НОВОСТИ   БИБЛИОТЕКА   ЮМОР   КАРТА САЙТА   ССЫЛКИ   О САЙТЕ  




предыдущая главасодержаниеследующая глава

Сети и фреймы

Поскольку большинство ученых так или иначе предпочитает работать на высшем уровне абстрагирования, то многие занимались поиском хорошего универсального представления, пригодного для широкого диапазона проблем. К сожалению, создать такое описание настолько же трудно, насколько это привлекательно, и большинство усилий привели пока лишь к весьма ограниченным результатам.

Теория фреймов М. Минского - теория богатых символьных структур

Ситуация была бы гораздо более мрачной, если бы не поток ярких идей, многообещающих, хотя и не вполне созревших. Вот содержание одной из них, которая является предметом данной главы, так называемая теория фреймов Минского, в том виде, как ее разъяснял автор в 1974 году:

Когда человек сталкивается с новой ситуацией (или существенно меняет точку зрения на прежнюю задачу), он извлекает из памяти определенную структуру, называемую фреймом. Эту хранящуюся в памяти систему следует при необходимости привести в соответствие с реальностью путем изменения ее деталей.

Фрейм - это структура данных, предназначенная для представления стереотипной ситуации, например пребывания в какой-то обыкновенной комнате или размышлений, связанных с предстоящим празднованием дня рождения приятеля. С каждым фреймом ассоциировано несколько видов информации. Это, например, информация о том, как пользоваться данным фреймом, чего ожидать в следующий момент, что сделать, если эти ожидания не подтвердятся.

Фрейм можно представлять себе в виде сети из узлов и отношений. "Верхние уровни" фрейма фиксированы и содержат факты, всегда истинные в предполагаемой ситуации. Нижние уровни содержат много терминалов, т. е. "ячеек", которые надо заполнить конкретными случаями, или данными. В каждом терминале могут перечисляться условия, которым такие присваивания значений обязаны удовлетворять. (Обычно сами эти присваивания являются меньшими "подфреймами".) Простые условия задаются маркерами, которые могут показывать, что значением для данного терминала может быть какой-то человек, или подходящий по смыслу объект, или указатель на подфрейм определенного типа. Более сложные условия могут касаться отношений между значениями, выбираемыми для нескольких терминалов.

Группы родственных фреймов объединяются в систему фреймов. Результаты существенных действий находят свое отражение в форме определенных преобразований между фреймами системы. Их применяют, чтобы провести вычисления наиболее экономным способом, перенести акценты и центры внимания, обеспечить эффективность "воображения".

При анализе зрительных сцен различные фреймы в системе соответствуют различным точкам зрения на нее, а переходы от одного фрейма к другому отражают эффект перемещения наблюдателя из одного места в другое. Для фреймов, не связанных со зрительным аспектом восприятия, различия между отдельными фреймами системы могут представлять предпринимаемые действия, отношения причины и следствия, изменения точек зрения в широком смысле. Важно, что различные фреймы одной и той же системы используют общее множество терминалов. Благодаря этому становится возможным координировать информацию, полученную с различных точек зрения.

Феноменологическая сила нашей теории во многом определяется включением в нее ожиданий и других типов предположений. Терминалы фрейма обычно уже заполнены значениями, принятыми "по умолчанию". Так, фрейм может содержать целый ряд деталей, которые в данной ситуации могут отсутствовать. Эти детали используют для представления достаточно общей информации, наиболее правдоподобных случаев, способов "обхода" в логических рассуждениях и выполнения целесообразных сообщений.

Заготовленные значения "по умолчанию" непрочно связаны со своими терминалами, так что их легко можно заменить на новые, лучше соответствующие ситуации. Их можно использовать, таким образом, как "переменные", или как частные случаи при "рассуждении на примерах", или как "примеры из учебника"; в результате часто отпадает необходимость в кванторах.

Эти системы фреймов в свою очередь связаны информационно-поисковой сетью. В тех случаях, когда предложенный фрейм не удается привести в соответствие с имеющейся ситуацией, т. е. когда для его терминалов не удается найти значений, удовлетворяющих условиям маркеров терминалов, эта сеть поставляет другой, заменяющий его фрейм. Такие межфреймовые структуры открывают новые возможности для представления знания о фактах, аналогиях и другой полезной для понимания ситуации информации.

