Фреймы

2. Фреймы

Если БЗ экспертной системы имеет сотни или тысячи правил, то инженеру по знаниям достаточно затруднительно производить процесс обновления состава правил и контроль связей между ними.

С этой целью было введено представление знаний, основанное на использовании фреймов, что позволяет отражать родовидовую иерархию понятий в БЗ в явной форме.

Фреймом называется структура для описания стереотипной ситуации, состоящая из характеристик ситуации и их значений, причем характеристики называются слотами, а значения – заполнителями слотов.

Одно из достоинств системы, использующей фреймы – элементы, которые традиционно присутствуют в описании объекта или события, группируются, и благодаря этому, могут извлекаться и обрабатываться как единое целое.

Опишем сведения о служащем компании при помощи фреймовой структуры.

Имя: РУКОВОДИТЕЛЬ

имя: __________________

возраст:________________

адрес: __________________

отдел:__________________

зарплата:________________

дата начала:______________

до: _____________________

Рис.3 – «скелетный» фрейм.

Проанализируем рис.3 – во-первых, фрейм имеет имя для идентификации описываемого им понятия; во-вторых, он состоит из слотов (на рис.3 слева) – тут все слоты пустые. Заполним слоты – рис.4:

Имя: РУКОВОДИТЕЛЬ

имя: агрегат (фамилия, имя, отчество)

возраст: агрегат (годы)

адрес: АДРЕС

отдел: диапазон (производство, администрация)

зарплата: ЗАРПЛАТА

дата начала: агрегат (месяц, год)

до: агрегат (месяц, год) (по умолчанию: теперь)

Рис.4

Тут присутствуют различные типы заполнителей слов:

Ø   константы,

Ø   имена других фреймов системы, на которые делается ссылка (АДРЕС, ЗАРПЛАТА)

Ø   обозначения агрегат, диапазон – называемые фасетами слота – используются для того, чтобы в процессе обработки систем фреймов можно было наложить ограничения на тип объекта, использованный при заполнения слота.

Заполним фрейм "ЗАРПЛАТА", относящийся к фрейму «РУКОВО-ДИТЕЛЬ», содержащий 4 слота, один из которых требует двойного заполнения.

Имя: ЗАРПЛАТА

почасовая заработная плата: агрегат (у.е. в час)

код налога: агрегат: (код налога) (по умолчанию: непредвиденный)

налог на дату: агрегат (месяц, год)

вычислить ((ОПЛАТА НАЛОГА) (код налога))

Рис.5

Здесь демонстрируется возможности вставления во фреймы обычных программ – заполнение слота «налог на дату» (вычислить ((ОПЛАТА НАЛОГА) (налог)). Чтобы связать все фреймы системы воедино, они обычно организуются в сети. Когда скелетный фрейм заполняется конкретной информацией, то ему присваивается уникальное имя.

Заполним фрейм, изображенный на рис.3. – его уникальное имя «см-1»:

Имя: см-1

имя: смит, джон

возраст: 40

адрес: адр-1

отдел: производственный

зарплата: зар-1

дата начала: апрель 20001

до: теперь

Рис.6

В рассматриваемом примере имя «см-1» используется совместно с именами общего вида фреймов «зар-1» и «адр-1», служащих для идентификации сведений о зарплате и адресе субъектов «смит, джон».

Различают статические и динамические системы фреймов. В системах первого типа фреймы не могут быть изменены в процессе решения задачи, в системах второго типа это допустимо.

О системах программирования, основанных на фреймах, говорят, что они являются объектно-ориентированными. Каждый фрейм соответствует некоторому объекту предметной области, а слоты содержат описывающие этот объект данные, т.е. в слотах находятся значения признаков объектов.

Недостатки фреймовых систем:

·          высокая сложность, что сказывается в снижении скорости работы механизма ввода-вывода и в увеличении трудоемкости внесений изменений в родовидовую иерархию;

·          большая стоимость ЭС, где для представления знаний используются фреймы.

3.Правила продукций

Это один из самых распространенных форматов для представления знаний, основанный на продукционных правилах типа:

"ЕСЛИ условие, ТО действие",

причем первая их часть – антецедент (посылка правил) – состоит из элементарных предложений, соединенных логическими связками И, ИЛИ, НЕ;

вторая часть, называется консеквент (заключение) – это одно или нескольких предложений, которые образуют выдаваемое правилом решение или указывают на действие, подлежащее выполнению.

Антецедент представляет собой образец правила, предназначенного для распознавания ситуации. Причем правило срабатывает, если факты из памяти при сопоставлении совпали с образцом, после чего правило считается отработавшим.

В основе правил продукций лежит простой принцип: они определяют набор разрешенных преобразований, с помощью которых происходит продвижение от начального состояния до окончательного решения поставленной задачи. Текущее (промежуточное) состояние отражается с помощью множества фактов, фиксируемых в БД. В ходе решения задачи происходит сопоставление одной из частей правила с содержимым БД.

ЭС, базирующиеся на продукциях, состоят из трех компонентов:

1.  БЗ, которая содержит правила продукций;

2.  БД, которая отображает текущее состояние задачи;

3.  Управляющей структуры – механизм вывода (интерпретатор правил), решающая, какое из правил продукции следует применить следующим.

Механизм вывода выполняет две функции:

·   во-первых – просмотр существующих фактов из рабочей памяти и правил из БЗ и добавление в рабочую память новых фактов;

·   во-вторых – определение порядка просмотра и применения правил.

Этот механизм управляет процессом консультации, сохраняя для пользователя информацию о полученных заключениях, и запрашивает у него информацию, когда для срабатывания очередного правила в рабочей памяти оказывается недостаточно данных.