Библиотека    Новые поступления    Словарь    Карта сайтов    Ссылки






назад содержание далее

Часть 2.

<6.1.5. ><Фреймы>

<Фреймы ><(frame) ><- ><это ><другая ><схема ><представления, ><во ><многом ><подобная ><сценариям ><и ><ориентированная ><на ><включение ><в ><строго ><организованные ><структуры ><данных ><неявных ><(подразумеваемых) ><информационных ><связей, ><существующих ><в ><предметной ><области. ><Это

241>

<<представление ><поддерживает ><организацию ><знаний ><в ><более ><сложные ><единицы, ><которые ><отображают ><структуру ><объектов ><этой ><области.>

<В ><статье ><[Minsky, ><1975] ><фреймы ><описываются ><следующим ><образом.>

<Вот ><суть ><теории ><фреймов. ><Когда ><некто ><встречается ><с ><новой ><ситуацией ><(или ><существенно ><меняет ><свою ><точку ><зрения ><на ><проблему), ><он ><выбирает ><из ><памяти ><структуру, ><называемую ><"фреймом". ><Этот ><сохраненный ><каркас ><при ><необходимости ><должен ><быть ><адаптирован ><и ><при><веден ><в ><соответствие ><с ><реальным ><изменением ><деталей. ><[Minsky, ><1975]>

<В ><соответствии ><с ><[Minsky, ><1975] ><фрейм ><может ><рассматриваться ><как ><статическая ><струк><тура ><данных, ><используемая ><для ><представления ><хорошо ><понятных ><стереотипных ><ситуаций. ><Возможно, ><наше ><собственное ><знание ><о ><мире ><тоже ><организовано ><во ><фреймоподобные ><струк><туры. ><Мы ><приспосабливаемся ><к ><каждой ><новой ><ситуации, ><вызывая ><информацию, ><основан><ную ><на ><опыте. ><Затем ><мы ><адаптируем ><эти ><знания ><в ><соответствии ><с ><новой ><ситуацией.>

<Например, ><достаточно ><один ><раз ><остановиться ><в ><гостинице, ><чтобы ><составить ><представ><ление ><о ><всех ><гостиничных ><номерах. ><Там ><почти ><всегда ><есть ><кровать, ><ванная, ><место ><для ><че><модана, ><телефон, ><аварийно-эвакуационная ><информация ><на ><внутренней ><стороне ><двери ><и ><т.д. ><Детали ><каждого ><номера ><при ><необходимости ><могут ><изменяться. ><Может ><варьироваться ><цвет ><портьер, ><расположение ><и ><тип ><выключателей ><и ><т.п. ><С ><фреймом ><гостиничного ><номера ><связана ><также ><информация, ><принимаемая ><по ><умолчанию. ><Если ><нет ><простыней, ><нужно ><вы><звать ><горничную, ><если ><нужен ><лед, ><необходимо ><посмотреть ><в ><холле ><и ><т.д. ><Нам ><не ><надо ><подстраивать ><сознание ><для ><каждого ><нового ><гостиничного ><номера. ><Все ><элементы ><обоб><щенного ><номера ><организуются ><в ><концептуальную ><структуру, ><к ><которой ><мы ><обращаемся, ><когда ><останавливаемся ><в ><гостинице.>

<Эти ><высокоуровневые ><структуры ><можно ><представить ><в ><семантической ><сети, ><организуя ><ее ><как ><совокупность ><отдельных ><сетей, ><каждая ><из ><которых ><представляет ><некоторую ><сте><реотипную ><ситуацию. ><Фреймы ><так ><же, ><как ><объектно-ориентированные ><системы, ><обес><печивают ><механизм ><подобной ><организации, ><представляя ><сущности ><как ><структурирован><ные ><объекты ><с ><поименованными ><ячейками ><и ><связанными ><с ><ними ><значениями. ><Таким ><об><разом, ><фрейм ><или ><схема ><рассматривается ><как ><единая ><сложная ><сущность.>

<Например, ><гостиничный ><номер ><и ><его ><компоненты ><могут ><быть ><описаны ><рядом ><отдель><ных ><фреймов. ><Помимо ><кровати ><во ><фрейме ><должен ><быть ><представлен ><стул: ><ожидаемая ><высота ><- ><от ><20 ><до ><40 ><см, ><число ><ножек ><- ><4, ><значение ><по ><умолчанию ><- ><предназначен ><для ><сидения. ><Далее ><фрейм ><представляет ><гостиничный ><телефон: ><это ><вариант ><обычного ><теле><фона, ><но ><расчет ><за ><переговоры ><связывается ><с ><оплатой ><гостиничного ><номера. ><По ><умолча><нию ><существует ><специальный ><гостиничный ><коммутатор, ><и ><человек ><может ><использовать ><этот ><телефон ><для ><заказа ><еды ><в ><номер, ><внешних ><звонков ><и ><получения ><других ><услуг. ><На ><рис. ><6.12 ><изображен ><фрейм, ><представляющий ><гостиничный ><номер.>

<Каждый ><отдельный ><фрейм ><можно ><рассматривать ><как ><структуру ><данных, ><во ><многом ><подобную ><обычной ><"записи", ><с ><информацией, ><соответствующей ><стереотипным ><сущно><стям. ><Ячейки ><фрейма ><содержат ><такую ><информацию.>

<Данные ><для ><идентификации ><фрейма.>

<Взаимосвязь ><этого ><фрейма ><с ><другими ><фреймами. ><"Гостиничный ><телефон" ><может

><служить ><специальным ><экземпляром ><"телефона", ><который, ><в ><свою ><очередь, ><может

><служить ><примером ><"механизма ><связи".>

<Дескрипторы ><требований ><для ><фрейма. ><Стул, ><например, ><имеет ><высоту ><сидения ><от

><20 ><до ><40 ><см, ><его ><задняя ><часть ><выше ><60 ><см, ><и ><т.д. ><Эти ><требования ><могут ><быть ><ис

><пользованы ><для ><определения ><соответствия ><новых ><объектов ><стереотипу ><фрейма.

242>

<<>

<Рис. ><6.12. ><Часть ><фрейма, ><описывающего ><гостиничный ><номер. ><"Специализированный" ><класс ><содержит ><указатель ><на ><суперкласс>

<Процедурная ><информация ><об ><использовании ><описанной ><структуры. ><Важной ><особен

><ностью ><фреймов ><является ><возможность ><присоединить ><к ><ячейке ><процедурный ><код.>

<Информация ><по ><умолчанию. ><Это ><значения ><ячейки, ><которые ><должны ><быть ><истинны

><ми, ><если ><не ><найдены ><противоположные. ><Например, ><стулья ><имеют ><4 ><ножки, ><на ><те

><лефонах ><есть ><кнопки, ><гостиничные ><кровати ><заправляются ><персоналом.>

<Информация ><для ><нового ><экземпляра. ><Многие ><ячейки ><фрейма ><могут ><оставаться ><не

><заполненными, ><пока ><не ><указано ><значение ><для ><отдельного ><экземпляра ><или ><пока ><они

><не ><понадобятся ><для ><некоторого ><аспекта ><решения ><задачи. ><Например, ><цвет ><кровати

><может ><оставаться ><неопределенным.>

<Фреймы ><расширяют ><возможности ><семантических ><сетей ><рядом ><важных ><особенно><стей. ><Хотя ><фреймовое ><описание ><гостиничных ><кроватей ><на ><рис. ><6.12 ><может ><быть ><экви><валентно ><сетевому ><описанию, ><фреймовая ><версия ><намного ><яснее ><той, ><в ><которой ><кровать ><описывается ><с ><помощью ><ее ><различных ><атрибутов. ><В ><сетевой ><версии ><существует ><просто ><совокупность ><узлов. ><Такое ><представление ><в ><значительной ><степени ><зависит ><от ><интер><претации ><структуры. ><Возможность ><организации ><знаний ><в ><такие ><структуры ><является ><важным ><свойством ><баз ><знаний.>

<Фреймы ><позволяют ><организовать ><иерархию ><знаний. ><В ><сети ><каждое ><понятие ><представ><ляется ><узлами ><и ><связями ><на ><одном ><и ><том ><же ><уровне ><детализации. ><Однако ><очень ><часто ><для ><одних ><целей ><объект ><необходимо ><рассматривать ><как ><единую ><сущность, ><а ><для ><других ><- ><учитывать ><детали ><его ><внутренней ><структуры. ><Например, ><обычно ><нас ><не ><интересует ><меха><ническое ><устройство ><автомобиля, ><пока ><что-то ><не ><сломается. ><При ><обнаружении ><поломки ><мы ><достаем ><схему ><автомобильного ><двигателя ><и ><пытаемся ><устранить ><проблему.>

