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ТЕЛА 72.11 KB
  Способствовать овладению основными способами мыслительной деятельности учащихся анализ сравнение умение делать выводы работать по алгоритму доказывать объяснять понятия. Способствовать развитию речи учащихся развивать пространственные представления учащихся; содействовать формированию у обучающихся...