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 .