Фреймовая модель. Логический вывод с использованием механизма наследования

Фрейм, его структура и свойства. Впервые понятие фрейма (frame – рамка, каркас, структура) было введено М. Минским в 1975 году. В основе его лежат представления гештальтпсихологии, занимающейся изучением восприятия человеком внешнего мира в форме целостных фрагментов. Наиболее часто центральным понятием такого фрагмента является объект внешнего мира с его наиболее характерными свойствами и т.п. По Минскому, фрейм – это структура данных, содержащая минимально необходи­мую информацию для представления класса объектов (явлений или процессов), которая однозначно определяет эти объекты.

По определению Д.А. Поспелова, фрейм – это термин для обозначения описания какого-либо объекта или явления, обладающе­го тем свойством, что удаление из этого описания любой его части приводит к потере определяющих суть данного объекта или явления свойств.

Еще одно определение: фрейм – это структура данных для представления стереотипных ситуаций, состоящая из характеристик этих ситуаций (слотов) и значений этих характеристик (заполнителей слотов):

F ≡ {n, (v₁, g₁, p₁), (v₂, g₂, p₂), …, (V_n, g_n, p_n)}, (3.5)

где n – конец фрейма,

v_i – имя слота,

g_i – значение слота.

В качестве значений слотов f_i могут выступать:

- имена других фреймов,

- имена процедур,

- конкретные значения слотов.

Таким образом, существует возможность ссылки из одного фрейма в один или несколько других, что позволяет вводить структу­рированные связи между фреймами. При этом возникает однородная СС со сложными вершинами, допускающими дальнейшую развертку. Семантическую сеть можно рассматривать как частный случай фрей­ма, так как очевидно, что любая СС может быть переделана во фрей­мовое описание и наоборот.

В случае рекурсивного вложения фреймов друг в друга, порож­дается иерархическая система фреймов.

Вывод на фреймах.

Для организации процесса вывода используются механизмы наследования информации и присоединенных процедур. Наиболее системная структура фрейма, удобная для описания приведена в таблице.

На рисунке изображено:

1) Имя фрейма – уникальной идентификатор. Для каждого фрей­ма определяется слот ISА-родитель данного фрейма, и слот дочерних фреймов, задаваемый списком имен (указателей). В список слотов включается ряд слотов, необходимых для организации интерфейса с пользователем, для организации внутрисистемных процессов и т.п. В их число входят, например, слоты для определения имени пользова­теля, даты определения, даты изменения текста, комментария и т.п..

2) Имя слота также служит его идентификатором, т.е. уникаль­ным именем во фрейме, к которому он принадлежит. Могут вводится специальные идентификаторы, отождествляемые с отношениями ISА, АКО (РАRТ ОF), причина-следствие и др. Кстати, в качестве слота может выступать слот "Условие", а его значением может быть про­дукционное правило. Таким образом реализуется возможность ис­пользования продукций для организации вывода. Вводится также слоты типа: «Дата модификации фрейма», «Комментарий», «Отношение» и др. Такие слоты называются системными и используются для редактирования БЗ и управления выводом.

3) указатели наследования необходимы только для фреймовых систем иерархического типа. Типичными указателями могут служить: "уникальный" (unique: U), "игнорировать" (override: О), "такой же" (sате: S), "установить" (R) и т.п. Метка Uпоказывает, что каждый фрейм может иметь слоты с различными значениями; S - все слоты должны иметь одинаковое значение; R - значение слотов фрейма нижнего уровня должны находиться в пределах, указанных значения­ми слотов фреймов верхнего уровня; О - при отсутствии указания значение слотов фрейма верхнего уровня становится значением слота фрейма нижнего уровня.

4) указатель атрибутов слота показывает тип данных - число, указатель другого фрейма, т.е. является именем; (FRAME (указатель), INTEGER, REAL, BOOL, LISP (присоединенная процедура), ТЕХТ, LIST (список), ТАВLЕ (таблица), EXPRESSION (выражение) и др.).

5) значение слота, очевидно, должно совпадать с указанным типом данных этого слота, а также должно выполняться условие наследования.

6) демон – присоединенная процедура (ПП). Примеры таких ПП следующие: IF-NEEDEP, IF-ADDED, IF-REMOVED и т.д. Эти процедуры запускаются автоматически при выполнении некоторого условия.