Все это выглядит необычайно привлекательно, но потребуется большая работа и широкая экспериментальная проверка, прежде чем эту теорию можно считать состоявшейся. В конце концов, она не сводится к какому-то одному понятию, которое было бы легко рассматривать. Это абстрактная теория описаний сети, терминалов, предварительных критериев, преобразований, заранее заготовленных значений, ожиданий и поиска информации - короче, теория фреймов - это снаряжение, но еще не оружие. Вводя читателя в этот мир, мы вначале обсудим обозначения, а затем, следуя Минскому, рассмотрим приложения, связанные со зрительным восприятием, и убедимся в широких возможностях теории, бросив ретроспективный взгляд на различные теории понимания языка.

Иногда представления на семантических сетях сводятся к фреймоподобным массивам ячеек

Фрейм, несомненно, должен содержать представления фактов, но что есть факт? Договоримся, по крайней мере на время, что факт - это отношение вместе с несколькими объектами, которые этим отношением связываются осмысленным образом. Так, фактами являются:


Эти простые факты построены на основе таких понятий, как люди, предметы, свойства и явления, связанных воедино отношениями с обычными названиями, такими, как ЛЮБИТ, или производными, типа ИМЕЕТ-ЦВЕТ и ИМЕЕТ-ТЕМПЕРАТУРУ. Эти синтетические отношения с использованием дефиса употребляются в тех случаях, когда английский язык требует употребления вместо одиночного слова комбинаций слов, дающих описание. Другое отступление от обычного английского языка вытекает из необходимости четкого указания вещей, содержащихся в том или ином факте. Если в контексте вопрос о том, какой мяч является красным, остается открытым, то говорящий может уточнить это, сказав: "Красной является пирамида на блоке". Внутри вычислительной машины эта пирамида является вполне конкретной, и, как таковгя, она будет иметь специальное имя, возможно носящее мнемонический характер для удобства программиста, например ПИРАМИДА23.

Конечно, вполне допустимы высказывания, что некоторый факт верен, несуразен или удивителен. Конкретный факт с внутренним именем ФАКТ258 может появиться в других фактах, каждый из которых может иметь свое собственное имя:


В конечном итоге следует разобраться в том, как такие факты можно представить с использованием структур данных, свойственных машинным языкам, которые оперируют символами. В этом контексте появляются такие термины, как значение переменной, список свойств, s-выражение и ассоциативная база данных, которые нуждаются в пояснении. Однако с этим придется подождать до момента, когда будет усвоено элементарное программирование, а в настоящее время мы по необходимости будем работать, отправляясь от понятия факта и двигаясь вверх, в сторону абстракции, а не вглубь, т. е. в сторону выбора варианта реализации.

Вначале будет полезно воспользоваться графическими представлениями фактов. Такие представления для человека удобнее, благодаря возможностям зрительного группирования. Одно из представлений у нас уже широко применялось раньше, когда мы обсуждали вопросы обучения. Рис. 7.1 поможет нам вспомнить, как множество фактов относительно арки переводится в простой граф, показывающий объекты и отношения между ними. Заметьте, что мнемонические имена для структурных частей, таких, как ОПОРА и ПЕРЕКЛАДИНА, предназначены для человека-эти имена предполагают наличие фактов, которые нормально должны быть заданы вычислительной машине в явной форме посредством большего числа отношений.


Рис. 7.1. Простые сети дают более прозрачные представления для несложных понятий, чем списки фактов
Рис. 7.1. Простые сети дают более прозрачные представления для несложных понятий, чем списки фактов

Хотя обозначения, использующие узел и указатель, могут вполне годиться для простых описаний, они могут оказаться совершенно непригодными для представления содержания сложного фрейма. Здесь может оказаться полезным переход от узлов и указателей к ячейкам и именам ячеек, в особенности в тех случаях, когда многое может быть сказано о содержимом узла. На рис. 7.2 показано, как сеть, описывающая понятие арки, переходит в ярко выраженное множество ячеек. В какой-то мере зрительная организация сети выделяет отношения, тогда как организация ячеек акцентирует внимание на объектах. Что целесообразнее, зависит от контекста, который может быть использован для организации переключения с одного на другое.

Рис. 7.2. По мере того как понятия усложняются, представления в виде сетей уступают место представлениям в виде фреймов. У фреймов для основных понятий имеются ячейки, отведенные под различные факты, представляющие общий интерес
Рис. 7.2. По мере того как понятия усложняются, представления в виде сетей уступают место представлениям в виде фреймов. У фреймов для основных понятий имеются ячейки, отведенные под различные факты, представляющие общий интерес

Фреймы для арки и для комнаты иллюстрируют некоторые ключевые понятия теории фреймов

Обратите внимание, что простых примеров, типа описания арки, уже достаточно, чтобы продемонстрировать многие основные понятия, относящиеся к системе фреймов. Например, фрейм арки имеет ячейки и терминалы. Поскольку некоторые терминалы представляют объекты, которые в то же время могут служить частями других конструкций, то становится очевидной возможность совместного использования терминалов. Детская постройка "акведук" на рис. 7.3 может рассматриваться как последовательность арок, имеющих общие опоры. Обратите внимание на общие терминалы во фреймах арок.

