Фреймы для представления знаний - Марвин Минский

Аналогичные проблемы не могут не возникнуть в отношении стиля даваемых ответов. В простейшей форме стремление к заполнению конкретными данными пробелов терминалов может показаться чем-то похожим на удовлетворение человеком голода или ликвидации неудобств, ибо воспринимается как поиск любого задания, не противоречащего наложенным ограничениям.

Заманчиво представить себе множество систем фреймов, которое включает, с одной стороны, простые шаблонно заполняемые структуры, а с другой — конструкции для реализации «точек зрения» А. Ньюэлла со всей их причастностью к согласованной работе генераторов вопросов, с методиками оценок предлагаемых ими решений, способами их исследования и т.д. Мне представляются не совсем правильными попытки использования одних и тех же видов теоретических построений для работы на различных понятийных уровнях. Нам следует предполагать, что существуют весьма различные механизмы, которые оперируют как нашими стереотипами нижнего уровня, так и всеобъемлющими стратегическими концепциями.

Глава третья

Обучение, память и парадигмы[1]

«Природа дает ребенку различные средства для исправления всяческих ошибок, которые он может совершить по отношению к окружающим его предметам. При каждой возможности его взгляды корректируются опытом; неудача и боль являются непременными спутниками ошибочных взглядов, тогда как удовольствие и наслаждение возникают при правильных суждениях. Имея таких учителей, нам ничего другого не остается, как стать хорошо информированными людьми и быстро научиться рассуждать правильно...

В научной практике наблюдается нечто совершенно противоположное: ошибочные суждения, которые мы вырабатываем, не влияют ни на наше существование, ни на наше благополучие, и никакая физическая необходимость не заставляет нас их изменить. Напротив, воображение, которое вечно старается выйти за рамки истины, в сочетании с самовлюбленностью и самонадеянностью, которые мы так склонны лелеять, побуждают нас делать заключения, которые непосредственно из фактов не следуют...»

А.Лавуазье(1952)

Парадигма (от греч. paradeigma — пример, образец) – система форм изменяющегося слова или целой конструкции в предположении. Здесь этот термин используется для обозначения совокупности различных представлений об одних и тех же объектах или процессах.

Как удается обнаружить фрейм для представления новой ситуации? Очевидно, что мы не можем разрабатывать какую-либо законченную теорию вне рамок глобальной схемы для организации знаний вообще. Если же допустить, что мы работаем в относительно узкой области, то у нас появится возможность обсудить некоторые важные вопросы:

ПРЕДВОСХИЩЕНИЕ: как сделать первоначальный выбор такого фрейма, который бы удовлетворял некоторым заданным условиям.

ДЕТАЛИЗАЦИЯ: как выбирать и конкретизировать субфреймы, чтобы иметь возможность представлять дополнительные подробности.

ИЗМЕНЕНИЕ: где и как искать другой фрейм, если предыдущий подходит недостаточно хорошо.

ОБНОВЛЕНИЕ: что делать, если приемлемого фрейма найти не удается. Можно ли модифицировать один из существующих или надо строить совершенно новый?

ОБУЧЕНИЕ: какие фреймы должны запоминаться в долговременной памяти, а какие модифицироваться в процессе накопления опыта?

Широко распространено мнение, что память — это нечто совершенно отличное от остальной части мышления; однако для того, чтобы создать полезную и эффективную модель памяти, требуются те же стратегические принципы, которые используются при анализе других аспектов мышления.

Мы говорим о человеке, что он умен, если он может быстро находить весьма подходящие фреймы. Система извлечения информации у этого человека работает лучше, чем у других при выработке правдоподобных гипотез, при определении условий, которым должен удовлетворять новый фрейм, и в части использования тех знаний, которые были приобретены на «неудачных» ветвях процесса поиска. Организация удачной модели памяти является задачей не менее сложной, чем решение любых других задач того же класса. Поэтому хороший механизм извлечения информации лишь частично может базироваться на основных «врожденных» механизмах. Он в значительной степени должен зависеть от (приобретенных в процессе обучения) данных о структуре своих собственных знаний. Наше предложение по этому вопросу объединяет в себе ряд компонентов, включая методы распознавания образов, теорию групп и сети подобия.