<Процедурные ><вложения ><являются ><важным ><свойством ><фреймов, ><так ><как ><они ><по><зволяют ><связать ><фрагменты ><программного ><кода ><с ><соответствующими ><сущностями>

<><Глава ><6. ><Представление ><знаний>

<243>

><<фреймового ><представления. ><Например, ><в ><базу ><знаний ><можно ><включить ><возможность ><генерировать ><графические ><образы. ><Для ><этого ><больше ><подходит ><графический ><язык, ><чем ><сетевой. ><С ><помощью ><процедурных ><вложений ><можно ><создавать ><демоны ><(demon). ><Демон ><- ><это ><процедура, ><которая ><является ><побочным ><эффектом ><некоторого ><другого ><действия ><в ><базе ><знаний. ><Например, ><при ><каждом ><изменении ><определенной ><ячейки ><в ><системе ><можно ><запускать ><процедуру ><контроля ><соответствия ><типов ><или ><тест ><непроти><воречивости.>

<Системы ><фреймов ><поддерживают ><наследование ><классов. ><Значения ><ячеек ><и ><используе><мые ><по ><умолчанию ><значения ><класса ><наследуются ><через ><иерархию ><класс/подкласс ><и ><класс/член. ><Например, ><гостиничный ><телефон ><можно ><реализовать ><как ><подкласс ><обычного ><телефона, ><обладающий ><следующими ><особенностями: ><внешние ><звонки ><проходят ><через ><коммутатор ><гостиницы ><(для ><расчета), ><и ><гостиничные ><услуги ><можно ><заказывать ><по ><пря><мому ><номеру. ><Некоторым ><ячейкам ><можно ><присвоить ><значения ><по ><умолчанию. ><Они ><ис><пользуются, ><если ><нет ><другой ><информации. ><Например, ><в ><гостиничных ><номерах ><стоят ><кро><вати, ><поэтому ><туда ><необходимо ><идти, ><если ><вы ><хотите ><спать. ><Если ><вы ><не ><знаете, ><как ><по><звонить ><портье, ><попытайтесь ><набрать ><"нуль".>

<Когда ><создается ><экземпляр ><фрейма ><класса, ><система ><будет ><пытаться ><заполнить ><его ><ячейки ><либо ><заданными ><пользователем ><значениями, ><либо ><значениями ><по ><умолчанию, ><взятыми ><из ><фрейма ><класса, ><либо ><выполнит ><некоторую ><процедуру ><или ><демон ><для ><получе><ния ><значения ><экземпляра. ><Как ><и ><в ><семантических ><сетях, ><ячейки ><и ><значения ><по ><умолчанию ><наследуются ><через ><иерархию ><класс/подкласс. ><Конечно, ><используемая ><по ><умолчанию ><ин><формация ><может ><привести ><к ><немонотонности ><описания ><данных, ><поскольку ><корректность ><такой ><информации ><не ><всегда ><можно ><доказать ><(см. ><раздел ><8.1).>

<В ><работе ><[Minsky, ><1975] ><приводится ><пример ><использования ><фреймов ><в ><рассуждениях ><по ><умолчанию. ><Рассматривается ><задача ><выявления ><ситуации, ><в ><которой ><различные ><про><екции ><объекта ><на ><самом ><деле ><представляют ><один ><и ><тот ><же ><объект. ><Например, ><три ><проек><ции ><куба ><на ><рис. ><6.13 ><действительно ><выглядят ><различными. ><В ><[Minsky, ><1975] ><предложена ><система ><фреймов, ><которая ><распознает ><их ><как ><проекции ><одного ><и ><того ><же ><объекта, ><по ><умолчанию ><учитывая ><наличие ><невидимых ><сторон.>

<Система ><фреймов ><на ><рис. ><6.13 ><представляет ><четыре ><плоскости ><куба. ><Штриховые ><линии ><показывают ><плоскости, ><невидимые ><в ><этой ><проекции. ><Связи ><между ><фреймами ><от><ражают ><отношения ><между ><видами, ><которые ><представлены ><фреймами. ><Конечно, ><если ><бы ><учитывалась ><дополнительная ><информация ><о ><цветах ><или ><узорах ><граней, ><узлы ><были ><бы ><более ><сложными. ><В ><действиетльности ><каждая ><ячейка ><фрейма ><может ><содержать ><ука><затель ><на ><другой ><фрейм. ><Это ><позволит ><избежать ><избыточности ><информации, ><поскольку ><одни ><и ><те ><же ><данные ><можно ><использовать ><в ><нескольких ><различных ><ячейках ><(плоскость ><Енарис. ><6.13).>

<Фреймы ><расширяют ><возможности ><семантических ><сетей, ><позволяя ><представлять ><слож><ные ><объекты ><не ><в ><виде ><большой ><семантической ><структуры, ><а ><в ><виде ><единой ><сущности ><(фрейма). ><Это ><также ><позволяет ><естественным ><образом ><представить ><стереотипные ><сущно><сти, ><классы, ><наследование ><и ><значения ><по ><умолчанию. ><Хотя ><фреймы, ><подобно ><логическим ><и ><сетевым ><представлениям, ><являются ><мощным ><средством, ><многие ><проблемы ><организации ><сложных ><баз ><знаний ><все ><же ><должны ><решаться ><на ><основе ><опыта ><и ><интуиции ><программиста. ><Исследования, ><проведенные ><в ><1970-х ><годах ><в ><Массачусетском ><технологическом ><институ><те ><и ><исследовательском ><центре ><привели ><к ><разработке ><философии ><объектно-ориентированного ><программирования ><и ><созданию ><важных ><языков ><реализации, ><включая ><и, ><наконец, ><(раздел ><15.12).

244>

<<>

<Рис. ><6.13. ><Пространственный ><фрейм ><для ><представления ><куба ><[Minsky, ><1975a]>

<6.2. ><Концептуальные ><графы: ><сетевой ><язык>

<><Вслед ><за ><первыми ><работами ><по ><созданию ><схем ><представления ><в ><ИИ ><(раздел ><6.1) ><был ><предложен ><ряд ><сетевых ><языков ><для ><моделирования ><семантики ><естественного ><языка ><и ><других ><областей. ><В ><этом ><разделе ><мы ><детально ><рассмотрим ><конкретный ><формализм, ><что><бы ><показать, ><как ><этими ><средствами ><решаются ><задачи ><представления ><смысла. ><Примером ><сетевого ><языка ><представления ><являются ><концептуальные ><графы ><[Sowa, ><1984]. ><Мы ><опре><делим ><правила ><формирования ><концептуальных ><графов ><и ><манипулирования ><ими, ><а ><также ><опишем ><соглашения ><для ><представления ><классов, ><экземпляров ><и ><отношений. ><В ><подразде><ле ><13.3.2 ><показывается, ><как ><этот ><формализм ><может ><быть ><использован ><для ><представления ><смысла ><в ><задачах ><понимания ><естественного ><языка.>

<6.2.1. ><Введение ><в ><теорию ><концептуальных ><графов>

<Концептуальный ><граф ><(conceptual ><- ><это ><конечный, ><связанный, ><двудольный ><граф. ><Узлы ><графа ><представляют ><понятия, ><или ><концептуальные ><отношения. ><В ><концепту><альных ><графах ><метки ><дуг ><не ><используются. ><Отношения ><между ><понятиями ><представляют><ся ><узлами ><концептуальных ><отношений. ><На ><рис. ><6.14 ><узлы ><(собака) ><и ><(коричневый) ><представляют ><понятия, ><(цвет)- ><концептуальное ><отношение. ><Чтобы ><различать ><эти ><типы ><узлов, ><узлы ><понятий ><будем ><представлять ><прямоугольниками, ><а ><концептуальные ><отношения ><- ><эллипсами.>

<В ><концептуальных ><графах ><узлы ><понятий ><представляют ><либо ><конкретные, ><либо ><абст><рактные ><объекты ><в ><мире ><рассуждений. ><Конкретные ><понятия, ><такие ><как ><кошка, ><телефон ><или ><ресторан, ><характеризуются ><нашей ><способностью ><сформировать ><их ><образ. ><Отметим, ><что ><к ><конкретным ><относятся ><обобщенные ><понятия, ><например, ><(кошка) ><или ><(ресторан), ><а ><также ><понятия ><конкретных ><кошек ><и ><ресторанов. ><Мы ><можем ><также ><сформировать ><образ ><обобщенной ><кошки. ><Абстрактные ><понятия ><включают ><такие ><абстрак><ции ><как ><любовь, ><красота, ><верность, ><для ><которых ><не ><существует ><образов ><в ><нашем ><вообра->

<><Глава ><6. ><Представление ><знаний>

<245>

><<жении. ><Узлы ><концептуальных ><отношений ><описывают ><отношения, ><включающие ><одно ><или ><несколько ><понятий. ><Одним ><из ><преимуществ ><концептуальных ><графов ><без ><использования ><помеченных ><дуг ><является ><простота ><представления ><отношений ><любой ><арности. ><-арное ><отношение ><представляется ><узлом ><концептуального ><отношения, ><имеющего ><дуг, ><как ><по><казано ><на ><рис. ><6.14.>