Ячейки могут оказаться и просто пустотами, которые могут иметь, а могут и не иметь содержания. С другой стороны, ячейки могут иметь более сложную структуру, как показано на рис. 7.4. На нем изображена ячейка РАЗМЕР, в которой содержится начальное значение СРЕДНИЙ. Имеется также ячейка, которая указывает на некоторый ограничивающий критерий.

Рис. 7.3. Фреймы могут иметь общие значения для терминалов. В данном случае значения терминалов арок в акведуке являются общими в той же степени, в которой общими являются опоры для арок
Рис. 7.3. Фреймы могут иметь общие значения для терминалов. В данном случае значения терминалов арок в акведуке являются общими в той же степени, в которой общими являются опоры для арок

Рис. 7.4. С отдельными ячейками может быть связан большой объем информации. Здесь в ячейке, отведенной для перекладины арки, указано, что она должна быть правильным параллелепипедом, а размер указан как средний, если только более подробная информация не заставит изменить это исходное значение, принятое 'по умолчанию'
Рис. 7.4. С отдельными ячейками может быть связан большой объем информации. Здесь в ячейке, отведенной для перекладины арки, указано, что она должна быть правильным параллелепипедом, а размер указан как средний, если только более подробная информация не заставит изменить это исходное значение, принятое 'по умолчанию'

Необходимость в иерархиях становится более явной, если описание комнаты задать во фреймоподобном представлении, как изображено на рис. 7.5. Терминалами фрейма комнаты являются фреймы стен и пола, которые сами по себе подразбиваются на терминалы, представляющие отдельные части комнаты. Каждый из этих фреймов может содержать большое число ячеек, в которых заключена разнообразная информация, простирающаяся от предыстории до определения цели.

Сети информационного поиска облегчают идентификацию

Минский описывает несколько подходов к проблеме выдвижения гипотез относительно новых фреймов, когда к текущему фрейму теряется доверие. Один из них связан с иерархическим поиском по линии ИМЕЕТ-ТИП таких связанных фреймов, которые лучше соответствуют ситуации. Другой метод построения новых гипотез опирается на анализ различий при просматривании некоторой сети подобия, в которых группирование осуществляется на основе главных различий, а не на основе главного сходства.

Рис. 7.5. Для описания комнаты необходимо привлекать много фреймов на многих уровнях. Каждый из фреймов может содержать большое число деталей
Рис. 7.5. Для описания комнаты необходимо привлекать много фреймов на многих уровнях. Каждый из фреймов может содержать большое число деталей

По-видимому, не следует себе представлять ни сети подобия, ни сети отношений ИМЕЕТ-ТИП в виде гигантских однородных структур, наподобие рыбацких сетей. Напротив, они должны представлять весьма дифференцированные структуры, отображающие организованное разбиение на группы. Минский обращается к аналогии с путями на карте автодорог, на которой малые местные дороги обеспечивают подъезд ко всем деревушкам, в то время как большие, не столь густо расположенные артерии связывают эти местные дороги с немногочисленными скоростными магистралями.

Развивая эту аналогию, можно себе представить, что различные города по сторонам супермагистралей должны бы быть центрами, через которые идет весь поток автомобилей, поскольку данное местоположение будет характеризоваться свойствами, присущими крупным городам. Переходя от географии, скажем, к обстановке в комнате, можно увидеть, что подобные "местоположения" в новом пространстве будут иметь имена такие, как стулья, столы и лампы. Каждое из них представляет собой широкое понятие, и поэтому они потребуют таких же, как в случае городов, множественных точек для ссылок. Для стульев это будут какие-то конкретные стулья-прототипы, кресла, кресла с наклонной спинкой и рабочие кресла, каждое из которых быть может связано с некоторым обобщенным понятием плоской горизонтальной поверхности определенного размера, расположенной на определенной высоте, т. е. "столицей" всех стульев.

Столицей для столов будет аналогичное понятие, но с отличными ожидаемыми размерами и высотами. Пользуясь аналогией с дорожной картой, не будет прямого маршрута между такими вещами, как стул и подставка. Их физическое подобие выявится путем перехода по некоторой цепи подобия в сети различий, проходящей через "столицы" стульев и столов.

