Марвин Минский - Фреймы для представления знаний

• Название: Фреймы для представления знаний
• Автор: Марвин Минский
• Жанр: Прочая околокомпьтерная литература

В книге описывается новый подход к решению проблемы представления знаний в системах искусственного интеллекта. В основе его лежит система фреймов — особых структур данных для понятийного представления стереотипных ситуаций в рамках общего контекста знаний о мире. С этих позиций дается описание механизмов человеческого мышления, распознавания образов, восприятия зрительной м слуховой информации, а также проблемы лингвистики, обучения и методы решения задач. Автор книги — известный американский ученый, специалист по искусственному интеллекту.

Книга предназначена для широкого круга научных и инженерно-технических работников, интересующихся созданием искусственного интеллекта. Она может служить хорошим пособием для студентов, специализирующихся в этой области.

---

В своей работе Д.Макдермотт(1974) рассмотрел многие вопросы, связанные с представлением знаний. В его схеме для выработки правдоподобных заключений любые утверждения не просто принимаются на веру, но подлежат проверке, осуществляемой процессами, которые выражают "сомнения" и "убеждения"; по существу, данные, наличие которых предполагается по умолчанию (или поскольку они правдоподобны), сохраняются благодаря механизмам изменения убеждений, действующих, когда последние, зависимые предположения уже включены в работу. Д.Макдермотт особенно выделяет те вопросы, которые связаны с устранением ошибок, возникающих в любой системе в процессе поиска неформальных и правдоподобных заключений.

2.3. Смысловая структура рассуждений

"Слова... могут отражать качественные и относительные черты некоторой ситуации в их наиболее общем виде, как, впрочем, и описывать, вероятно, даже более удовлетворительно, ее особенности. Именно это обусловливает внутреннюю связь языка с процессами мышления. В психологическом плане восстановление любой имевшей место в прошлом ситуации выполняется для преодоления трудностей на базе прошлого опыта... Не следует, однако, думать, что человек, попавший в затруднительное положение, воссоздает более или менее подходящую ситуацию (и на ее основе находит для себя решение) без какого-либо поиска и выявления принципов перехода от одной ситуации к другой".

Ф.Бартлетт (1932)

Анализ предложений с помощью "глубинных падежей", разрабатываемых, например, С.Филмором(1968) и М.Селс-Мурсиа(1972), проводится с помощью структур, чем-то напоминающих фреймы. Сгруппированные главным образом вокруг глагола части предложения используются для того, чтобы заполнить конкретными данными пробелы в подобной фрейму структуре этого глагола с учетом различных вариантов возможного включения предлогов в это предложение. Для анализа предложений имеет смысл использовать именно те структуры, доминирующее положение, в которых принадлежит глаголам, поскольку именно это и происходит на практике.

Однако при более обширном анализе, выходящем за рамки отдельного предложения, такие структуры часто теряют свою самостоятельность и включаются в более крупные фрагменты рассуждении. Темой какого-либо отрывка из повествования в равной мере могут быть картина или действие, характеристика персонажа или то, что ой делает. Таким образом, при понимании рассуждения синтез глагольной структуры с конкретным заданием ее падежей может быть необходимым, но лишь преходящим этапом. По мере понимания предложения отдельные субструктуры следует объединять в расширяющих фреймах-картинах для того, чтобы построить на их основе еще более крупную картину. Действие, основное в некотором предложении, может, например, стать вспомогательным для характеристики одного из героев всего рассказа.

Я не предлагаю придерживаться концепции, утверждающей, скажем, что глаголы описывают локальные (в рамках отдельных предложений) структуры, а существительные - структуры глобальные, состоящие из отдельных параграфов или пунктов, хотя в первом приближении она могла бы оказаться полезной. Любая концепция может быть построена с помощью различных лингвистических представлений. Но обсуждаемая нами проблема не сводится к проблеме существительных или глаголов. Важно понимать, что преходящие семантические структуры, построенные во время синтаксического анализа (т.е. те структуры, которые лингвисты именуют "глубинными структурами" предложений), не идентичны более крупным (и более "глубоким") структурам, образующимся по мере того, как к ним подключаются связанные друг с другом лингвистические объекты.

