Теорія фреймів

Теорія фреймів та розробка експертної системи

Теорія фреймів

Теорія фреймів - це парадигма для подання знань з метою використання цих знань комп'ютером. Вперше була представлена Мінським, як спроба побудувати фреймової мережу, або парадигму з метою досягнення більшого ефекту розуміння. З одного боку Мінський намагався сконструювати базу даних, яка містить енциклопедичні знання, але з іншого боку, він хотів створити найбільш описує базу, що містить інформацію в структурованої й упорядкованої формі. Ця структура дозволила б комп'ютера вводити інформацію в більш гнучкою формою, маючи доступ до того розділу, який потрібно в даний момент. Мінський розробив таку схему, в якій інформація міститься в спеціальних комірках, званих фреймами, об'єднаними в мережу, яка називається системою фреймів. Новий фрейм активізується з настанням нової ситуації. Характерною його рисою є те, що він одночасно містить великий обсяг знань і в той же час є достатньо гнучким для того, щоб бути використаним як окремий елемент БД.

Отже, як було сказано вище фрейми - це фрагменти знання, призначені для надання стандартних ситуацій. Термін "фрейм" (Frame - рамка) був запропонований Мінським. Фрейми мають вигляд структурованих компонентів ситуацій, які називаються слотами. Слот може вказувати на інший фрейм, встановлюючи, таким чином, зв'язок між двома фреймами. Можуть встановлюватися загальні зв'язку типу зв'язку зі спілкування. З кожним фреймом асоціюється різноманітна інформація (у тому числі й процедури), наприклад очікувані процедури ситуації, способи одержання інформації про слоти, значення приймаються за замовчуванням, правила виводу.

Формальна структура фрейму має вигляд:

f [,, ...,],

де f - ім'я фрейму; пара - i-ий слот, Ni - ім'я слота і Vi - його значення.

Значення слота може бути представлене послідовністю

;...;;; ...;,

де Ki - імена атрибутів, характерних для даного слота; Li - значення цих атрибутів, характерних для даного слота; Rj - різні посилання на інші слоти.

Кожен фрейм, як структура зберігає знання про предметну область (фрейм-прототип), а при заповненні слотів знаннями перетворюється на конкретний фрейм події чи явища.

Фрейми можна розділити на дві групи: фрейми-опису; рольові фрейми.

Розглянемо приклад.

Фрейм опис: [,,,].

Рольовий фрейм: [,,,,,].

У фреймі-описі як імена слотів заданий вид програмного забезпечення, а значення слота характеризує масу і виробника конкретного виду продукції. У рольовому фреймі як імена слотів виступають питальні слова, відповіді на які є значеннями слотів. Для даного прикладу представлені вже опису конкретних фреймів, які можуть називатися або фреймами - прикладами, або фреймами - екземплярами. Якщо в наведеному прикладі прибрати значення слотів, залишивши лише імена, то одержимо так званий фрейм - прототип.

Гідність фрейму - уявлення багато в чому грунтуються на включенні в нього припущень та сподівань. Це досягається за рахунок присвоєння за замовчуванням слотів фрейму стандартних ситуацій. У процесі пошуку рішень ці значення можуть бути замінені більш достовірними. Деякі змінні виділені таким чином, що про їх значеннях система повинна запитати користувача. Частина змінних визначається за допомогою вбудованих процедур, які називаються внутрішніми. У міру присвоєння змінним певних значень здійснюється виклик інших процедур. Цей тип подання комбінує декларативні і процедурні знання.

Фреймовий моделі забезпечують вимоги структурованості і пов'язаності. Це досягається за рахунок властивостей успадкування і вкладеності, якими володіють фрейми, тобто в якості слотів може виступати система імен слотів більш низького рівня, а також слоти можуть бути використані як дзвінки будь-яких процедур для виконання.

Для багатьох предметних областей фреймових моделі є основним способом формалізації знань.

2. Приклад розробки експертної системи.

Розглянемо на конкретному прикладі організації взаємодії користувача з експертною системою. Предметна область цієї експертної системи - продажу бухгалтерських і правових систем (режим діалогу з користувачем для правильного вибору програмного забезпечення). Припустимо, що фрагмент бази знань містить наступний набір правил:

ЯКЩО клас - бухгалтерські програми

І форма конфігурування системи має бути жорсткою (користувач не буде мати можливості сам конфігурувати будь-які вхідні або вихідні документи)

ТО найкраще для вас підходить бухгалтерська програма 1С версія 6.0.

ЯКЩО клас - бухгалтерські програми

І форма конфігурування системи повинна бути лояльною (тобто користувач може сам конфігурувати будь-які вхідні або вихідні документи)

І програма розроблена під оболонку DOS.

ТО найкраще для вас підходить система бухгалтерських програм "Бест".

ЯКЩО клас - бухгалтерські програми

І програма розроблена під оболонку Windows95.

І програма однорівнева.

ТО найкраще вам підходить бухгалтерська програма "Інфо Бухгалтер".

ЯКЩО клас - бухгалтерські програми

І форма конфігурування системи повинна бути лояльною (тобто користувач може сам конфігурувати будь-які вхідні або вихідні документи).

І програма розроблена під оболонку Windows95.

І програма не однорівнева.

ТО найкраще для вас підходить система бухгалтерських програм "Турбо Бухгалтер".

ЯКЩО тип - правові системи.

І поповнення інформаційної бази відбувається щотижня (мінімум), за допомогою кур'єра.

ТО найкраще вам підходить правова програма "Гарант".

ЯКЩО тип - правові системи

І поповнення інформаційної бази відбувається щомісячно (мінімум), через купівлю нового CD-ROM.

ТО найкраще вам підходить правова програма "Кодекс".

ЯКЩО тип - правові системи.

І поповнення інформаційної бази відбувається щомісячно (мінімум), через купівлю нового CD-ROM або щотижня (мінімум), за допомогою кур'єра.

ТО найкраще вам підходить правова програма "Еталон".

ЯКЩО тип - складські програми.

ТО найкраще вам підходить правова складська програма "Фоліо".

ЯКЩО тип - складські програми.

ТО найкраще вам підходить правова програма склад "1С версія 7.5".

Припустимо, що перед користувачем стоїть завдання довідатися яке забезпечення, з широкого спектру пропонованого зараз програмного забезпечення йому найбільш підійде, з огляду на специфіку ПК на який передбачається встановити це ПЗ. За допомогою деяких базових правил фірми "Елком-Інформ", складена деяка експертна система, яка допоможе користувачу в його нелегкому виборі. Сеанс діалогу може мати такий вигляд:

ЕС: Яке програмне забезпечення ви хотіли б придбати? (правове, бухгалтерське, складське).

Користувач: Бухгалтерський

ЕС: Форма конфігурування системи має бути жорсткою (користувач не буде мати можливості сам конфігурувати будь-які вхідні або вихідні документи)? (так, ні).

Користувач: Ні.

ЕС: Форма конфігурування системи повинна бути лояльною (тобто користувач може сам конфігурувати будь-які вхідні або вихідні документи)?

Користувач: так

ЕС: Програма повинна бути розроблена під оболонку Windows95?

Користувач: Так.

ЕС: Програма повинна бути однорівнева? (так, ні).

Користувач: Ні.

ЕС: Програма повинна бути не однорівнева?

Користувач: так

ЕС: Найкраще для вас підходить система бухгалтерських програм "Турбо Бухгалтер".

Якщо користувач зацікавиться, чому зроблені такі висновки, то експертна система видасть ці правила і вкаже відповідність між відповідями користувача, правилами і відповіддю експертної системи.