<Каждый ><концептуальный ><граф ><представляет ><одно ><высказывание. ><Типовая ><база ><знаний ><будет ><состоять ><из ><ряда ><таких ><графов. ><Графы ><могут ><быть ><произвольной ><сложности, ><но ><они ><должны ><быть ><конечными. ><Например, ><граф ><на ><рис. ><6.14 ><представляет ><высказывание ><"А ><("Собака ><коричневого ><цвета"). ><На ><рис. ><6.15 ><изображен ><более ><сложный ><граф, ><представляющий ><высказывание ><"Mary ><("Мэри ><дала ><Джону ><книгу"). ><В ><этом ><графе ><концептуальные ><отношения ><используются ><для ><представле><ния ><форм ><глагола ><"give" ><("давать"). ><Из ><этого ><примера ><ясно, ><как ><концептуальные ><графы ><используются ><для ><моделирования ><семантики ><естественного ><языка.>

<>

<Рис. ><6.15. ><Граф ><предложения ><"Mary >

<6.2.2. ><Типы, ><экземпляры ><и ><имена>

<Разработчики ><первых ><семантических ><сетей ><в ><основном ><не ><заботились ><об ><определении ><отношений ><класс-элемент ><и ><класс-подкласс, ><в ><результате ><чего ><возникала ><семантическая ><неоднозначность. ><Например, ><отношение ><между ><экземпляром ><и ><его ><классом ><отличается ><от ><отношения ><между ><классом ><(собака) ><и ><его ><суперклассом ><(плотоядные). ><Подобным ><обра><зом ><одни ><свойства ><принадлежат ><экземплярам, ><а ><другие ><- ><самим ><классам. ><В ><связи ><с ><этим ><представление ><должно ><обеспечить ><механизм ><для ><такого ><различия. ><Свойства ><"иметь ><мех" ><и ><"любить ><кости" ><относятся ><к ><отдельным ><собакам, ><а ><сам ><класс ><"собака" ><не ><обладает ><свойствами ><"иметь ><мех" ><или ><"есть ><что ><угодно". ><Свойства, ><соответствующие ><классу, ><включают ><имена ><и ><место ><в ><зоологической ><классификации.>

<><246>

<Часть ><Представление ><и ><разум ><в ><ракурсе ><искусственного ><интеллекта>

><<В ><концептуальных ><графах ><каждое ><понятие ><является ><уникальным ><экземпляром ><кон><кретного ><типа. ><Каждый ><прямоугольник ><понятия ><снабжается ><меткой ><типа, ><определяющей ><класс ><или ><тип ><экземпляра, ><представленного ><этим ><узлом. ><Таким ><образом, ><узел, ><снабжен><ный ><меткой ><(собака), ><представляет ><некоторый ><объект ><этого ><типа. ><Типы ><имеют ><ие><рархическую ><структуру. ><Тип ><(собака) ><является ><подтипом ><типа ><(плотоядные), ><который, ><в ><свою ><очередь, ><является ><подтипом ><(млекопитающие) ><и ><т.д. ><Прямоугольники ><с ><одной ><и ><той ><же ><меткой ><типа ><отражают ><понятия ><одного ><и ><того ><же ><типа. ><Однако ><эти ><прямоугольники ><могут ><либо ><представлять, ><либо ><не ><представлять ><одно ><и ><то ><же ><индивидуальное ><понятие.>

<Каждый ><прямоугольник ><понятия ><помечается ><именами ><типа ><и ><экземпляра. ><Метки ><типа ><и ><экземпляра ><отделяются ><двоеточием. ><Граф ><на ><рис. ><6.16 ><показывает, ><что ><собака ><- ><коричневая. ><Граф ><на ><рис. ><6.17 ><означает, ><что ><некая ><неспецифицированная ><сущность ><типа ><имеет ><коричневый ><цвет. ><Если ><экземпляр ><не ><указан, ><понятие ><представляет ><неспеци-><фицированный ><индивидуум ><этого ><типа.>

<Концептуальные ><графы ><позволяют ><также ><описывать ><конкретные, ><но ><неименованные ><экземпляры. ><Для ><обозначения ><каждого ><экземпляра ><в ><мире ><рассуждений ><используется ><уникальный ><дескриптор, ><называемый ><маркером ><(marker). ><Он ><представляет ><собой ><число, ><перед ><которым ><расположен ><символ ><"#". ><Маркеры ><отличаются ><от ><имен ><тем, ><что ><они ><яв><ляются ><уникальными: ><экземпляр ><может ><иметь ><одно ><имя, ><несколько ><имен ><или ><вовсе ><быть ><безымянным, ><но ><он ><имеет ><ровно ><один ><маркер. ><Подобным ><образом ><различные ><экземпляры ><могут ><быть ><тезками, ><но ><не ><могут ><иметь ><один ><и ><тот ><же ><маркер. ><Это ><различие ><дает ><возмож><ность ><преодолевать ><семантические ><неоднозначности, ><возникающие ><при ><именовании ><объ><ектов. ><Граф ><на ><рис. ><6.17 ><означает, ><что ><конкретная ><собака ><#1352 ><- ><коричневая.>

<>

<Рис. ><6.16. ><Концептуальный ><граф, ><показывающий, ><что ><собака ><- ><коричневого ><цвета>

<>

<Рис. ><6.17. ><Концептуальный ><граф, ><показывающий, ><что ><отдельная ><(но ><безымянная) ><собака ><- ><корич><невого ><цвета>

<Маркеры ><позволяют ><отделить ><экземпляры ><от ><их ><имен. ><Если ><собака ><#1352 ><имеет ><имя ><Эмма, ><для ><его ><описания ><можно ><использовать ><концептуальное ><отношение ><(имя). ><Ре><зультатом ><является ><граф ><на ><рис. ><6.18. ><Имя, ><заключенное ><в ><двойные ><кавычки, ><указывает, ><что ><это ><строка. ><Там, ><где ><не ><возникает ><опасность ><неоднозначности, ><мы ><можем ><упростить ><граф ><и ><ссылаться ><на ><экземпляр ><прямо ><по ><имени. ><При ><таком ><соглашении ><граф ><на ><рис. ><6.18 ><эквивалентен ><графу ><на ><рис. ><6.16.>

<>

<Рис. ><6.18. ><Концептуальный ><граф, ><показывающий, ><что ><собака ><с ><именем ><- ><коричневого ><цвета>

<><Глава ><6. ><Представление ><знаний>

<247>

><<Хотя ><как ><в ><разговорной ><речи, ><так ><и ><в ><формальном ><представлении ><мы ><часто ><игнорируем ><различие ><между ><экземпляром ><и ><его ><именем, ><оно ><является ><важным ><и ><должно ><быть ><поддер><жано ><языком ><представления. ><Например, ><если ><мы ><говорим, ><что ><"John" ><- ><обычное ><мужское ><имя, ><мы ><утверждаем, ><что ><это ><свойство ><самого ><имени, ><а ><не ><какого-нибудь ><экземпляра ><с ><име><нем ><Это ><позволяет ><представлять ><такие ><английские ><выражения, ><как ><"Chimpanzee' ><("Шимпанзе ><является ><именем ><вида ><приматов"). ><Подобным ><об><разом ><можно ><представить ><факт ><наличия ><у ><объекта ><нескольких ><имен. ><Граф ><на ><рис. ><6.19 ><представляет ><ситуацию, ><описанную ><в ><лирической ><песне ><Леннона ><и ><Маккартни ><(1968 ><года) ><о ><девушке ><с ><именем ><которая ><называла ><себя ><но ><все ><ее ><знали ><как >

<>

<Рис. ><6.19. ><Концептуальный ><граф ><для ><представле><ния ><человека ><с ><тремя ><именами>

<Вместо ><обращения ><к ><объекту ><по ><маркеру ><или ><по ><имени ><можно ><использовать ><обоб><щенный ><маркер ><* ><для ><определения ><неспецифицированных ><экземпляров. ><Эта ><информация ><часто ><опускается ><в ><метках ><понятий: ><узел, ><заданный ><только ><меткой ><типа ><эквивален><тен ><узлу ><: ><*. ><Дополнительно ><к ><обобщенному ><маркеру ><концептуальные ><графы ><позво><ляют ><использовать ><именованные ><переменные. ><Они ><представляются ><звездочкой, ><за ><кото><рой ><следует ><имя ><переменной ><(например, ><*Х ><или ><*foo)><. ><Это ><полезно, ><если ><два ><отдель><ных ><узла ><должны ><обозначать ><один ><и ><тот ><же, ><но ><не ><указанный ><экземпляр. ><Граф ><на ><рис. ><6.20 ><представляет ><утверждение ><"The ><("Собака ><чешет ><ухо ><лапой"). ><Хотя ><мы ><не ><знаем, ><какая ><собака ><чешет ><свое ><ухо, ><переменная ><*Х ><указывает, ><что ><лапа ><и ><ухо ><принадлежат ><одной ><и ><той ><же ><собаке, ><которая ><чешется.>

