Системы представления знаний

Традиционно, системы представления знаний (СПЗ) для ИС используют следующие основные виды моделей: фреймы, исчисления предикатов, системы продукций, семантические сети, нечеткие множества. Рассмотрим эти модели подробно.

Фреймы предложены в 1975 году Марвином Минским [ 2.1 ] . Фрейм (рамка в переводе с англ.) - это единица представления знаний, запомненная в прошлом, детали которой могут быть изменены согласно текущей ситуации. Фрейм представляет собой структуру данных, с помощью которых можно, например, описать обстановку в комнате или место встречи для проведения совещания. М.Минский предлагал эту модель для описания пространственных сцен. Однако с помощью фреймов можно описать ситуацию, сценарий, роль, структуру и т.д.

Фрейм отражает основные свойства объекта или явления. Структура фрейма записывается в виде списка свойств, называемых во фрейме слотами. Рассмотрим запись фрейма на языке FRL (Frame Representation Language) [ 2.2 ] - языке, похожем на LISP, но только внешне из-за наличия скобок.

Например, фрейм СТОЛ может быть записан в виде 3 слотов: слот НАЗНАЧЕНИЕ ( purpose ), слот ТИП ( type ) и слот ЦВЕТ ( colour ) следующим образом:

(frame СТОЛ
     (purpose (value(размещение предметов для
       деятельности рук)))
     (type (value(письменный)))
     (colour (value (коричневый))))

Во фрейме СТОЛ представлены только ДЕКЛАРАТИВНЫЕ средства для описания объекта, и такой фрейм носит название фрейм -образец. Однако существуют также фреймы -экземпляры, которые создаются для отображения фактических ситуаций на основе поступающих данных и ПРОЦЕДУРАЛЬНЫХ средств (демонов), например, следующих:

IF-DEFAULT - по умолчанию

IF-NEEDED - если необходимо

IF-ADDED - если добавлено

IF-REMOVED - если удалено

Слот IS-A или AKO (A Kind Of) определяет иерархию фреймов в сети фреймов. Такая связь обеспечивает наследование свойств. Слот isa указывает на фрейм более высокого уровня, откуда неявно наследуются свойства аналогичных слотов.

Рассмотрим фрагмент описания из "мира блоков" ( рис. 2.1) в виде фреймов.

Рис. 2.1. "Мир блоков"

(frame (name (Cube))
    (isa (Block World))
    (length (NULL))
    (width (IF-DEFAULT (use length)))    
    (height (IF-DEFAULT (use length))))    
 (frame (name (B1))      
   (isa (Cube))    
   (color (red))    
   (length (80)))    
 (frame (name (B2))       
   (isa (Cube))    
   (color (green))    
   (length (65))    
   (who_put (value (NULL))    
      (IF_NEEDED (askuser))))

Слот isa указывает на то, что объекты B1 и B2 являются подтипом объекта Cube и наследуют его свойства, а именно, length = width = height. Демон IF_NEEDED запускается автоматически, если понадобится узнать, кто поставил B2 на стол. Полученный ответ ( Робби ) будет подставлен в значение слота who_put. Аналогично работают демоны IF-ADDED и IF-REMOVED.

Допустим, однорукому роботу Робби дается приказ "Возьми желтый предмет, который поддерживает пирамиду". На языке представления знаний (ЯПЗ) вопрос записывается так:

(object ? X       
    (color (yellow))   
    (hold ? Y    
       (type (pyramid))))

Программа сопоставления с образцом находит в базе знаний описание объектов:

(frame (name (B3))    
    (type (block))
    (color (yellow))
    (size (20 20 20))
    (coordinate (20 50 0))
    (hold (P2)))

и

(frame (name (P2))    
   (type (pyramid))
   ...)

Ответ получен X = B3, Y = P2 и Робби выдается команда take(object=B3).

Таков общий механизм представления знаний в виде фреймов. Реализация этого механизма потребует решения других, более сложных проблем, например, автоматического ввода знаний для трехмерных объектов, работы с трехмерными быстродвижущимися объектами (своеобразный тест на реакцию) и т.д. Эти проблемы ждут своего эффективного решения.