Фреймы для представления знаний - Марвин Минский

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:

1. Поиск фрейма с возможно большим числом терминалов, общих с конкретизированными терминалами (a, b,… z) старого фрейма и расположенных в порядке убывания их приоритетности.

Следует помнить, что заменяемый фрейм является обычно субфреймом некоторого более крупного фрейма и поэтому должен удовлетворять маркерам того терминала, к которому он подключен. Это предопределяет наличие другой формы обращения к памяти, направленной в ее иерархии скорее вверх, нежели вниз.

2. Поиск или создание нового фрейма, обладающего свойствами (a, b,…, z).

В том случае, когда мы в большей степени подчеркиваем различия, а не их общие характеристики, можно объединить оба правила в одно:

3. Поиск нового фрейма, во всем подобного старому фрейму, за исключением различий (a, b, …, z) между ними.

Реализация правил 1 и 2 может быть выполнена с помощью процесса поиска в памяти с параллельной выборкой или хаш-кодированием (метод функции расстановки), если терминалы или свойства (a, b , ..., z) — простые атомарные понятия. (В любом случае должен существовать какой-то механизм для поддержания работы генерирующих программ или для одного из видов сопоставления образцов). К сожалению, для осуществления всего этого имеется так много различных способов, что нельзя указать на какие-нибудь характерные для данных целей требования к конструктивным особенностям этих механизмов.

Хотя правила 1 и 2 формально являются частными случаями правила 3, на практике они различны, поскольку для работы со сложным правилом 3 требуются знания о том, каковы же эти различия (a, b, ..., z). Действительно, последнее правило слишком сложно, чтобы его можно было использовать по той схеме, как это предполагалось выше: я приведу доводы в пользу того, что следует в большей степени полагаться на особые, выявленные в процессе обучения различия между парами фреймов, чем на общие принципы.

Нужно еще раз подчеркнуть, что оснований считать реальной возможность быстрого достижения успеха практически нет. Для решения новых и трудных задач необходимо построить новую структуру представления, а это потребует применения как общих, так и специальных знаний. Работа П.Фримэна и А.Ньюэлла(1971), в которой рассматривается проблема конструирования структур, дополняет данную работу в одном важном направлении. В ней рассматривается вопрос о том, каким образом следует создавать структуры, удовлетворяющие наборам функциональных требований, т. е. условиям, связанным с достижением целей, в дополнение к тем требованиям, которые определяются необходимостью использования определенных субфреймов и символов.

3.3. Оправдание

Можно допустить, что фрейм представляет собой «идеальный» образ реального предмета или явления. В том случае, когда какой-то фрейм не может быть согласован с действительностью (по своей природе все идеальное — ошибочно), он должен быть заменен другим фреймом. Особенность «идеальных» образов заключается в том, что они являются превосходными упрощениями действительности; они привлекательны своей простотой, но реальные возможности и преимущества таких структур зависят от дополнительных знаний об их взаимодействии между собой. Следовательно, у нас нет особых причин отказываться от такого «идеального» образа только потому, что не удалась попытка заполнения конкретными данными всех его пробелов, правда, если при этом подобные расхождения можно объяснить, прибегнув к помощи межфреймовского взаимодействия. Ниже приводятся примеры, в которых «оправдание» такого рода может помочь при неудаче процесса согласования.

ЗАСЛОНЕНИЕ. Мы знаем, что у стола четыре ножки. Однако стоящий рядом стул может заслонять одну из них; чтобы убедиться в правильности такого «оправдания», можно попытаться найти Т-образные соединения элементов конструкций или проанализировать тени от этих предметов.

ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ. Геометрически ножка стула представляет собой обыкновенный брусок, но что более важно, в функциональном отношении она представляет собой опору. Поэтому в качестве приемлемой замены для всех ножек можно предложить конструкцию, состоящую из центрального стержня и прикрепленной к нему сверху пластины. Многие предметы могут использоваться для самых различных целей, поэтому в их описании должен преобладать функциональный, а не физический подход.

ПОЛОМКА. Отсутствие необходимых деталей можно объяснить либо тем, что их просто нет, либо тем, что они поломаны. В реальной жизни существует огромное число причин — ниспровергателей наших идеальных представлений.

ПАРАЗИТНЫЕ КОНТЕКСТЫ. Предмет, отличающийся от стула только лишь размерами, может быть (и, видимо, является) игрушечным стулом. Сетование на то, что кто-то или что-то является «слишком маленьким», может быть неправильно интерпретировано с помощью контекстов, содержащих другие предметы из мира детей и их игр.

В большинстве этих примеров для исправления заданий и сохранения текущего фрейма используются знания достаточно общего типа; они могут быть присоединены к фреймам более высоких уровней. В дальнейшем упор будет сделан на более локальные типы знаний, которые естественно разместить в самом фрейме в целях выработки рекомендаций относительно его собственной замены.

3.4. Суждения и сети подобия

«Подтверждение правильности утверждения Наполеона (если оно вообще принадлежит ему) о том, что люди, пытающиеся представить себе любое событие во всех его будущих подробностях, не имеют данных для того, чтобы стать командирами, следует искать именно в первой части этого высказывания. Командир, ожидающий, что ход сражения будет протекать точно так же, как и раньше, через две минуты после его начала обнаружит нечто совсем иное. Его ожидания не оправдаются, а в запасе будет в лучшем случае еще одна схема, да и та не сможет быть ему полезной длительное время. Не менее правдивым может оказаться и такой вариант, когда после первой неудачи этот горе-командир вспомнит сразу так много различных примеров, что не будет знать, как поступить в данном конкретном случае. Слишком конкретизированный опыт прошлого создает такие же затруднения, как и его полное отсутствие. Для правильного удовлетворения требований постоянно меняющейся обстановки мы должны не только уметь выделять те объекты и явления, которые имеют отношение к переменам, но и знать, какие их части (свойства) могут развиваться и изменяться, не нарушая при этом общего смысла и функциональной значимости».

Ф.Бартлетт(1932)

При перемещении по знакомой квартире нам известна структура поиска информации, основанная на фрейме комната. Когда мы проходим через дверь D комнаты X, то ожидаем, что очутимся в комнате Y (конечно, если D не является наружной дверью). Этот факт может быть представлен с помощью трансформации простейшего типа, состоящей из указателей между двумя фреймами комнат в рамках системы фреймов типа дом.

Если дом, где происходит действие, ранее не был знаком, то в своих рассуждениях логично переместиться вверх на один классификационный уровень и использовать следующее правило: когда вы выходите из одной комнаты, обычно следует предполагать лишь то, что вы очутитесь в какой-то другой комнате и не более. Недостаточность конкретной информации может быть преодолена использованием обобщений типа классов ситуаций; если же вернуться к незадачливому командиру Ф.Бартлетта, то описанная у него дилемма разрешается применением некоторой формы абстракции или обобщения.

В некотором смысле использование обобщений (классов) является неизбежным: если конкретная информация отсутствует, человек обращается к классам как к теории «первого порядка», лежащей в основе любых сложных моделей. К счастью, нет необходимости использовать классы явным образом, что могло бы повлечь за собой определённые неприятности. Если рассматривать класс в буквальном или строго математическом смысле, то это вовлекает нас в проблему иерархии, основанную на включении в нее различных понятий; порядок в такой системе будет неудовлетворительным из-за различным образом связанных между собой концепций, находящихся в разных контекстах. Этот вывод справедлив также для процедур и фреймов. Нам следует стремиться к тому, чтобы не оказаться связанными с подобными негибкими классификаторами знаний.