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 .