Фреймовая система

Совокупность фреймов, моделирующая какую либо предметную область, представляет собой иерархическую структуру, в которой фреймы соединяются с помощью родовидовых связей.

На верхнем уровне иерархии находится фрейм, содержащий наиболее общую информацию, истинную для всех остальных фреймов. Пример фреймовой системы приведен на рис. 4.

человек

IS-A	Млекопитающее
Умеет	мыслить

ребенок

IS-A	Человек
Возраст	0 – 16
Любит	Сладкое

ученик

IS-A	Ребенок
Возраст	6 – 17
Учится	В школе

Рис. 4. Пример фреймовой системы

В одной системе различные фреймы могут иметь общие слоты. Благодаря этому возможно связывание информации полученной с различных точек зрения. Несколько слотов одного фрейма обычно заранее определяются значениями по умолчанию.

Свойства фреймов

Рассмотрим основные свойства фреймов:

1. Иерархическая структура.

Фрейм обычно представляется в виде классификационной иерархической структуры, приведенной на рис. 5.

Р ис 5 Иерархическая структура фрейма

Особенность такой структуры заключается в том, что информация о слотах, которую содержит фрейм верхнего уровня, используется всеми фреймами нижних уровней.

2. Межфреймовые сети.

Осуществление выводов во фреймовой системе возможно благодаря соединению в межфреймовые сети фреймов, описывающих объекты с небольшими различиями, указателями различия (рис. 6).

Р ис 6 Пример межфреймовой сети

3. Значение по умолчанию.

Фреймы обладают способностью наследовать значения слотов своих родителей, находящихся на более высоком уровне иерархии. Наследование свойств может быть частичным, тогда он должен быть указан в своем собственном фрейме. Значения слотов могут передаваться по умолчанию фреймам, находящимся ниже в иерархии.

4. Отношения «абстрактное – конкретное» и «целое - часть».

Отношения «абстрактное – конкретное» характерны тем, что на верхних уровнях иерархии расположены абстрактные объекты, на нижних конкретные. Это отношения называются отношениями типа “IS-A” или “KIND OF”. Они имеют частое практическое применение. Отношение «целое - часть» касается структурированных объектов и показывает, что объект нижнего уровня является частью объекта верхнего уровня. Это отношение применяется в САПР.

Во фреймовых системах используется три способа управления выводом: два с помощью присоединенных процедур – демона и служебной процедуры (или метода) и один – с помощью механизма наследования.

Основными преимуществами фреймов, как модели представления знаний являются:

1. Гибкость, т. е. структурное описание сложных объектов.

2. Наглядность, т. е. данные о родовидовых связях хранятся явно.

3. Значение может быть вычислено с помощью процедур или найдено эвристическими методами.

Примечание

Эвристика (Heuristics) - прием решения задачи, основанный не на строгих математических моделях и алгоритмах, а на соображениях, восходящих к "здравому смыслу". Как правило, эвристика отражает особенности того, как такие задачи решает человек, когда он не пользуется строго формальными приемами. Если эти человеческие способы решения удается запрограммировать, то такие программы называются эвристическими. Эвристики часто используются при программировании игр, имитации творческих процессов и т.п. В экспертных системах при формализации профессиональных знаний человека, касающихся способов решения задач в той или иной проблемной области, широко применяются те эвристики, которыми руководствуются профессионалы-эксперты.

Недостатками фреймовой системы являются:

1. Высокая сложность систем в целом.

2. Трудно внести изменение в иерархию.

3. Затруднена обработка исключений.

Специальные языки представления знаний в сетях фреймов FRL (Frame Representation Language), KRL (Knowledge Representation Language), фреймовая «оболочка» Kappa и другие программные средства позволяют эффективно строить промышленные ЭС. Широко известны такие фрейм - ориентированные экспертные системы, как ANALYST, МОДИС, TRISTAN, ALTERID.