Семантична сітка являє собою граф, у вершинах якого фіксуються найменування даних, а ребрам відповідають відношення, що встановлюються між ними. Якщо деяку предметну область можна подати набором двомісних предикатів, що групуються у блоки, що являють собою множину тверджень про якийсь об’єкт або явище, то її можна подати також у вигляді семантичної сітки. Це можливо тому, що бінарні предикати припускають подання за допомогою графів, у яких ребрам відповідають предикати, а вершинам аргументи. При цьому ребра спрямовані від першого аргументу до другого. Сукупність таких структур, що подані у вигляді графа, і утворюють сітку, що називається семантичною.
Семантичні сітки як засіб подання знань мають певні переваги перед декларативним та процедуральним поданням. Вони забезпечують досить легке розуміння, оновлення та засвоєння знань у відносно однорідній структурі. Окрім того, вони мають досить простий доступ до знань, а це безпосередньо пов’язано з загальною ефективністю роботи систем. Тут істотно спрощується процедура виводу рішення. Однак, для подання таких простих логічних відношень, як логічні зв’язки, квантори загальності та існування, семантичні сітки поступаються декларативному поданню, а для відображення динамічних та паралельних процесів – процедуральному. Поєднання вдалих прийомів з декларативного та процедурального подання з принципами, що використовуються у семантичних сітках, призвело до створення іншого виду семантичного способу подання – сіток фреймів. Їхньою особливістю є те, що тут використовуються модульні структури, що являють собою відносно самостійні блоки або одиниці.
Загальну ідея фреймового способу подання знань сформулював М.Мінський стосовно зорового сприйняття об’єктів. За визначенням М.Мінського, фреймом є один з перспективних видів об’єкта сприйняття, який можна формально подати деякою структурою у вигляді графа. Верхня вершина такого графа відповідає найменуванню об’єкта, а підпорядковані вершини – елементам цього об’єкта, що їх видно спостерігачеві з певної точки. Зміна положення об’єкта відносно спостерігача призводить до формування інших фреймів, оскільки видимими тут можуть бути інші елементи. За думкою автора, елементи, які стають при цьому невидимими, не зникають з пам’яті, а запам’ятовуються, що відображається і в формальному запису нових фреймів. Це має вираз в тому, що між такими елементами та найменуваннями нових фреймів встановлюється зв’язок з поміткою про те, він є неявним. В результаті ті самі елементи можуть повторюватися в різних фреймах. Запропонована автором форма запису фреймів дозволяє не дублювати такі елементи, а використовувати їх як спільні термінали для певної групи фреймів. Група фреймів, що пов’язані між собою, утворює систему.
Отже, фрейм – це деяка структура, що містить відомості про певний об’єкт і є цілісною та відносно автономною одиницею знання. За уявленням М.Мінського, у довгостроковій пам’яті людини зберігається великий набір систем фреймів, що використовуються, наприклад, під час розпізнання людиною зорових образів. З цією метою в пам’яті активується такий фрейм (або система), який найбільше відповідає гіпотезі про об’єкт сприйняття, що й забезпечує високу швидкість його розпізнання та осмислення.
Така уява про фрейми отримала в подальший розвиток та інтерпретацію. Фрейм зараз, як правило, ототожнюється зі стандартною, стереотипною ситуацією, що включає деяку множину конкретних однорідних ситуацій. Залежно від класу ситуацій розрізняють фрейми візуальних образів, фрейми-сценарії, семантичні фрейми і т. ін.
Структура фрейма включає три основних типи даних: поняття (назва фрейма), характеристика (назва термінала – вершини нижнього рівня), значення характеристики (заповнювач термінала). У зв’язку з цим можна вважати, що у фреймі реалізовано деякі загальні принципи, що властиві організації баз даних, де як одиниці виділяються об’єкти, характеристики та їхні значення, а також семантичним сіткам, у яких розрізняють абстрактний та конкретний рівень.
Завершуючи розгляд засобів подання знання про світ, варто відмітити, що в цілому жоден з них не має таких переваг, які б дозволили зовсім ігнорувати інші. Обрання того чи іншого засобу значною мірою залежить від конкретної предметної області задач, що розв’язуються, а також інших чинників.
Логіко-психологічні аспекти знання
Спроби відповісти на питання, що таке “знання”, призводять передусім до висновку, що це поняття належить до того класу явищ, що інтуїтивно здаються зрозумілими, але не можуть бути представлені у вигляді вичерпного та однозначного визначення. Ось чому в працях із штучного інтелекту демонструються різні конкретні засоби подання знання, але зазвичай відсутні будь-які розгорнуті його визначення. При цьому підкреслюють те, що знання, як і системи штучного інтелекту загалом, повинні виконувати роль моделі інтелекту людини. Але ж для того, щоб моделювати, треба мати принаймні гіпотетичні відомості про об’єкт моделювання. В ролі такого об’єкта в даному випадку виступає так звана “картина світу”, що існує в інтелекті людини.
Найбільш наочно це поняття розкривається на прикладі такого виду систем штучного інтелекту, як інтелектуальні роботи. Інтелектуальний робот, на відміну від різного роду маніпуляторів, характеризується автономністю та певною універсальністю. Це означає, що він може не лише виконувати одну операцію, а ще й вирішувати різні задачі, приймаючи при цьому самостійні рішення залежно від стану навколишнього середовища. Для цього він повинен орієнтуватися в цьому середовищі. Оснащений різними сенсорними датчиками, такий робот може сприймати дійсність, яка його оточує. Але одного сприйняття мало. Він повинен впізнавати об’єкти та ніби осмислювати їх, тобто постигати їхнє значення для діяльності, яку він виконує, пов’язувати їх з тими чи іншими конкретними своїми діями. Для цього він повинен мати у своїй пам’яті модель даної предметної області, яка й дозволяє йому розпізнавати об’єкти навколишнього середовища, їхні зв’язки, відношення, ситуації, що змінюються і т. ін. Питання полягає в тому, якою має бути ця модель, щоб забезпечити найефективніше виконання роботом завдань, а також його адекватне орієнтування в навколишньому середовищі. Очевидно, вона має бути подібною до моделі, що існує в інтелекті людини, оскільки саме людський інтелект є найвищою формою відображення дійсності. (Звичайно, це справедливо лише з точки зору людини – так само як для кульбаби найвищою формою відображення дійсності є саме її, кульбабине, сприйняття світу. Тобто, якщо існує інша, ще вища за людську форма відображення дійсності, вона все одно ніяк не зможе допомогти людині розширити сприйняття. Простіше кажучи, її для нас взагалі не існуватиме, оскільки ми не маємо можливості поглянути на це “збоку”, знаходячись у полоні своїх недосконалих органів почуттів та “обчислювальних потужностей” головного мозку. Але оскільки тут ідеться про моделювання саме людського інтелекту, ми погодимося з вищенаведеним твердженням, втім, зазначивши, що воно справедливе лише в межах галузі й не може претендувати на універсальність.)
Отже, для вдалого моделювання людського інтелекту необхідно мати певну сукупність відомостей, що в конструктивному плані характеризують модель світу, що формується в інтелекті. Такі відомості потрібно отримати з психологічних досліджень, що спрямовані на вивчення пізнавальних здібностей людини, таких, як мислення, пам’ять та ін. У зв’язку з цим звернемося до загальної психології.
У вітчизняній психології мислення традиційно знаходиться в центрі уваги дослідників. При цьому в нерозривному зв’язку з мисленням розглядається також знання, яке є результатом процесу мислення та одним із засобів його існування. Особливо це характерно для проблеми розуміння, що розглядається на матеріалі вирішення різних інтелектуальних задач.
Основна увага під час дослідження мислення концентрується на виді знання, що є результатом процесу мислення і являє собою нове знання, але не на самому цьому знанні, а на процесі його отримання, що звичайно і вважається ціллю будь-якого розумового акту. Тому переважно досліджуються операції мислення, етапи даного процесу, різні умови його успішного протікання, його види і т. д. Нове ж знання, щойно воно отримане, переходить у категорію минулого досвіду. Воно включається й по необхідності використовується у змісті пам’яті як один із засобів або умов виконання процесу мислення.
Таким чином, основною формою існування знання в інтелекті людини є форма минулого досвіду, який складає інформаційну базу мислення та існує в пам’яті у вигляді його змісту. Але тут виникає питання: чи можна все, що знаходиться у пам’яті, вважати знанням? Очевидно, ні. Така відповідь пов’язана з тим, що, незважаючи на вибраність, певну спрямованість мнемічних процесів, пам’ять все ж таки зберігає велику кількість інформації, що надходить до неї мимоволі. Ця інформація може тривалий час не актуалізуватися і не відтворюватися, не будучи достатньою мірою усвідомленою та осмисленою. Знанням, очевидно, є такий досвід, який є достатньою мірою осмисленим та включеним у якісь зв’язки та відношення з іншими елементами змісту пам’яті. Про це свідчить той факт, що легко актуалізується та відтворюється матеріал, який базується смислових зв’язках. Це означає, що знання в пам’яті людини зберігається в системному вигляді та має таку структуру, яка забезпечує оперативну перебудову під час включення елементів нового знання, а також його актуалізацію.
Але під час дослідження пам’яті власне ця структура не розглядається як об’єкт, оскільки основна увага тут, як і під час вивчення мислення, зосереджується на виявленні механізмів мнемічної діяльності: запам’ятовування, зберігання, відтворення, забування і т. д. Під час розгляду цих процесів вміст пам’яті позначається звичайно як деякий матеріал. Однак вивчення будь-якого процесу неможливе без виділення дискретних елементів, що беруть у ньому участь. В психології такі елементи виділяються та вивчаються. Це первинні образи, уявлення, поняття та ін. Вважається, що вони і є тим матеріалом, який міститься в пам’яті й яким оперує мислення. Але вони вивчаються самі по собі, переважно у зв’язку з вивченням сприйняття, а не як елементи деякої системи, зокрема знання.