<Итак, ><каждый ><узел ><понятия ><означает ><экземпляр ><определенного ><типа. ><Это ><объект, ><от><носящийся ><к ><данному ><понятию, ><или ><объект ><ссылки ><(referent). ><Ссылка ><задается ><либо ><ин><дивидуально, ><либо ><для ><всех ><экземпляров ><в ><целом. ><Если ><для ><объекта ><ссылки ><используется ><маркер ><экземпляра, ><понятие ><является ><конкретным, ><а ><если ><общий ><маркер ><- ><понятие ><счи><тается ><родовым.>

<>

<Рис. ><6.20. ><Концептуальный ><граф ><для ><предложения ><"The >

<><248>

<Часть ><Представление ><и ><разум ><в ><ракурсе ><искусственного ><интеллекта>

><<6.2.3. ><Иерархия ><типов>

<Как ><показано ><на ><рис. ><6.21, ><иерархия ><типов - ><это ><частичное ><упорядочение ><на ><множестве ><типов, ><которое ><можно ><обозначить ><символом ><Если ><и ><- ><есть ><типы ><и ><то ><говорят, ><что ><- ><это ><подтип ><- ><Поскольку ><эта ><систе><матизация ><частична, ><тип ><может ><иметь ><один ><или ><несколько ><супертипов, ><а ><также ><один ><или ><несколько ><подтипов. ><Если ><и ><и ><- ><типы, ><причем ><и ><то ><говорят, ><что ><- ><это ><общий ><подтип ><для ><и ><и. ><Подобным ><же ><образом, ><если ><и ><то ><- ><общий ><для ><и ><и.>

<>

<Рис. ><6.21. ><Иерархия ><типов, ><иллюстрирующая ><подтипы, ><супертипы, ><универсальный ><и ><абсурд><ный ><тип. ><Дуги ><представляют ><отношения>

<Иерархия ><типов ><концептуальных ><графов ><представляет ><собой ><решетку, ><описывающую ><общий ><вид ><системы ><множественного ><наследования. ><В ><этой ><решетке ><типы ><могут ><иметь ><множество ><родителей ><и ><детей. ><Однако ><каждая ><пара ><типов ><должна ><иметь ><минимальный ><общий ><и ><максимальный ><общий ><подтип. ><Тип ><является ><минимальным ><общим ><супертипом ><для ><типов ><и ><и, ><если ><и ><и ><для ><любого ><общего ><супертипа ><типов ><и ><Максимальный ><общий ><подтип ><имеет ><аналогичное ><определение. ><Минимальный ><общий ><супертип ><совокупности ><типов ><служит ><для ><определения ><свойств, ><присущих ><только ><этим ><типам. ><Поскольку ><многие ><типы, ><такие ><как ><(эмоция) ><и ><(рок), ><не ><имеют ><общих ><супертипов ><или ><подтипов, ><необходимо ><добавлять ><типы, ><которые ><выполня><ют ><эти ><роли. ><Чтобы ><иерархия ><типов ><действительно ><стала ><решеткой, ><в ><концептуальные ><графы ><включают ><два ><специальных ><типа. ><Универсальный ><тип ><(universal ><обозначает><ся ><символом ><и ><является ><супертипом ><всех ><типов. ><Абсурдный ><тип ><(absurd ><обозна><чается ><символом ><^ ><и ><является ><подтипом ><всех ><типов.>

<><Глава ><6. ><Представление ><знаний>

<249>

><<6.2.4. ><Обобщение ><и ><специализация>

<Теория ><концептуальных ><графов ><включает ><ряд ><операций ><для ><создания ><новых ><графов ><на ><основе ><существующих. ><Они ><позволяют ><генерировать ><новый ><граф ><путем ><либо ><спе><циализации, ><либо ><обобщения ><существующего ><графа, ><и ><очень ><важны ><для ><представления ><семантики ><естественного ><языка. ><На ><рис. ><6.22 ><показаны ><четыре ><операции, ><а ><именно: ><ко><пирование, ><ограничение, ><объединение ><и ><упрощение. ><Предположим, ><что ><и ><- ><кон><цептуальные ><графы.>

<Правило ><копирования ><позволяет ><сформировать ><новый ><граф ><который ><является ><точ><ной ><копией >

<Ограничение ><позволяет ><заменить ><узлы ><понятий ><графа ><узлами, ><представляющим ><их ><специализацию. ><Возможны ><две ><ситуации.>

<Если ><понятие ><помечено ><общим ><маркером, ><то ><общий ><маркер ><может ><быть ><заменен

><индивидуальным.>

<Метка ><типа ><может ><быть ><заменена ><одной ><из ><меток ><его ><подтипов, ><если ><это ><соответст

><вует >< >< ><объекту >< >< ><ссылки >< >< ><понятия. >< >< ><На >< >< ><рис. ><6.22 >< >< ><мы >< >< ><можем >< >< ><изменить >< >< >

><(животное) ><на ><(собака).>

<Правило ><объединения ><позволяет ><интегрировать ><два ><графа ><в ><один. ><Если ><узел ><поня><тия ><С1 ><графа ><идентичен ><узлу ><понятия ><С2 ><графа ><2><, ><то ><можно ><сформировать ><новый ><граф, ><вычеркивая ><с><2>< ><и ><связывая ><все ><его ><отношения ><с ><. ><Объединение- ><это ><правило ><специализации, ><так ><как ><результирующий ><граф ><является ><менее ><общим, ><чем ><любой ><из ><его ><компонентов.>

<Если ><граф ><содержит ><два ><одинаковых ><отношения, ><то ><одно ><из ><них ><может ><быть ><>вычеркнуто< ><вместе ><со ><всеми ><его ><дугами. ><В ><этом ><заключается ><правило ><упрощения. ><>Дублирующиеся< ><отношения ><часто ><возникают ><в ><результате ><операции ><объединения, ><как ><на ><графе ><94 ><на ><рис. ><6.22.

250>

<<>

<Рис. ><6.22. ><Примеры ><операций ><ограничения, ><объединения ><и ><упрощения>

<><Глава ><6. ><Представление ><знаний>

<251>

><<Для ><использования ><правил ><ограничения ><необходимо ><так ><сопоставить ><два ><понятия, ><чтобы ><их ><можно ><было ><объединить. ><Это ><позволит ><реализовать ><наследование. ><Например, ><замена ><обобщенного ><маркера ><индивидуальным ><реализует ><наследование ><экземпляром ><свойств ><типа. ><Замена ><метки ><типа ><меткой ><подтипа ><определяет ><наследование ><между ><клас><сом ><и ><суперклассом. ><Путем ><объединения ><одного ><графа ><с ><другим ><и ><ограничения ><опреде><ленных ><узлов ><понятий ><можно ><реализовать ><наследование ><различных ><свойств. ><На ><рис. ><6.23 ><показано, ><как ><шимпанзе ><наследует ><свойство ><"иметь ><руку" ><от ><класса ><(приматы) ><при ><замене ><метки ><типа ><меткой ><подтипа. ><Кроме ><того, ><на ><рисунке ><показано, ><как ><экземпляр ><наследует ><это ><свойство ><с ><помощью ><инстанцирования ><общего ><понятия.>

<>

<Рис. ><6.23. ><Наследование ><в ><концептуальных ><графах>

<Таким ><же ><образом ><объединение ><и ><ограничение ><можно ><применять ><для ><реализации ><правдоподобных ><высказываний, ><обычно ><используемых ><для ><понимания ><языка. ><Если ><мы ><говорим ><"Mary ><("Мэри ><и ><Том ><пошли ><вместе ><в ><>пиццерию<"), ><то ><автоматически ><делаем ><ряд ><предположений: ><они ><ели ><круглый ><итальянский ><хлеб, ><покрытый ><сыром ><и ><томатным ><соусом. ><Они ><ели ><его ><в ><ресторане ><и ><каким-то ><образом ><рас><считались ><за ><него. ><Это ><рассуждение ><может ><быть ><сделано ><на ><основе ><объединения ><и ><>ограничения<. ><Мы ><формируем ><концептуальный ><граф ><выражения ><и ><объединяем ><его ><с ><>концептуальными< ><графами ><(из ><базы ><знаний) ><для ><пиццы ><и ><ресторанов. ><Результирующий ><граф ><>позволяет< ><предположить, ><что ><они ><ели ><томатный ><соус ><и ><оплатили ><счет.>

