Теория фреймов

Современная теория фреймов применяется для структурирования и понимания системы знаний в разных областях науки. Формулирование основных принципов теории происходило параллельно и независимо в разных науках, поэтому сложно ответить на вопрос какая область является источником формирования «фрейм-подхода»

История науки 20 века характеризуется развитием множества направлений в различных областях знаний. Удивительно быстрыми темпами развивается компьютерная индустрия.

1 ЗНАЧЕНИЕ ТЕРМИНА «ФРЕЙМ»

В самом общем случае термин «фрейм» обозначает структуру, содержащую некоторую информацию. Такое понимание является основой для объяснения множества случаев его применения в различных областях. В программировании фрейм означает некую область данных, которую обычный пользователь ПК называет «окно» или «страница». В психологии фреймом называется идеальный образ действительности, зафиксированный в памяти человека. В социологии- определенная модель поведения. Примеры фреймов можно найти в языкознании(парадигма), в библиографии(описание издания, форма сноски внизу страницы).

Как таковой науки фреймологии не существует, т.к. теория фреймов разрабатывается во множестве специальных научных отраслей. Считается, что теория фреймов впервые разработана американским ученым Марвином Минским.

2 слайд 

ПРОГРАММИРОВАНИЕ В работе «Фреймы для представления знаний» (1979) он рассматривает фрейм с точки зрения восприятия человеком новых условий реальности и мышления в процессе адаптации к незнакомой ситуации. Фрейм Минского представляет собой информацию, на основе которой человек строит прогнозы, а также соотносит свое поведение.

ЛИНГВИСТИКА Теория Минского напоминает теорию семантического поля Й. Трира, Л. Вайсгербера и др. в лингвистике. В лингвистике термин «фрейм» был использован позже, в 1980-х годах Ч. Филлмором.

В философии в теории научных революций Т. Куна также содержатся элементы теории фреймов, а именно используется понятие «парадигма»- совокупность базисных теоретических взглядов, которые признаются всеми членами научного сообщества.

В социологии почти одновременно с Минским фрейм рассматривал Ирвинг Гофман в своем эссе «Анализ фреймов». Фрейм это одновременно «матрица возможных событий», в осное которой лежит расстановка ролей взаимодействующих субъектов.

Таким образом в 20 веке ученые разных стран в разное время в разных научных областях развивали если не одинаковый, то схожие научные теории.

3 слайд

2 Структура фрейма

Более подробно о представлении минским что такое фрейм. фреймом Минский называет некую совокупность определенным образом структурированных данных, в которых закодирована стереотипная ситуация. При этом он не различает человеческое мышление и искусственный интеллект, считая, что процесс мышления человека основан на наличии в его памяти большого набора разнообразных фреймов, из которого при необходимости отбирается соответствующий. Анологичным образом строится искусственный интеллект. Границы фреймов, в которых заложена информаия об идеальных данных обстоятельствах и данный период времени. Т.к. варрантов конкретных ситуаций множество, то знания структурируются в разветвленную систему фреймов.

Фреймовая система — это иерархическая структура, узлами, которой являются фреймы с определенной структурой данных.

1Имя фрейма. Это идентификатор, присваиваемый фрейму. Фрейм должен иметь имя, единственное в данной фреймовой системе (уникальное имя). Каждый фрейм состоит из произвольного числа слотов.

2 Имя слота. Это идентификатор, присваиваемый слоту.  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.

3 Указатели наследования. Эти указатели касаются только фреймовых систем иерархического типа

4Указатель типа данных (атрибутов слотов). Указывается, что слот имеет численное значение либо служит указателем другого фрейма (т.е. показывает имя фрейма).

5Значение слота. Здесь вводится значение слота. Значение слота должно совпадать с указанным типом данных этого слота.

6Процедура — демон. Существуют следующие типы процедур - демонов: ЕСЛИ-НЕОБХОДИМО, ЕСЛИ-ИЗМЕНЕНО, ЕСЛИ-ДОБАВЛЕНО, ЕСЛИ-УДАЛЕНО. Демоном указывается процедура, автоматически запускаемая при выполнении некоторого условия, Процедуры - демоны активизируются при каждой попытке добавления или удаления данных из слота. Например, демон ЕСЛИ-НЕОБХОДИМО запускается, если в момент обращения к слоту его значение не было установлено; ЕСЛИ-ДОБАВЛЕНО запускается при подстановке в слот значения; ЕСЛИ-УДАЛЕНО запускается при стирании значения слота.

7Присоединенная процедура (процедура - слуга). В качестве значения слота можно использовать программу процедурного типа, называемую служебной (в языке LISP) и методом (в языке Smalltalk). В данном случае присоединенная процедура запускается по сообщению, переданному из другого фрейма, или при выполнении условий, определенных пользователем при создании фрейма.

3Размер фрейма

Размер фрейма гораздо более  тесно связан с организацией памяти, чем это кажется на первый взгляд. 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.

4 слайд

4 Процедуры - демоны и присоединенные процедуры (методы или служебные)

Для того, чтобы интеллектуальный помощник действовал-обрабатывал и проверял знания, необходимо добавить во фреймы присоединенные процедуры (методы или слуги) и процедуры - демоны. Метод — это процедура, присоединенная к атрибуту фрейма, которая выполняется всякий раз, когда к ней обращаются.

Большинство ЭС, основанных на фреймах, используют два типа методов: когда-изменено и когда-необходимо. Метод когда-изменено выполняется немедленно, когда изменяется значение его атрибута.

Демон, в основном, имеет структуру если-тогда. Эта процедура выполняется всякий раз, когда атрибут в условной части изменяет свое значение.

В этом случае, демоны и методы очень схожи, и эти два термина часто используются как синонимы.

Однако, методы больше подходят, если надо описать сложные процедуры.

ПРИМЕРЫ

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.

Искусственный интеллект (ИИ) – быстро развивающееся направление современной информатики. Основной целью исследований, выполняемых в ИИ, является разработка компьютерных систем, способных выполнять функции, которые свойственны интеллекту человека. Попытки создания таких систем начали предприниматься с конца 40-х годов предыдущего столетия

В 70е годы была создана программаSAM, которая отвечает на вопросы и выдает содержание рассказов.

 

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

 

 

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. Как наиболее доступную иллюстрацию распознаванию, интерпретации и предположению можно рассмотреть две последовательности предложений

 

 

 

 

 

.