ПП – слуга. Это обычно программы процедурного типа, называемые служебными (в языке LISP), методами (в языке Smalltalk). Процедура запускается по сообщению из другого фрейма. Как таковой формальный механизм вывода отсутствует и реализуется с помощью механизма наследования и присоединенных процедур. Это позволяет объединять возможности сетевого и иерархического представления знаний.

Из данного примера видно, насколько разнообразными могут быть конкретные реализации систем искусственного интеллекта фреймового типа, а также их достоинства.

Приведем пример записи иерархии фреймов по отношению ISA с указанием фрейма более высокого уровня, из которого наследуют свойства.

Значение слота ЛЕТАЕТ по умолчанию означает, что если нет специальной оговорки, все подмножества ПТИЦ и отдельные ПТИЦЫ – летают.

Остальные свойства (ИМЕЕТ КРЫЛЬЯ), (ИМЕЕТ ПЕРЬЯ), на­следуются всеми элементами, связанными отношением ISА.

Функция значений «по умолчанию» очень популярна в пред­ставлении фреймов, поскольку позволяет однозначно определять зна­чения слотов на иерархии.

Например, если задать вопрос к базе фреймов: способен ли к охоте Джо? Система обращается к фрейму СОКОЛ и выясняет, что сокол умеет охотиться. Таким образом, это свойство наследуется из фрейма более высокого уровня. Если мы хотим получить ответ на вопрос, ле­тает ли ПИККОЛО, то системе приходится разрешать коллизию, воз­никающую при анализе фреймов ПТИЦА (ПИНГВИН есть ПТИЦА) и ПИНГВИН. Свойство ЛЕТАТЬ не определено во фрейме ПИККОЛО, поэтому система обращается к фрейму ПИНГВИН по указателю ISА. И здесь есть прямое указание, что пингвин не летает. Это свойство наследуется во фрейме ПИККОЛО. И хотя указатель нас отправляет к фрейму ПТИЦА, где по умолчанию стоит значение ДА, предпочтение отдаётся значению в слоте ПИНГВИН, откуда была последняя ссыл­ка.

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ

Компьютерная (вычислительная) сеть - совокупность компьютеров и терминалов, соединённых с помощью каналов связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределённой обработки данных.

Рабочие станции (PC) - персональные ЭВМ, подключённый к сети, через который пользователь получает доступ к её ресурсам.

Сервер - выделенный для обработки запросов от всех рабочих станций информационной сети компьютер, предоставляющий этим станциям доступ к общим системным ресурсам

Линии передачи данных

В зависимости от физической среды передачи данных каналы связи можно разделить на:

· проводные линии связи без изолирующих и экранирующих оплеток;

· кабельные, где для передачи сигналов используются такие линии связи как кабели "витая пара", коаксиальные кабели или оптоволоконные кабели;

· беспроводные (радиоканалы наземной и спутниковой связи), использующие для передачи сигналов электромагнитные волны, которые распространяются по эфиру.

Витая пара (twisted pair) — кабель связи, который представляет собой витую пару медных проводов (или несколько пар проводов), заключенных в экранированную оболочку. Пары проводов скручиваются между собой с целью уменьшения наводок. Витая пара является достаточно помехоустойчивой. Существует два типа этого кабеля: неэкранированная витая пара UTP и экранированная витая пара STP.

Коаксиальный кабель (coaxial cable) - это кабель с центральным медным проводом, который окружен слоем изолирующего материала для того, чтобы отделить центральный проводник от внешнего проводящего экрана (медной оплетки или слой алюминиевой фольги). Внешний проводящий экран кабеля покрывается изоляцией.

Кабельные оптоволоконные каналы связи. Оптоволоконный кабель (fiber optic) – это оптическое волокно на кремниевой или пластмассовой основе, заключенное в материал с низким коэффициентом преломления света, который закрыт внешней оболочкой.

Оптическое волокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон. На передающем конце оптоволоконного кабеля требуется преобразование электрического сигнала в световой, а на приемном конце обратное преобразование.

Основное преимущество этого типа кабеля – чрезвычайно высокий уровень помехозащищенности и отсутствие излучения. Несанкционированное подключение очень сложно. Скорость передачи данных 3Гбит/c. Основные недостатки оптоволоконного кабеля – это сложность его монтажа, небольшая механическая прочность и чувствительность к ионизирующим излучениям.