<Объединение ><и ><ограничение ><являются ><правилами ><специализации. ><Они ><определяют ><частичное ><упорядочение ><на ><множестве ><полученных ><графов. ><Если ><граф ><является ><>специализацией< ><2><, ><то ><мы ><можем ><говорить, ><что ><2>< ><- ><обобщение ><Иерархия ><обобщения ><играет ><важную ><роль ><в ><представлении ><знаний. ><Иерархия ><обобщения ><используется ><в ><каче><стве ><основы ><для ><наследования ><и ><других ><общесмысловых ><схем ><рассуждения, ><а ><также ><во ><многих ><методах ><обучения, ><позволяя ><нам, ><например, ><конструировать ><обобщенное ><утвер><ждение ><на ><основе ><частного ><обучающего ><примера.>

<Эти ><правила ><не ><являются ><правилами ><вывода. ><Они ><не ><гарантируют, ><что ><из ><истинных ><гра><фов ><будут ><выводиться ><истинные ><графы. ><Например, ><при ><ограничении ><графа ><на ><рис. ><6.22 ><ре><зультат ><может ><не ><быть ><истинным ><- ><может ><быть ><кошкой. ><Подобным ><же ><образом ><пример ><объединения ><на ><рис. ><6.22 ><тоже ><не ><сохраняет ><истинность: ><собака ><на ><крыльце ><и ><соба><ка, ><которая ><ест ><кости, ><могут ><быть ><различными ><животными. ><Эти ><операции ><являются ><канони><ческими ><правилами ><формирования ><(canonical ><и, ><даже ><не ><сохраняя ><истин><ность, ><они ><обладают ><незаменимым ><свойством ><- ><сохраняют ><"осмысленность". ><Это ><важно>

252

<<при ><использовании ><концептуальных ><графов ><в ><задачах ><понимания ><естественного ><языка. ><Рас><смотрим ><три ><выражения.>

<(Альберт ><Эйнштейн ><сформулировал ><теорию ><относительности.)>

<(Альберт ><Эйнштейн ><- ><центровой ><в ><команде >

<(Концептуальные ><графы ><являются ><желтыми ><летающими ><мюмзиками.)>

<Первое ><выражение ><является ><истинным, ><а ><второе ><- ><ложным. ><Третья ><фаза ><вообще ><>бессодержательна<: ><грамматически ><правильная, ><оно ><не ><имеет ><смысла. ><Второе ><предложение, ><хоть ><и ><ложное, ><является ><осмысленным. ><Я ><могу ><представить ><Альберта ><Эйнштейна ><на ><баскетбольной ><площадке. ><Канонические ><правила ><формирования ><накладывают ><ограничения ><на ><семантику ><смысла, ><т.е. ><не ><позволяют ><формировать ><бессмысленные ><графы ><на ><основе ><осмысленных. ><Не ><являясь ><смысловыми ><правилами ><вывода, ><они ><формируют ><основу ><для ><многих ><правдоподобных ><рассуждений ><в ><системах ><понимания ><естественного ><языка ><и ><для ><общесмысловых ><рассуждений.>

<6.2.5.>< ><Пропозициональные ><узлы>

<Графы ><можно ><использовать ><для ><определения ><отношений ><между ><объектами ><мира, ><а ><также ><между ><высказываниями. ><Рассмотрим, ><например, ><утверждение ><"Tom ><("Том ><верит, ><что ><Джейн ><любит ><пиццу"). ><Здесь ><- ><это ><>отношение<, ><аргументом ><которого ><является ><высказывание. ><Концептуальные ><графы ><включают ><тип ><понятий ><(высказывание), ><объектом ><ссылки ><которого ><является ><>множество< ><концептуальных ><графов. ><Это ><позволяет ><определить ><отношения, ><включающие ><>высказывания<. ><Понятия ><высказываний, ><или ><пропозициональные ><понятия, ><изображаются ><прямоугольником, ><содержащим ><другой ><концептуальный ><граф. ><Эти ><понятия ><с ><>соответствующими< ><отношениями ><могут ><использоваться ><для ><представления ><знаний ><о ><>высказываниях<. ><На ><рис. ><6.24 ><показан ><концептуальный ><граф ><для ><приведенного ><выше ><утверждения. ><От><ношение ><(чувствующий) ><аналогично ><отношению ><(агент) ><- ><оно ><тоже ><связывает ><субъект ><с ><глаголом. ><Связь ><используется ><для ><состояний ><доверия, ><которые ><основываются ><скорее ><на ><интуиции, ><чем ><на ><действиях.>

<На ><рис. ><6.24 ><показано, ><как ><концептуальные ><графы ><с ><пропозициональными ><узлами ><мо><гут ><использоваться ><для ><выражения ><модальных ><понятий ><знания ><и ><доверия. ><Модальные ><ло><гики ><(modal ><связаны ><с ><различными ><типами ><высказываний. ><Они ><позволяют ><выразить ><то, ><во ><что ><верится, ><возможное, ><вероятное ><или ><обязательно ><истинное, ><подразумеваемое ><как ><результат ><действия ><или ><противоречащее ><фактам ><[Turner, ><1984].>

<6.2.6.>< ><Концептуальные ><графы ><и ><логика>

<Используя ><концептуальные ><графы, ><можно ><легко ><представить ><такие ><конъюнктивные ><понятия, ><как ><"The ><("Собака ><большая ><и ><голодная"), ><но ><это ><>представление< ><не ><позволяет ><описать ><отрицание ><или ><дизъюнкцию. ><Не ><решен ><также ><вопрос ><кван-><тификации ><переменных.>

<Мы ><можем ><реализовать ><отрицание, ><используя ><пропозициональные ><понятия ><и ><унарную ><операцию ><пед. ><Ее ><аргументом ><является ><пропозициональное ><понятие, ><которое ><в ><резуль><тате >< ><применения >< ><операции >< ><пед >< ><становится ><ложным. >< ><В >< ><концептуальном >< ><графе >< ><на

253>

<<рис. ><6.25 ><операция ><используется ><для ><представления ><утверждения ><"There ><("Розовых ><собак ><не ><бывает").>

<>

<Рис. ><6.24. ><Концептуальный ><граф ><утверждения ><"Тот ><иллюстрирующий ><ис><пользование ><понятий ><высказываний>

<Используя ><отрицание ><и ><конъюнкцию, ><можно ><формировать ><графы ><для ><представления ><дизъюнктивных ><утверждений ><в ><соответствии ><с ><правилами ><логики. ><Чтобы ><упростить ><эту ><процедуру, ><можно ><определить ><отношение ><включающее ><два ><высказывания ><и ><пред><ставляющее ><их ><дизъюнкцию.>

<Предполагается, ><что ><в ><концептуальных ><графах ><родовые ><понятия ><связаны ><квантором ><существования. ><Например, ><родовое ><понятие ><"dog" ><("собака") ><на ><графе, ><представленном ><на ><рис. ><6.14, ><действительно ><представляет ><переменную, ><связанную ><квантором ><существо><вания. ><Этот ><граф ><соответствует ><логическому ><выражению>

<$X$ ><У)^brownbrown( ><).>

<Используя ><отрицание ><и ><квантор ><существования ><(подраздел ><2.2.2), ><можно ><также ><пред><ставить ><квантор ><всеобщности. ><Например, ><граф ><на ><рис. ><6.25 ><можно ><рассматривать ><как ><представление ><логического ><утверждения>

<"X"Y(?(dog(X)^Color(X,Y)^pink(Y))).>

<>

<Рис. ><6.25. ><Концептуальный ><граф ><утверждения ><"There >

<Концептуальные ><графы ><по ><своей ><выразительной ><силе ><эквивалентны ><исчислению ><пре><дикатов. ><Как ><видно ><из ><этих ><примеров, ><существует ><прямое ><соответствие ><представления ><концептуальных ><графов ><системе ><обозначений ><исчисления ><предикатов. ><В ><[Sowa, ><1984]>

<><254>

<Часть ><Представление ><и ><разум ><в ><ракурсе ><искусственного ><интеллекта>

><<предложен ><следующий ><алгоритм ><преобразования ><концептуального ><графа ><в ><выражение ><исчисления ><предикатов.>

<Каждое ><из ><л ><родовых ><понятий ><графа ><связать ><с ><отдельной ><переменной ><Х1 ><..., X><><.>

<Каждое ><конкретное ><понятие ><в ><связать ><с ><отдельной ><константой. ><Эта ><константа

><может ><быть ><просто ><именем ><или ><маркером, ><используемым ><для ><указания ><объекта

><ссылки ><для ><данного ><понятия.>

<Представить ><каждый ><узел ><понятия ><унарным ><предикатом, ><имя ><которого ><соответст

><вует ><типу ><этого ><узла, ><и ><аргументом ><которого ><является ><переменная ><или ><константа