Во всех случаях те различные гипотезы, которые могут быть выдвинуты, когда возникает необходимость сменить фрейм, следует взвешивать в соответствии со стоимостью их принятия. Если предположить наличие некоторой возможности для сохранения уже накопленного знания посредством передачи от фрейма к фрейму инвариантных терминалов, те терминалы должны ставиться выше, которые в большей степени поддаются такой передаче.

В сетях переходов для заполнения ячеек в простых фреймах используются фрагменты предложений

До сих пор приводились примеры, которые иллюстрируют понятия, присущие фреймам, но вряд ли демонстрируют их насущную необходимость. По-видимому, область восприятия естественного языка является более подходящей для правильной оценки их роли, поскольку здесь уже имеются развитые теории, которые выглядят подобно системам фреймов: на уровне групп слов мы располагаем расширенными сетями переходов, а на уровне предложений - падежной грамматикой.

Мы наблюдали, как расширенные сети переходов отыскивают групповые признаки, анализируя постепенно, слово за словом, группу существительного. В случае групп существительного легко видеть, что значения признаков можно представлять себе в виде содержимого некоторых специально приготовленных ячеек. На рис. 7.6 эта ситуация показана для случая обобщенного фрейма группы существительного.

Рис. 7.6. Расширенную сеть переходов для группы существительного можно представлять себе как программу заполнения ячеек, связанных с фреймом группы
Рис. 7.6. Расширенную сеть переходов для группы существительного можно представлять себе как программу заполнения ячеек, связанных с фреймом группы

РСП представляет собой пример программы, находящейся во фрейме, задачей которой является заполнение ячеек. РСП должна, в частности, заполнить такие ячейки, как ячейку определителя и ячейку числа. (В других фреймах процедура заполнения ячеек моглабы быть привязана к отдельным терминалам, а не к фрейму в целом.)

Рис. 7.7. Представление структуры предложения с использованием падежной грамматики весьма напоминает фреймовые представления
Рис. 7.7. Представление структуры предложения с использованием падежной грамматики весьма напоминает фреймовые представления

Вспомним, кстати, что фреймы групп существительного ориентированы на объекты. Многие из фреймов предложений ориентированы на действия, которые связывают вместе объекты и изменение состояния.

Теория падежных грамматик является фреймоподобной теорией предложений

Мы уже видели, что анализ предложения на основе падежной грамматики дает представление предложения в виде глагола и ассоциированных объектов. Нам осталось лишь обратить внимание на свойства падежных ячеек, чтобы убедиться, что падежное представление достаточно хорошо укладывается в описание с помощью фреймов. Для общих глаголов имеется совершенно "прозрачный" фрейм, показанный на рис. 7.7. У более специфических глаголов некоторые ячейки заполнены сильно ограничивающими, заранее заготовленными (по умолчанию) значениями, поскольку само по себе основное значение глагола содержит предположения относительно падежа - это иногда называют телескопированием или включением.

Телескопированием объясняется наличие удивительно большого числа отчетливо различимых глаголов. Огден, отстаивавший идею использования основного подмножества английского (бейсик-инглиш) как универсального языка для всех народов в 30-х годах, среди прочих приводил и такой довод, что люди смогут обходиться словарем, содержащим только около 1000 слов, существенно опираясь на глаголы come, get, give, go, keep, let, make, put, take, have, say, see, send*. Очевидно, что многие глаголы используются как сокращенная запись явлений, которые точно так же можно было бы выразить в виде комбинации основных действий с ограничениями, накладываемыми свойствами участвующих ячеек. Например, глагол есть подразумевает ячейку БУДУЩЕЕ-ОКРУЖЕНИЕ, заполненную чем-то вроде ТЕЛО-ЕДЯЩЕГО. На самом деле значение этой ячейки всегда присутствует по умолчанию, и любая попытка заменить это значение на явное встречает трудности. Никто, например, не скажет: "Я ем сандвич в мое тело".

* (Эти основные глаголы могут иметь множество различных значений в зависимости от предлогов, с которыми они употребляются.- Прим. перев)

предыдущая главасодержаниеследующая глава








© Злыгостев А.С., 2001-2019
При использовании материалов сайта активная ссылка обязательна:
http://informaticslib.ru/ 'Библиотека по информатике'
Рейтинг@Mail.ru
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной
1500+ квалифицированных специалистов готовы вам помочь