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.

---

Если к фрейму, представляющему эту сцену применить те же, что и ранее, трансформации перспектив, то это позволит в первом приближении решить проблему заслонения.

Такой подход хорош для компактных, заранее известных групп объектов, но он не дает нужных результатов в тех случаях, когда одни предметы загораживают от дельные детали других объектов, расположенных в углублениях комнаты. Для технических применений простота данной схемы не компенсирует частые ошибки, возникающие при ее использовании, однако, как теория человеческих действий она может быть достаточно хорошей.

Отметим, что умственная деятельность, направленная на выяснение заслонений, протекает медленно и ее не следует стремиться объяснить на основании упрощенных представлений, связанных главным образом со скоростью выполнения операций.

Глобальная система заслонений. Более глубокая стратегия должна предусматривать, чтобы все фреймы пространственных изображений (перспектив) дополняющая единую, центральную систему фреймов зрительного восприятия образов. Терминалы такой системы должны ответствовать отдельным элементам внутреннего представления пространства среды, а трансформации - определять выявленные законы перспективы, согласно которым одни элементы по-разному заслоняют другие для различных точек наблюдения.

Если на самом деле у человека существовала бы такая макросистема, то была бы она врожденной или же сформировалась в результате обучения? Приведенная выше цитата из работы Ж.Пиаже и Б.Инельдер служит подтверждением тому, что дети до десятилетнего возраста не обладают подобными макроструктурами.

1.10. Образы и системы фреймов

"Каждый человек охотно согласится с тем, что между двумя видами ощущений - непосредственными, когда человек, например, страдает от сильной жары или ему приятно разливающееся по всему телу тепло, и ощущениями, воскрешаемыми в памяти или предвкушаемыми благодаря своему воображению, имеется значительное различие. Эти наши способности могут имитировать восприятия органов чувств, но с их помощью невозможно достигнуть силы и живости первоначального чувства... Самая яркая мысль все. же слабее самого притупленного ощущения".

Д. Хьюм (1963)

Теория зрительного восприятия должна быть, по нашему мнению, одновременно и теорией воображения, поскольку и та, и другая имеют одни и те же конечные цели: конкретизацию заданий терминалов фреймов. Каждый из нас согласится с Д.Хьюмом в том, что имеется различие между зрительным восприятием и ощущениями. Д.Хьюм утверждает, что это различие проистекает вследствие того, что восприятие по своей природе является мгновенным и непосредственным, тогда как вызываемые в памяти образы получаются рекомбинацией заполненных "впечатлений", а при хранении, поиске и преобразованиях этих структур каким-то Образом теряется их выразительность. Я предполагаю, что зрительное восприятие кажется более живым, нежели воображение, ибо его задания менее подвижны. Они более стойко сопротивляются попыткам других процессов изменить их. Для того чтобы изменить описание непосредственно видимой сцены, наша система зрительного восприятия, вероятно, будет вынуждена изменить эту сцену - ни больше и ни меньше. Для человеческой фантазии, конечно же, подобных жестких ограничений не существует.

В то же время сами "зрительные" задания не являются абсолютно негибкими; любой может научиться в уме изменять, представленную на чертеже изометрию куба. Существуют так называемые "двусмысленные" фигуры, которые можно легко описать различным образом. В этом случае изменение фрейма равнозначно изменению "описательной точки зрения", причем действие или преобразование носит символьный, а не физический характер. В любом случае существуют такие психические состояния, при которых фантазии менее гибки, чем "непосредственные восприятия", а иногда даже и более "ярки".

1.11. Априорное означивание

Как мы уже упоминали, целью работы механизмов восприятия и воображения является конкретизация заданий терминалов фреймов, при этом воображение оставляет человеку больший простор для выбора деталей и различных вариантов этих заданий. По-видимому, фреймы никогда не хранятся в долговременной памяти с незаданными значениями своих терминалов. Каждый терминал фрейма в действительности непрочно связан со своими заданиями отсутствия, которые чаще всего бывают полезны, но иногда могут препятствовать процессу поиска нужного фрейма.