При зрительном восприятии, например, комнаты или процессе понимания рассказа человек собирает сеть, состоящую из фреймов и субфреймов. В этой сети представляется все, что было замечено, или существует в предположении, будь то правильным или ошибочным. Мы уже отмечали, что активный фрейм, т.е. участвующий в процессе «понимания» системой ИИ (в данном случае) внешней для нее ситуации, не может оставаться таковым, если не выполнены условия, определяемые маркерами его терминалов.

Теперь мы вводим постулат о том, что все фреймы, задания которых конкретизированы в некоторой ситуации, обязательно должны выступать в качестве значений для терминалов фреймов более высоких уровней. Это же относится и ко всем существенным фрагментам «данных», собранным при наблюдении и хранимым в памяти системы ИИ.

Конечно, здесь не может не быть исключений! Мы должны предусмотреть возможность существования определенного числа групп данных, связанных с чем-то подобным регистрам «кратковременной памяти». Следует, однако, помнить, что лишь незначительная часть информации может длительно храниться в памяти, если она не связана с соответствующими фреймами. Предложенная схема концептуальна по своей сути, но, тем не менее, в определенных областях следует допустить существование других типов «зацепок» в памяти и специальных сенсорных буферов.

3.1. Требования к памяти

Мы можем представить себе, что память — это система, управляемая двумя дополняющими друг друга потребностями. С одной стороны, это потребность в правильном представлении объектов (сообщений, новых предметов и пр.), которое осуществляется с помощью подключения их к более крупным фреймам; с другой — потребность в конкретизации заданий терминалов. Остальная часть этой системы будет стремиться сбалансировать их требования, но не столько на базе «общих принципов», сколько в соответствии со специальными знаниями и теми условиями, которые определяются текущими целями.

Если применение какого-либо фрейма окажется неудачным (например, нельзя подобрать нужное задание по какому-то важному условию), следует что-то предпринять, но что? На наш взгляд, существуют следующие возможные пути приспособления фреймов.

СОПОСТАВЛЕНИЕ ОБРАЗЦОВ. Когда ничего более конкретного найти не удается, можно воспользоваться одним из основных механизмов — механизмом ассоциативного поиска. Это может принести успех в относительно простых ситуациях, но должно являться лишь вспомогательным средством при использовании других тактик.

ОПРАВДАНИЕ. Довольно часто может быть найдено объяснение или оправдание неудаче при согласовании. Например, маленький по своим размерам стул может относиться к классу предметов «игрушки».

СОВЕТ. Фрейм содержит четкие указания относительно того, что делать при его неудачном согласовании. Ниже мы рассмотрим обширную «сеть подобия», получаемую в результате обучения и хранящую подобные знания.

РЕЗЮМЕ. Если фрейм нельзя приспособить к реальной ситуации или заменить другим, от него следует отказаться. Но прежде надо четко указать причину отказа или составить резюме так, чтобы в будущем помочь любому процессу в решении задач, связанных с аналогичной переориентацией субфреймов.

На мой взгляд, все эти четыре варианта жизненно необходимы, поэтому дальше я рассматриваю их более подробно.

3.2. Сопоставление образцов

При замене одного фрейма другим не имеет смысла начинать весь процесс согласования заново. Но каким образом можно сохранить то, что было уже ранее установлено? Будем рассматривать лишь тот случай, когда при отсутствии специальных знаний система обращается за помощью к некоторой «общей» стратегии. Ни на один из универсальных методов мы не можем в данном случае возлагать очень больших надежд, но если удастся подыскать такой фрейм, который использует достаточное число общих со старым фреймом терминалов, то некоторые из общих заданий можно будет сохранить и это, видимо, будет лучшим выходом из положения.

Данная проблема может быть сформулирована следующим образом: допустим, что Е есть штраф за потерю одного полностью согласованного терминала, а F — потери от того, что какой-то другой терминал не может конкретизировать свои задания. Тогда, если Е больше F, то любой новый фрейм должен сохранять старый субфрейм. При наличии какой-либо приоритетности среди терминалов типичный запрос на вызов нового фрейма должен включать: