Системы, базы знаний иногда насчитывают сотни правил, и для инженера знаний при такой сложности системы, процесс обновления состава правил и контроль связей между ними становится весьма затруднительным, поскольку добавляемые правила могут дублировать имеющиеся знания или вступать с ними в противоречие.
Для выявления подобных фактов можно использовать программные средства, но включение их в работу системы приводит к еще более тяжелым последствиям - потере работоспособности, так как в этом случае инженер знаний теряет представление о том, как взаимодействуют правила.
Так как возрастает количество связей между понятиями, инженеру знаний трудно их контролировать.
Представление знаний, основанных на фреймах, является альтернативным по отношению к системам, основанным на правилах: оно дает возможность хранить иерархию понятий в базе знаний в явной форме.
Фреймом называется структура для описания стереотипной ситуации, состоящая из характеристик этой ситуации и их значений. Характеристики называются слотами, а значения - заполнителями слотов. Слот может содержать не только конкретное значение, но и имя процедуры, позволяющей вычислить его по заданному алгоритму, а также одно или несколько правил, с помощью которых это значение можно найти. В слот может входить не одно, а несколько значений. Иногда слот включает компонент называемый фасетом, который задает диапазон или перечень его возможных значений. Как уже отмечалось, помимо конкретного значения, в слоте могут храниться процедуры и правила, которые вызываются при необходимости вычисления этого значения. Если, например, фрейм, описывающий человека, включает слоты "Дата рождения" и "Возраст", и в первом из них находится некоторое значение, то во втором слоте может стоять процедура, вычисляющая возраст по дате рождения и текущей дате.
Процедуры, располагающиеся в слоте, называются связанными процедурами.
Чаще всего используются процедуры:
"если - добавлено" - выполняется, когда новая информация помещается в слот;
"если - удалено" - выполняется, когда информация удаляется из слота;
"если - нужно" - выполняется, когда запрашивается информация из слота, а он пустой.
Эти процедуры могут проверять, что при изменении значения производятся соответствующие действия.
Совокупность фреймов, моделирующая какую-нибудь предметную область, представляет собой иерархическую структуру, в которую соединяются фреймы. На верхнем уровне иерархии находится фрейм, содержащий наиболее общую информацию, истинную для всех остальных фреймов. Фреймы обладают способностью наследовать значения характеристик своих родителей, находящихся на более высоком уровне иерархии. Значения характеристик фреймов могут передаваться по умолчанию фреймам, находящимся ниже них в иерархии, но, если последние содержат собственные значения данных характеристик, то в качестве истинных данных принимаются именно они. Это обстоятельство позволяет легко учитывать во фреймовых системах различного рода исключения. Различают статические и динамические системы фреймов. В системах статических фреймы не могут быть изменены в процессе решения задачи, в динамических системах это допустимо. Наиболее ярко достоинства фреймовых систем представления знаний проявляется в том случае, если связи между объектами изменяются нечасто и предметная область насчитывает немного исключений.
Значения слотов представляются в системе в единственном экземпляре, поскольку включается только в один фрейм, описывающий наиболее общее понятие из всех тех, которые содержат слот с данным именем. Такое свойство систем фреймов дает возможность уменьшить объем памяти, необходимый для их размещения в компьютере. Однако основное достоинство состоит не в экономии памяти, а в представлении в БЗ связей, существующих между понятиями предметной области.
На рис. приведен фрагмент базы знаний о свойствах горения нитей. Данный фрагмент основан на
следующих знаниях:
анидные и капроновые нити являются нитями из полиамидного волокна;
нити из синтетических волокон включают полиамидные, лавсановые и акриловые нити;
нити из синтетических волокон горят;
продуктом сгорания большинства нитей из синтетических волокон является твердый шарик;
нити из полиамидного волокна горят медленно;
нити из лавсана и акрила горят быстро;
при сгорании акриловой нити образуется рыхлый шарик;
при горении анидной и акриловой нити запах отсутствует;
при горении капроновой нити чувствуется запах сургуча;
при горении лавсановой нити чувствуется сладковатый запах.
В результате с помощью базы знаний можно получить новые знания, например:
Капроновая нить горит медленно, при горении чувствуется запах сургуча, после сгорания образуется твердый шарик.