><данного ><узла.>

<Представить ><каждое ><концептуальное ><отношение ><на ><графе ><пре

><дикатом ><с ><тем ><же ><именем. ><Каждый ><аргумент ><предиката ><является ><переменной ><или

><константой, ><соответствующей ><узлу ><понятия, ><связанного ><с ><этим ><отношением.>

<Сформировать ><тело ><выражения ><исчисления ><предикатов ><в ><виде ><конъюнкции ><всех

><атомарных ><выражений, ><построенных ><в ><пп. ><3 ><и ><4. ><Все ><переменные ><в ><выражении

><считаются ><связанными ><квантором ><существования. ><Например, ><граф ><на ><рис. ><6.16

><представляется ><выражением ><исчисления ><предикатов ><вида>

<$X1(dog(Emma)^Color(Emma,X1)^brown(X1)).>

<Хотя ><концептуальные ><графы ><можно ><описать ><в ><синтаксисе ><исчисления ><предикатов, ><они ><поддерживают ><ряд ><специальных ><механизмов ><вывода, ><таких ><как ><объединение ><и ><огра><ничение, ><не ><являющихся ><частью ><исчисления ><предикатов.>

<Мы ><представили ><синтаксис ><концептуальных ><графов ><и ><определили ><операцию ><ограни><чения ><как ><средство ><реализации ><наследования. ><Однако ><это ><не ><весь ><спектр ><операций ><и ><пра><вил ><вывода, ><которые ><можно ><реализовать ><на ><таких ><графах. ><Кроме ><того, ><до ><сих ><пор ><не ><рас><сматривалась ><проблема ><определения ><необходимых ><понятий ><и ><отношений ><для ><такой ><предметной ><области, ><как ><естественный ><язык. ><Мы ><вернемся ><к ><этим ><вопросам ><в ><подразде><ле ><13.3.2 ><и ><используем ><концептуальные ><графы ><для ><реализации ><базы ><знаний ><простой ><про><граммы ><понимания ><естественного ><языка.>

<6.3. ><Альтернативы ><явному ><представлению>

<><В ><последние ><годы ><исследователи ><ИИ ><продолжали ><изучать ><роль ><представления ><в ><реа><лизации ><интеллекта. ><Кроме ><коннекционистского ><и ><эмерджентного ><подходов, ><рассматри><ваемых ><в ><главах ><10 ><и ><11, ><наиболее ><достойной ><альтернативой ><явному ><представлению ><яв><ляется ><методология, ><описанная ><в ><работах ><Брукса ><из ><Массачусетского ><технологического ><института ><[Brooks, ><1991a]. ><Брукс ><ставит ><под ><сомнение ><необходимость ><какой-либо ><цен><трализованной ><схемы ><представления ><и ><с ><помощью ><своей ><категориальной ><архитектуры ><(subsumption ><показывает, ><как ><интеллектуальные ><сущности ><могут ><развиваться ><из ><более ><низких ><вспомогательных ><форм ><интеллекта.>

<Другой ><взгляд ><на ><проблему ><явного ><и ><статического ><представления ><содержится ><в ><рабо><тах ><Мелани ><Митчелл ><(Melanie ><и ><Дугласа ><Хофстадтера ><(Douglas ><из ><университета ><штата ><Индиана. ><Архитектура ><(подражательная ><архитектура) ><- ><это ><развивающаяся ><сеть, ><которая ><адаптируется ><к ><смыслу ><отношений, ><открываемых ><в ><процес><се ><экспериментирования ><с ><внешним ><миром.>

<Важным ><прикладным ><аспектом ><исследования ><Брукса ><и ><Митчелл ><является ><то, ><что ><их ><идеи ><были ><разработаны ><на ><искусственных ><объектах, ><а ><затем ><проверялись ><с ><некоторыми

255>

<<ограничениями ><в ><реальной ><ситуации. ><Как ><отмечается ><во ><введении ><к ><главе ><16, ><это ><ставит ><работы ><Брукса ><и ><Митчелл ><в ><разряд ><эмпирических ><наук: ><их ><эксперименты ><разработаны ><и ><проведены, ><в ><результате ><чего ><догадки ><были ><подтверждены ><или ><отвергнуты, ><и ><как ><следст><вие ><- ><реализовано ><следующее ><поколение ><экспериментов.>

<6.3.1. ><Гипотезы ><Брукса ><и ><категориальная ><архитектура>

<Брукс ><выдвинул ><гипотезу ><о ><том, ><что ><интеллект ><и ><рациональное ><поведение ><не ><возника><ет ><в ><нематериальных ><(невоплощенных) ><системах, ><подобных ><системам ><доказательства ><теорем, ><или ><даже ><в ><традиционных ><экспертных ><системах ><(раздел ><7.2). ><Эту ><гипотезу ><автор ><подтвердил ><на ><примерах ><созданных ><им ><роботов. ><Брукс ><считает, ><что ><интеллект ><является ><продуктом ><взаимодействия ><определенной ><многослойной ><системы ><со ><своим ><окружением. ><Более ><того, ><Брукс ><придерживается ><точки ><зрения, ><что ><интеллектуальное ><поведение ><возни><кает ><при ><взаимодействии ><архитектур, ><организованных ><из ><более ><простых ><сущностей. ><В ><этом ><состоит ><основная ><идея ><его ><категориальной ><архитектуры ><(subsumption >

<Категориальная ><архитектура ><реализована ><Бруксом ><в ><системе ><управления ><роботом. ><Эта ><архитектура ><представляет ><собой ><совокупность ><объектов-обработчиков, ><предназначенных ><для ><решения ><отдельных ><задач. ><Каждый ><такой ><объект ><является ><конечным ><автоматом, ><ко><торый ><непрерывно ><преобразует ><воспринимаемую ><входную ><информацию ><в ><выходное ><управляющее ><воздействие ><и ><зачастую ><реализуется ><с ><помощью ><простого ><множества ><про><дукционных ><правил ><типа ><условие®действие ><(раздел ><5.3). ><С ><помощью ><этих ><правил ><можно ><определить ><(случайным ><образом, ><т.е. ><без ><знания ><глобального ><состояния), ><какие ><действия ><соответствуют ><текущему ><состоянию ><подсистемы. ><Брукс ><допускает ><некую ><об><ратную ><связь ><от ><более ><низких ><уровней ><системы.>

<Перед ><тем ><как ><представить ><пример ><архитектуры ><Брукса ><на ><рис. ><6.26, ><познако><мимся ><с ><его ><философией. ><Брукс ><полагает, ><что ><"при ><построении ><больших ><интеллекту><альных ><систем ><представление ><является ><неправильной ><единицей ><абстракции". ><Следо><вательно ><"явные ><представления ><и ><модели ><мира ><можно ><строить ><лишь ><на ><низших ><уровнях ><интеллекта. ><Оказывается, ><в ><качестве ><модели ><мира ><лучше ><использовать ><сам ><мир" ><[Brooks, ><1991a]. ><Таким ><образом, ><Брукс ><рассчитывает ><строить ><интеллектуаль><ные ><системы ><инкрементально. ><На ><каждом ><этапе ><архитектуры ><он ><предлагает ><создать ><завершенную ><систему ><и ><обеспечить ><надежность ><функционирования ><ее ><составных ><частей ><и ><их ><интерфейсов. ><На ><каждом ><шаге ><проектирования ><он ><строит ><завершенные ><интеллектуальные ><системы, ><которые ><тестируются ><в ><мире, ><требующем ><действитель><ного ><восприятия ><и ><действия ><[Brooks, ><1991a].>

<На ><рис. ><6.26, ><взятом ><из ><работы ><[Brooks, ><1991a], ><показана ><трехуровневая ><категориаль><ная ><архитектура. ><Каждый ><уровень ><представляет ><собой ><сеть ><фиксированной ><топологии, ><состоящую ><из ><простых ><конечных ><автоматов, ><имеющих ><несколько ><состояний, ><один ><или ><два ><внутренних ><регистра, ><один ><или ><два ><таймера ><и ><доступ ><к ><простым ><вычислительным ><устройствам, ><позволяющим, ><например, ><вычислить ><сумму ><векторов. ><Эти ><конечные ><авто><маты ><работают ><асинхронно, ><посылая ><и ><получая ><сообщения ><фиксированной ><длины. ><В ><сис><теме ><нет ><централизованного ><управления. ><Наоборот, ><каждый ><конечный ><автомат ><управля><ется ><данными, ><получаемыми ><им ><через ><сообщения. ><При ><получении ><сообщения ><или ><завер><шении ><временного ><периода ><ожидания ><состояние ><автомата ><изменяется. ><В ><системе ><нет ><глобальных ><данных ><или ><каких-либо ><динамически ><создаваемых ><коммуникационных ><свя><зей. ><Таким ><образом, ><в ><ней ><невозможно ><реализовать ><общее ><управление. ><Все ><конечные ><ав><томаты ><равноправны ><и ><являются ><пленниками ><своей ><связности.

