Фреймы для представления знаний - Марвин Минский

Выбор капитолиев соответствует выбору таких стереотипов или типичных элементов, чьи заранее заготовленные значения (задания отсутствия) чрезвычайно полезны. Например, формы стульев могут быть самыми разными, поэтому следует тщательно отбирать те фреймы, которые могут стать главными капитолиями в «мире» стульев. Они будут использоваться для быстрого согласования и установления приоритетности среди самых разных различий. Те черты, который относятся к центральному элементу группы и имеют низший приоритет, либо отражают несущественные и в большинстве случаев отсутствующие свойства для всех типов стульев, либо, если требуется большая точность, служат в качестве указателей на локальные «города» и «деревни» в мире стульев. Указатели различия могут носить функциональный, а не только геометрический характер. Поэтому после первой неудачной попытки отнести заданный предмет необычной формы к классу «стулья», человек может проверить применимость к нему следующего функционального правила: «стул есть нечто такое, на чем можно сидеть». Это потребует проведения более глубокого анализа с привлечением таких понятий, как сила и сопротивляемость действию силы. Конечно, этот анализ не будет охватывать игрушечные стулья и стулья с таким утонченным украшением, что о применении их для сидения не может быть и речи. Их лучше рассматривать с помощью метода «оправданий», при котором причина ищется не в виде геометрических или функциональных объяснений, а на основе контекстов, связанных, например, с миром искусства или играми.

Важно подчеркнуть, что нет оснований ограничивать структуру памяти иерархией одного и того же вида, а понятие «уровень» объединения может не совпадать для разных типов различий, d-капитолии могут существовать не только в виде явных деклараций, но и в неявной форме, определяемой посредством сходящихся d-указателей, которые задают их местонахождение в структурах данных.

В системе GPS (General Problem Solver — универсальная программа для решения задач) А.Ньюэлла и Г.Саймона(1959) «различия» упорядочены в иерархию неизменной структуры. Если же приоритетность различий определять в зависимости от решаемых задач, то можно на базе тех же структур памяти достигнуть значительно большего; получающийся при этом решатель задач потеряет свое изящество и простоту, что явится своеобразной платой за отход от используемой в системе GPS логики предикатов первого порядка.

Следует, наконец, отметить и тот факт, что нет надобности создавать какой-то особый механизм для организации групповых структур. Можно предположить, что в процессе эволюции ранее образовавшиеся фреймы будут стремиться стать капитолиями для своих более поздних собратьев (если, конечно, это не очень противоречит опыту), поскольку всякий раз, когда использование одного стереотипа оказывается успешным, его центральное положение подчеркивается присоединением еще одного указателя. Иначе говоря, выделение новых центров знаний происходит в значительной степени под влиянием внешних факторов: словарного запаса, поведения окружающих нас объектов, знания общечеловеческой культуры, полученного нами в школе и семье. На каждом этапе структура уже приобретенных знаний оказывает решающее влияние на весь последующий ход их расширения и углубления. Описанные выше группы и формы представления знаний должны возникать в результате взаимодействия механизмов памяти с внешним миром.

3.6. Аналогии и альтернативные описания

Мы рассмотрели вопросы применения различных фреймов одной и той же системы для описания одной ситуации с помощью различных средств: для изменения положения при восприятии зрительных изображений и для смещения акцентов при использовании языка. Например, в эпизоде с волком и ягненком два фрейма используются в ситуационной паре типа «до — после». Иногда при поиске решений мы применяем два или большее число описаний, если ищем какие-то аналогии или используем разные виды анализа для оценки одной и той же ситуации. Для решения сложных задач использование одной проблемной области обычно оказывается недостаточным!