Так, если вам скажут: "Джон ударил ногой по мячу", то, видимо, вы не думаете о каком-то чисто абстрактном мяче, а представите себе вполне определенные его характеристики: размер, цвет, массу, которые, однако, пока еще неизвестны. Возможно, что возникший в вашей памяти образ чем-то напоминает вам самый первый мяч или тот, которым вас больно ушибли, или, может быть, тот самый последний мяч, который вы держали в своих руках. В любом случае вашему воображению недостает остроты (эффекта "присутствия"), поскольку те процессы, которые контролируют ход согласования и оказывают влияние на непрочно связанные с терминалами задания отсутствия, только лишь подтверждают или отвергают их пригодность и не имеют связи с реальной действительностью.

Задания отсутствия должны оказывать тонкие, идеосинкразическне воздействия на те мыслительные операции, с помощью которых человек проводит аналогии, делает обобщения и вырабатывает суждения, особенно когда внешние влияния на них достаточно слабы. При правильном выборе эти стереотипы могут служить в качестве хранилища ценных набросков планов, в противном случае они могут образовывать наборы иррациональных данных парализирующего действия.

1.12. Системы фреймов и конкретные мыслительные операции Пиаже

"Каковы в действительности условия, необходимые для формирования формального мышления? Ребенок должен в уме не только оперировать с предметами, иными словами, мысленно выполнять возможные над ним действия, но он должен также "отражать" в себе эти операции при отсутствии предметов, когда последние заменяются на словесные формулировки. Это "отражение" есть мысль, достигшая второй стадии (стадии формальных операций). Конкретное мышление является представлением о возможном действии, а формальное мышление - представлением представления о нем. Поэтому нет ничего удивительного в том, что система конкретных 0перацнй должна полностью сформироваться в течение последних лет детства (к 11-12 годам) еще до того, как она получит свое представление с помощью формальных операций. По своим функциям формальные операции не отличаются от конкретных за исключением того, что они применяются к гипотезам или утверждениям абстрактной системы "вывода", которая управляет конкретными операциями".

Ж. Пиаже (1971)

Я считаю, что имеется сходство между мыслями Пиаже о конкретных операциях и идеей использования трансформаций между фреймами системы. Некоторые виды логических операций могут быть легко реализованы на базе фреймов путём замены в них одних заданий отсутствия другими. Например, не вызовет затруднений попытка аппроксимации логических транзитивностей; так, силлогизмы вида: "Все, что принадлежит А, принадлежит В, и все, что принадлежит В, принадлежит С, =>, все, что принадлежит А, принадлежит С", должны естественным образом встречаться при подстановках субфреймов в терминалы фрейма. Я не думаю, что это общее правило универсально, но считаю, что вследствие транзитивности сменяющих друг друга субфреймов в некоторых случаях воспользоваться им будет полезно.

В дополнение к этому можно предполагать, что к справедливости высказываний вида: Большинство, относящееся к А, относится к В, и большинство, относящееся к В, относится к С, => большинство, относящееся к А, относится к С", следует относиться с той же степенью доверия, даже если иногда это не соответствует действительности.

Ясное понимание вопроса о том, что же может быть достигнуто на базе простейших операций с фреймами, было бы весьма ценным и актуальным. Значительным шагом в этом направлении, мне думается, явилась разработанная Дж.Муром и А.Ньюэллом(1973) процедура "выравнивания и покрытия" для их программы MERLIN. Эта процедура связана с известным в математической логике алгоритмом унификации (см.Н.Нельсон "Искусственный интеллект",1973), если известны фреймы А и В, то результаты ее работы могут быть проинтерпретированы (если не слишком вдаваться в детали) следующим образом:

Можно рассматривать А как вид В, если имеется "отображение" или фрейм-трансформация С, указывающая, каким образом (может быть даже с помощью каких иных отображений") терминалы, относящиеся к А, могут рассматриваться в понятиях В-терминалов.