256>

<<>

<Рис. ><6.26. ><Функции ><трехуровневой ><категориальной ><архи><тектуры ><из ><работы ><[Brooks ><1991a]. ><Уровни ><реализуют ><функции ><(избегать), ><(перемещаться), ><(исследовать)>

<На ><рис. ><6.26 ><представлено ><подмножество ><функций ><трехслойной ><архитектуры, ><реализо><ванной ><в ><одном ><из ><первых ><роботов ><[Brooks, ><1991a]. ><Робот ><был ><оснащен ><кольцом ><из ><двена><дцати ><сонарных ><датчиков. ><Каждую ><секунду ><эти ><датчики ><давали ><двенадцать ><радиальных ><из><мерений ><расстояния ><до ><препятствия. ><На ><самом ><низком ><уровне ><категориальной ><архитектуры ><реализуется ><функция ><(избежать), ><которая ><предотвращает ><столкновение ><робота ><с ><объектами, ><вне ><зависимости ><от ><того, ><являются ><они ><статическими ><или ><движущимися. ><Авто><мат ><с ><меткой, ><помеченный ><(сонарные ><данные), ><выдает ><мгновенную ><инфор><мацию ><тар, ><которая ><передается ><на ><автоматы ><(столкновение) ><и ><(ощущение ><препятствия), ><первый ><из ><которых ><способен ><генерировать ><сообщение ><(остановиться) ><для ><автомата, ><отвечающего ><за ><перемещение ><робота ><вперед. ><При ><активиза><ции ><автомата ><он ><способен ><генерировать ><инструкции ><(уйти ><прочь) ><или ><(обойти), ><чтобы ><избежать ><опасности.>

<Эта ><сеть ><конечных ><автоматов ><самого ><низкого ><уровня ><генерирует ><инструкции ><(остановиться) ><и ><(обойти) ><для ><всей ><системы. ><Следующий ><слой ><(перемещение) ><определяет ><способ ><перемещения ><системы, ><генерируя ><для ><робота ><случай><ное ><направление ><каждые ><10 ><секунд. ><Автомат ><(нижний ><уровень) ><полу><чает ><направление ><от ><автомата ><и ><связывает ><его ><с ><результатами ><работы ><уровня ><Автомат ><использует ><этот ><результат ><для ><подавления ><поведения ><более ><низкого ><уровня, ><заставляя ><робота ><двигаться ><в ><направлении, ><близком ><к ><заданному, ><и ><в ><то ><же ><время ><избегать ><столкновения ><со ><всеми ><препятствиями. ><И, ><наконец, ><активизиру><ясь, ><автоматы ><(повернуть) ><и ><(прямо) ><(на ><верхнем ><уровне ><архитектуры) ><будут ><подавлять ><любые ><новые ><импульсы, ><присланные ><от ><автомата >

<Верхний ><уровень ><(исследовать) ><позволяет ><изучить ><окружение ><робота. ><При ><этом ><он ><осматривает ><(look) ><отдаленные ><места ><и ><достигает ><их, ><планируя ><путь ><Этот ><уровень ><способен ><подавлять ><инструкции ><автомата ><и ><наблюдать ><за ><тем, ><как ><уси><лиями ><нижнего ><уровня ><робот ><огибает ><препятствия. ><Он ><корректирует ><отклонения ><и ><фоку><сирует ><робота ><на ><достижении ><цели, ><сдерживая ><блуждающее ><поведение, ><но ><разрешает ><ав><томату ><самого ><низкого ><уровня ><уклоняться ><от ><препятствий ><на ><пути. ><При ><реализации ><от><клонений, ><сгенерированных ><на ><более ><низком ><уровне, ><уровень ><вызывает ><автомат ><чтобы ><вновь ><сориентировать ><систему ><на ><достижение ><цели. ><Основой ><кате->

<><Глава ><6. ><Представление ><знаний>

<257>

><<гориальной ><архитектуры ><Брукса ><является ><то, ><что ><система ><не ><требует ><централизованных ><символьных ><рассуждений ><и ><генерирует ><все ><свои ><действия ><без ><поиска ><среди ><возможных ><следующих ><состояний. ><Хотя ><такой ><конечный ><автомат ><генерирует ><инструкции ><для ><дейст><вий ><исходя ><из ><своего ><текущего ><состояния, ><глобально ><система ><действует ><на ><основе ><взаи><модействия ><нижних ><системных ><уровней.>

<Представленная ><трехслойная ><архитектура ><взята ><из ><раннего ><проекта ><Брукса ><по ><разра><ботке ><робота, ><передвигающегося ><к ><цели. ><В ><последние ><годы ><его ><исследовательская ><группа ><разработала ><сложные ><системы ><с ><большим ><количеством ><уровней ><[Brooks, ><1993], ><[Brooks ><и ><1994]. ><Одна ><система ><способна ><путешествовать ><по ><лаборатории ><роботики ><Массачу-><сетского ><технологического ><института ><в ><поисках ><пустых ><алюминиевых ><банок ><на ><рабочих ><столах. ><В ><этой ><системе ><реализованы ><уровни ><для ><открытия ><дверей ><офисов, ><поиска ><рабо><чих ><столов ><и ><распознавания ><банок. ><Другие ><уровни ><отвечают ><за ><управление ><рукой ><робота ><для ><сбора ><этих ><банок ><в ><мусорную ><корзину.>

<Брукс ><утверждает, ><что ><поведение ><верхнего ><уровня ><возникает ><в ><результате ><разработки ><и ><тестирования ><отдельных ><слоев ><более ><низкого ><уровня ><архитектуры. ><Четкое ><окончательное ><по><ведение, ><требующее ><как ><внутри-, ><так ><и ><межуровневых ><связей, ><формируется ><в ><процессе ><экспе><римента. ><Таким ><образом, ><категориальная ><архитектура ><успешно ><реализована ><в ><нескольких ><простых ><прикладных ><робототехнических ><системах ><[Brooks, ><1989], ><[Brooks, ><1991a].>

<С ><категориальной ><архитектурой ><и ><другими ><подходами ><к ><проектированию ><систем ><управления ><связано ><несколько ><важных ><проблем ><(см. ><также ><раздел ><16.2).>

<Существует ><проблема ><достаточности ><локальной ><информации ><на ><каждом ><уровне

><системы. ><Поскольку ><на ><каждом ><уровне ><чисто ><реактивные ><конечные ><автоматы ><при

><нимают ><решения ><по ><локальной ><информации, ><т.е. ><по ><данным ><текущего ><уровня, ><в

><процессе ><принятия ><решений ><не ><учитывается ><информация ><с ><других ><локальных

><уровней. ><По ><определению ><такое ><решение ><будет ><недальновидным.>

<Если ><не ><существует ><абсолютного ><"знания" ><или ><"модели" ><сложного ><окружения, ><как

><можно ><на ><основе ><локальной ><входной ><информации ><об ><ограниченной ><ситуации ><сге

><нерировать ><инструкции ><для ><выполнения ><глобально ><приемлемых ><действий? ><Как

><может ><верхний ><уровень ><согласовывать ><возможные ><результаты?>

<Как ><чисто ><реактивный ><компонент ><с ><очень ><ограниченным ><набором ><состояний ><может

><обучаться ><в ><своей ><среде? ><Если ><агент ><должен ><быть ><интеллектуальным, ><на ><некотором

><уровне ><системы ><нужна ><достаточная ><информация ><для ><реализации ><механизмов ><обучения.>

<Существует ><проблема ><масштабирования. ><Хотя ><Брукс ><и ><его ><помощники ><объявили ><о

><реализации ><категориальных ><архитектур ><из ><шести ><и ><даже ><десяти ><уровней, ><необходимо

><сформулировать ><принципы ><дальнейшего ><масштабирования ><интересного ><поведения.