Предположим, что в вашем автомобиле стал разряжаться аккумулятор. Вы полагаете, что произошло короткое замыкание или неисправен генератор. Генератор можно представить себе как механическую систему: ротор снабжен ведомым колесом, приводимым в движение ремнем от двигателя. Тут же возникают вопросы: достаточно ли туго натянут ремень и имеется ли этот ремень вообще? С точки зрения механика выходным элементом является кабель, идущий от аккумулятора к каким-то другим устройствам: исправен ли он, хорошо ли затянуты болты, прижимаются ли щетки к коллектору? С точки зрения электрика генератор должен описываться иначе. Ротор рассматривается не как вращающееся устройство, а как катушка, индуцирующая магнитный поток. Щетки и коллектор выполняют роль электрических переключателей. Выходным параметром является электрический ток, протекающий по паре проводов, которые соединяют щетки, схему управления и аккумуляторные батареи.

Таким образом, ситуация описана нами в двух различных системах фреймов. В одной из них якорь является механическим ротором со шкивом, а другой — проводником в постоянно меняющемся магнитном поле. Одни и те же (или аналогичные) элементы совместно используются терминалами разных систем фреймов, и эти системы могут трансформироваться одна в другую.

Различия между двумя этими системами фреймов существенны. В «электрической» системе фреймов шасси автомобиля всегда соединено с одной из клемм аккумулятора. Тот, кто ставит диагноз о неисправности, должен использовать в своих рассуждениях и действиях оба вида представления. Если ток не течет, то часто это является следствием того, что проводник его не проводит. Для этого случая трансформация приводит к фрейму, с помощью которого можно установить, что прочное механическое соединение исключает обрыв в электрической цепи. Поэтому любое нарушение проводимости, выявленное путем электрических измерений, заставит нас искать неисправность в «механической» системе фреймов. В нашем обычном понимании «исправность» чего-либо есть синоним понятия «механическая исправность» и поэтому проводимый диагноз должен заканчиваться именно в «механической» системе. В конечном итоге мы можем обнаружить неисправное механическое соединение, выявить разболтавшееся крепление проводника, коррозию, износ и т. д.

Но почему генератор должен быть представлен двумя отдельными системами фреймов, а не одной объединенной структурой? Я полагаю, что в рамках таких сложных задач человек не может сразу представлять себе очень большое число различных подробностей. В каждый момент времени человек должен мыслить в пределах разумно простой структуры. Я утверждаю, что любая проблема, которую вообще может решить человек, вырабатывается в каждый момент времени в рамках небольшого контекста и что ключевые операции, используемые при поиске решений, связаны с формированием соответствующей рабочей среды.

Действительно, поиск неисправности в предыдущем примере требует одновременной работы сразу с тремя фреймами: визуальным, электрическим и механическим. Если данные электрических измерений указывают на неисправность механического соединения, то визуальный фрейм используется человеком при ее отыскании.

Существуют ли общие методы построения компетентных систем фреймов? На этот вопрос можно ответить и положительно, и отрицательно! В самом деле, нам известны некоторые во многом очень ценные стратегии для приспособления уже существующих фреймов к новым целям; вместе с тем следует подчеркнуть, что люди не обладают каким-то единым и таинственным механизмом, позволяющим решать все сложные проблемы. Мы не должны впадать в крайность и требовать существования таких теорий человеческого поведения, которые объясняли бы невозможные вещи!

Не следует ожидать, что для любой ситуации можно будет отыскать или, в крайнем случае, построить в точности соответствующий ей фрейм. Нам, однако, предстоит много поработать над этим вопросом; важно напомнить здесь и о том вкладе общечеловеческой культуры, который был сделан ею в разработку вопросов оценивания сложности различных проблем. Опытному механику при выполнении своей обычной работы нет нужды что-либо изобретать; у него уже сформировано представление, например, о двигателе как совокупности систем зажигания, смазки, охлаждения, синхронизации, смешивания топлива, трансмиссии, сжатия и т.д. Система охлаждения подразделяется на схему циркуляции жидкости, воздушного потока и др. Большинство из таких «обычных» проблем решается систематическим применением аналогий, которое обеспечивается трансформациями между парами фреймов-структур. Элементы огромной сети знаний, приобретенных в школе, из книг, в процессе профессионального обучения, а также из других источников, накрепко связаны друг с другом указателями различия и релевантности. Нет сомнения в том, что культура оказывает большое влияние на формирование такой сети благодаря обычному использованию одинаковых слов при объяснении различных мнений об одних и тех же предметах или явлениях.