Мне бы не хотелось, чтобы подобный акцент на имеющие лишь местное значение (или предметные) суперфреймы приводил к мысли о том, что между лингвистическими и нелингвистическими представлениями имеются коренные отличия. При более детальном рассмотрении этого вопроса станет, по-видимому, ясно, что существенная часть понимания и проведения рассуждении на основе здравого смысла во многом напоминает преобразования лингвистических структур и манипуляции ими. Фреймы, связанные со смыслом слов, будь то существительные, глаголы или другие части речи, несомненно, являются центрами концентрированного представления знаний о том, как связаны между собой различные предметы и явления, каким образом они используются и как они друг с другом взаимодействуют. Можно получить значительные преимущества в том случае, если бы удалось создать механизмы, в которых эти одинаковые структуры применялись бы для реализации процессов мышления, так и для понимания естественного языка.

Представим себе ориентированный на фреймы сценарий, который представляет собой структуру для понимания смысла повествований. В начале чтения какого-нибудь рассказа о нем известно очень мало, фактически только то, что это рассказ, но даже и этих скудных сведений на первых порах оказывается достаточно. Обычный фрейм рассказа в общем случае включает в себя пробелы, которые надо заполнить сведениями об окружающей обстановке, главных героях, основном событии, морали и т. д. И в самом деле, в любом правильно построенном повествовании вначале идет речь о действующих лицах и той среде, в которой будет развиваться действие; так, в басне о волке и ягненке сразу же говорится о двух непримиримых субъектах, находящихся у реки (это и есть окружающая обстановка), а затем указаны мотивы для соответствующего поведения волка. Слова "найти хоть какое-то оправдание" подготавливают нас к тому, что волк, видимо, сделает какие-то ложные утверждения.

Анализ каждого предложения следует проводить только до тех пор, пока содержащиеся в нем сведения могут быть полезны для заполнения более крупных структур. Таким образом, в терминалах расширяющейся смысловой структуры накапливаются указатели и дескрипторы, которые сообщают о дальнейших путях конкретизации заданий отсутствия. Терминал, с которым связан маркер "лицо женского рода", не сможет использовать такие задания, где присутствуют местоимения мужского рода. Я полагаю, что именно этим следует объяснить невозможность конкретизации терминалов фрейма стены с помощью заданий типа "стул" или "стол". По мере того, как продолжается рассказ, информация (когда это возможно) передается фреймам боле< высоких уровней для углубления и конкретизации сценария. В некоторых случаях к терминалу фрейма удается присоединить целый субфрейм, например описание одного из героев рассказа. Это может случиться тогда, когда терминал фрейма-рассказа согласуется с указателем верхнего уровня фрейма анализируемого предложения. Данные, содержащиеся в других предложениях, могут вместе с тем приводить и к образованию противоречивых ситуаций. Но что произойдет, если не удастся осуществить передачу данных на более высокий уровень, поскольку собеседник ожидал услышать рассказ другого" типа и не располагает терминалами, с помощью которых можно было бы усвоить новую порцию данных?

Будем продолжать считать, что у нашего собеседника в действительности имеется большое количество фреймов-рассказов, связанных между собой структурами поиска информации, которые будут нами рассмотрены позднее. Тогда первым шагом явится попытка включить новую информацию в текущий фрейм-рассказ. Если это не удается, следует выработать сообщение об ошибке, например: "здесь нет места для животного", что заставит заменить используемый фрейм другим, скажем, фреймом-рассказом о животных. Все предыдущие задания терминалов могут сохраниться, если у нового фрейма типы терминалов будут теми же самыми. Если же многие задания не подходят, следует попытаться применить другой, новый фрейм-рассказ. Если и здесь мы терпим неудачу, то есть два пути: либо начать все с начала и пытаться всю структуру строить заново (видимо, это самая важная интеллектуальная задача), либо полностью отказаться от дальнейших попыток и забыть все то, что было сделано для понимания рассказа. Это обычная реакция на неизвестные ранее формы повествования! Человек не может хорошо учиться, если разрывы между известным для него и неизвестным слишком велики: рассказы о животных не будут фактически понятны до тех пор, пока не сформированы персональные фреймы для волка, лисы, медведя и т. д.

Таким образом, при проведении рассуждении многочисленные фреймы и субфреймы объединяются в сети поиска информации. Атрибутивная или описательная информация может быть представлена с помощью простых структур, однако действия, временные последовательности, разъяснения и другие сложные вещи требуют более отработанных механизмов представления знаний. Мы должны признать, что все основные, очень трудные вопросы, относящиеся и к эпистемологии, и к лингвистике, концентрируются вокруг одной проблемы: как отыскать те способы, с помощью которых можно будет согласовывать сведения, поступающие от различных источников информации.