><Может ><ли ><этот ><подход ><быть ><обобщен ><на ><очень ><большие ><и ><сложные ><системы?>

<Наконец, ><мы ><должны ><задать ><вопрос: ><что ><такое ><"эмерджентность"? ><Не ><мистика ><ли ><это? ><На ><настоящем ><этапе ><развития ><науки ><эмерджентности ><относится ><к ><явлениям, ><с ><которыми ><мы ><можем ><только ><считаться. ><Нам ><поставили ><задачу ><разработать ><систему, ><обладающую ><интеллектом, ><и ><испытать ><ее. ><К ><сожалению, ><без ><дальнейшей ><разработки ><этой ><инструкции ><эмерджентность ><остается ><только ><словом, ><описывающим ><то, ><что ><мы ><еще ><не ><можем ><по><нять. ><В ><результате ><очень ><трудно ><определить, ><как ><можно ><использовать ><эту ><технологию ><для ><дальнейшего ><построения ><более ><сложных ><систем. ><В ><следующем ><разделе ><мы ><опишем ><гибридную ><архитектуру ><позволяющую ><открывать ><инварианты ><в ><проблемной ><об><ласти ><исследовательским ><путем.>

<><258>< ><Часть ><Представление ><и ><разум ><в ><ракурсе ><искусственного ><интеллекта>

><<6.3.2. ><Архитектура >

<Часто ><приходится ><слышать ><критические ><замечания ><в ><адрес ><традиционных ><схем ><пред><ставления ><ИИ, ><связанные ><с ><их ><статичностью ><и ><неспособностью ><отражать ><динамическую ><природу ><мыслительных ><процессов ><и ><интеллекта. ><Например, ><попадая ><в ><новую ><ситуацию, ><человек ><часто ><бывает ><поражен ><ее ><сходством ><с ><уже ><известными ><ситуациями. ><Часто ><отме><чается, ><что ><человек ><получает ><информацию ><как ><снизу ><вверх, ><т.е. ><стимулируется ><новыми ><образами ><окружения, ><так ><и ><сверху ><вниз, ><т.е. ><связывается ><с ><ожидаемым ><результатом.>

<- ><это ><архитектура ><решения ><задач, ><разработанная ><в ><диссертации ><Мелани ><Мит><челл ><[Mitchell, ><1993] ><под ><руководством ><Дугласа ><Хофстадтера ><[Hofstadter, ><1995] ><в ><Индиан-><ском ><университете. ><Архитектура ><основывается ><на ><многих ><предшествующих ><ей ><техниках ><представления, ><включая ><модели ><классной ><доски ><(раздел ><5.4), ><семантические ><сети ><(раздел ><6.2), ><сети ><связей ><(глава ><10) ><и ><системы ><классификации ><[Holland, ><1986]. ><Она ><также ><использует ><подход ><Брукса ><к ><решению ><задач, ><состоящий ><в ><активном ><взаимодействии ><с ><предметной ><областью. ><Однако ><в ><отличие ><от ><моделей ><Брукса ><и ><сетей ><связей ><в ><в ><со><став ><решателя ><задач ><входит ><глобальное ><"состояние". ><Более ><того, ><представление ><является ><его ><динамической ><характеристикой. ><поддерживает ><механизм, ><подобный ><семанти><ческой ><сети, ><который ><растет ><и ><изменяется ><в ><процессе ><непрерывного ><взаимодействия ><со ><своим ><окружением. ><Таким ><образом, ><представление ><является ><менее ><хрупким ><и ><более ><обте><каемым ><- ><оно ><включает ><ту ><информацию, ><которую ><счел ><важной ><сам ><агент, ><а ><не ><ту, ><которую ><считал ><важной ><разработчик ><программы. ><И, ><наконец, ><компоненты ><позволяют ><изу><чать ><ситуацию ><сверху ><вниз ><и ><снизу ><вверх, ><а ><также ><устанавливают ><аналогии.>

<Изначально ><задачей ><являлось ><восприятие ><и ><определение ><простых ><аналогий. ><В ><этом ><смысле ><архитектура ><базируется ><на ><ранних ><работах ><[Evans, ><1968] ><и ><[Reitman, ><1965]. ><Примером ><такой ><задачи ><является ><комплектация ><групп ><взаимосвязанных ><понятий: ><(горячий) ><и ><(холодный), ><(высокий) ><и ><(стена), ><(короткий), ><(мокрый), ><(крепость) ><или ><построение ><групп ><понятий ><на ><основе ><иерархической ><орга><низации ><мира, ><в ><частности, ><(медведь) ><и ><(свинья), ><либо ><(стул) ><и ><(ножка), ><(стол), ><(кофе), ><(земляника). ><Архитектура ><при><менялась ><для ><завершения ><упорядоченных ><в ><алфавитном ><порядке ><строк, ><таких ><как: ><и ><или ><и ><либо ><и ><или ><и >

<включает ><три ><основных ><компонента: ><рабочее ><пространство ><(workspace), ><гибкую ><сеть ><(slipnet), ><блок ><кодов ><(coderack). ><Эти ><составляющие ><взаимодействуют ><через ><подсистему ><измерения ><температуры. ><Температурный ><механизм ><включает ><степень ><вос><приятия ><в ><системе, ><а ><также ><управляет ><степенью ><случайности ><при ><принятии ><решения. ><Вы><сокая ><температура ><свидетельствует, ><что ><информации ><для ><принятия ><решения ><мало, ><низкая ><температура ><означает ><противоположное. ><Таким ><образом, ><при ><высоких ><температурах ><ре><шения ><более ><случайны, ><а ><при ><понижении ><температуры ><система ><достигает ><консенсуса. ><И, ><наконец, ><низкая ><температура ><говорит ><о ><"созревании" ><решения, ><а ><также ><отражает ><его ><"достоверность".>

<Рабочее ><пространство ><- ><это ><глобальная ><структура, ><подобная ><классной ><доске, ><описан><ной ><в ><разделе ><5.5, ><предназначенная ><для ><создания ><объектов, ><инспектируемых ><другими ><ком><понентами ><системы. ><В ><этом ><смысле ><оно ><во ><многом ><подобно ><области ><сообщений ><в ><класси><фикационной ><системе ><Холланда ><[Holland, ><1986]. ><В ><рабочем ><пространстве ><организуется ><ие><рархия ><воспринимаемых ><структур ><(три ><строки ><алфавитных ><символов). ><На ><рис. ><6.27 ><представлено ><возможное ><состояние ><рабочего ><пространства ><со ><связями ><(стрелками) ><между ><соответствующими ><компонентами ><строк. ><Обратите ><внимание ><на ><то, ><что ><на ><ранних ><стадиях ><построения ><аналогии ><образуется ><связь ><между ><элементом ><с ><и ><парой ><Мс.

259>

<<>

<Рис. ><6.27. ><Возможное ><состояние ><рабочего ><простран><ства ><Показано ><несколько ><примеров ><связей ><между ><буквами ><[Mitchel, ><1993]>

<Гибкая ><сеть ><(slipnet) ><отражает ><набор ><понятий ><или ><потенциальных ><ассоциаций ><для ><компонентов ><аналогии ><(рис. ><6.28). ><Ее ><можно ><рассматривать ><как ><динамически ><перестраи><ваемую ><семантическую ><сеть, ><каждый ><из ><узлов ><которой ><имеет ><свой ><уровень ><активации. ><Связи ><в ><сети ><могут ><быть ><помечены ><именами ><других ><узлов. ><В ><соответствии ><с ><уровнем ><ак><тивации ><помеченных ><узлов ><связанные ><узлы ><увеличиваются ><или ><сокращаются. ><Таким ><об><разом, ><система ><изменяет ><степень ><ассоциации ><между ><узлами ><в ><зависимости ><от ><контекста. ><Это ><важно ><при ><построении ><текущего ><решения. ><Для ><узлов, ><более ><тесно ><связанных ><в ><>текущем< ><контексте, ><уровень ><активации ><возрастает.>

<>

<Рис. ><6.28. ><Небольшая ><часть ><гибкой ><сети ><с ><узлами, ><связями ><и ><мет><ками; ><адаптировано ><из ><[Mitchell ><1993]>

<Блок ><кодов ><(coderack) ><- ><это ><априори ><организованная ><вероятностная ><очередь, ><>состоящая< ><из ><небольших ><фрагментов ><исполняемых ><кодов ><(u-кодов), ><предназначенных ><для ><взаимодействия ><с ><объектами ><рабочего ><пространства ><и ><расширяющих ><некоторую ><часть ><формируемого ><решения ><за ><счет ><исследования ><различных ><аспектов ><пространства. ><В ><>системе<, ><описанной ><в ><[Holland, ><1986], ><очень ><похожи ><на ><отдельные ><классификаторы.>

<Узлы ><гибкой ><сети ><генерируют ><и ><направляют ><их ><в ><блок ><кодов ><с ><вероятностной ><оценкой ><исполнения. ><Таким ><образом, ><система ><поддерживает ><параллельные ><кодовые ><сег><менты, ><конкурирующие ><между ><собой ><за ><возможность ><обнаружить ><и ><построить ><структуры ><рабочего ><пространства. ><Эти ><коды ><соответствуют ><породившим ><их ><узлам. ><В ><поиске ><приме->

<><260>

назад содержание далее




ПОИСК:




© FILOSOF.HISTORIC.RU 2001–2021
Все права на тексты книг принадлежат их авторам!

При копировании страниц проекта обязательно ставить ссылку:
'Электронная библиотека по философии - http://filosof.historic.ru'
Сайт создан при помощи Богданова В.В. (ТТИ ЮФУ в г.Таганроге)


Поможем с курсовой, контрольной, дипломной
1500+ квалифицированных специалистов готовы вам помочь