Фрейм ( — «каркас, остов», «будова, структура, система», «рамка», «окремий кадр фільму» та ін.) — структура, що репрезентує стереотипні ситуації у свідомості (пам'яті) людини або інтелектуальної системи і призначена для ідентифікації нової ситуації, що базується на такому ситуативному шаблоні.
Історія Цю категорію було введено в 1974 році Марвіном Мінським, відомим дослідником в галузі штучного інтелекту. Концепція фреймів формувалася у контексті відомого Стенфордського Проекту створення інтегрального робота «око-рука», де фрейм мислився як знаряддя для моделювання процесу сцен із дійовими особами, супутніми предметами, фоном тощо. Фрейми означали стереотипні, еталонні сцени, добре відомі людині з життєвого досвіду або спеціальних знань, під які можна було підводити нові, близькі до них сцени, щоб у такий спосіб розпізнавати структуру нових сцен та ситуацій.
Загальні відомості Фрейм, за визначенням М. Мінського, є ієрархічно впорядкованою репрезентацією певної стандартної ситуації дійсності. У формальній нотації він може бути представлений у вигляді графової структури, де головна позначає об'єкт (наприклад, «кімната»), а підпорядковані вершини-елементи цього об'єкта, які можна спостерігати з певних позицій . Вважається, що у довгостроковій пам'яті людини зберігається великий набір різноманітних фреймів, що актуалізуються під час пред'явлення нових сцен. Для розпізнавання сцен в пам'яті людини має актуалізуватися саме той фрейм, що якнайбільше відповідає гіпотезі про об'єкт, який сприймається. У такий спосіб здійснюється ідентифікація об'єкта у свідомості людини. Наприклад, інтелектуальна система, що використовує фрейм «кімнати», має змоделювати здатність людини, що входить до кімнати, охопити все єдиним поглядом, скласти уявлення про те, що є у кімнаті, як розставлені меблі, скільки у кімнаті вікон тощо.
Фрейм репрезентує у свідомості людини (або у її комп'ютерній моделі) не лише стереотипну ситуацію, але водночас і зв'язки цієї структури з деякими іншими видами інформації, зокрема, з інформацією про те, як користуватися фреймом та що слід робити, коли сподівання не виправдовується. Один із провідних дослідників у галузі штучного інтелекту Р. Шенк наголошував, що «винахід фрейму» став справжньою сенсацією для штучного інтелекту; ця структура виявилася надзвичайно важливою не тільки для розв'язання проблеми розпізнавання візуальних образів, але майже одразу для створення моделей розуміння природної мови.
Структура фрейму
В теорії фреймів образ називають фреймом, фреймом також називають і формалізовану модель для представлення образу. З такої моделі не можна нічого забрати, але є можливість заповнення певних дірок в атрибутах, таких, як кількість вікон, колір стін, висота стелі, покриття підлоги та інше. Розрізняють фрейми-взірці або прототипи, які зберігаються в базі даних, та фрейми-екземпляри, котрі створюють для відображення фактичних ситуацій на основі даних, що надійшли. Модель фрейму є достатньо універсальною, оскільки дозволяє відобразити все різноманіття знань через фрейми структури, які використовуються для позначень об'єктів та понять (позика, заклад, вексель); ролей (менеджер, касир, клієнт); сценаріїв (банкрутство, зібрання акціонерів, святкування уродин); ситуацій (тривога, аварія, робочий режим пристрою) і т. д.
+дитина <div style='text-align: center;'> Ігор <div style='text-align: center;'> мавпа Це є Людина Дитина Примат Стать Чоловік Чоловік Чоловік або жінка Вік Менше 12 років 8 років Ціле число Місце проживання Де небудь вул. Руська 3 Джунглі+
Останнім часом спектр застосування концепції фреймів суттєво розширений: до нього увійшли лінгвістична семантика, когнітивна теорія метафори, прикладна семіотика, теорія репрезентації ментальних станів та дій тощо.
Особлива чутливість до концепції фреймів та успішна асиміляція цієї концепції в лінгвістиці пояснюється тим, що по суті фрейм не є для неї абсолютно новим поняттям. Прямими аналогами або лінгвістичними прообразами такої концепції можна вважати ті лінгвістичні напрями, що займаються відмінковими «рамками» дієслів. Це насамперед відома «глибинно-відмінкова граматика» (Ч. Філлмор), а також концепція ситуаційно-рольового тлумачення лексичних значень та тематичних груп (Ю. Д. Ампресян, О. К. Жолковський, Ю. С. Мартем'янов, В. Ю. Розенцвейг, Ю. К. Щеглов та інші); теорія семантичних полів Й. Трира, концепція репрезентації певних типів лексичних значень мовою думок Lingua mentalis А. Вежбицької тощо.
Найзначніші теоретичні та прикладні результати дає використання фреймів для розроблення систем розуміння природної мови.
Серед теоретичних результатів варто насамперед згадати запропоновану Ч. Філлмором концепцію двох семантик, що спирається на використання фреймів.
Фреймові концепції Аналізуючи роль фреймів у моделюванні розуміння природної мови, Ч. Філлмор розрізнює дві семантики: семантику, орієнтовану на розуміння (Р-семантику), та семантику, орієнтовану на визначення істинності висловлювань (І-семантику). При цьому Р-семантика оперує поняттям інтерпретуючого опису семантики лексем, граматичних категорій та тексту. Найбільш «концентроване» застосування фрейм знаходить у теорії розуміння Ч. Філлмора, яку він називає Р-семантикою другого рангу. Така семантика включає три компоненти: композиційну семантику (фреймову структуру тексту), практичне міркування, що ґрунтується на використанні фреймових знань (знань про реальність) та забезпечує виявлення імпліцитних семантичних зв'язків між висловлюваннями в тексті; міркування, що спирається на знання про комунікативні наміри, репрезентовані у фреймовій формі. У ситуації міркування природно-мовне виведення розглядається як сукупність операцій над елементами фреймів.
Використанню фреймів у моделях розуміння смислу зв'язаного тексту присвячені дослідження Р. Шенка та його колег. У їх концепції проголошується центральна роль каузального зв'язку в організації смислової структури тексту. Смисл, за Шенком, це концептуальна структура, а експлікатом такої концептуальної структури є каузально зв'язаний ланцюг подій. Події, в яких зливається найбільша кількість каузальних ланцюжків, утворюють понятійний стрижень—фабулу розповіді. Зв'язність тексту має визначатися через каузальну інтерпретацію концептуальних структур, з яких складається текст. Причинні зв'язки, що поєднують певну подію з іншою, мають виявляти смисл цієї події з точки зору ширшого контексту. Це останнє завдання і виконує фрейм-структура.
Р. Шенк розрізняє два типи фреймових структур: сценарії та плани, що складаються з послідовності елементарних дій. Елементарні дії об'єднані в певні класи, наприклад, клас PTRANS означає «переміщати» (про фізичні об'єкти), клас MTRANS—"переміщати« (про мисленнєві операції), клас MOVE—»рухатися" тощо. Під сценарієм Р. Шенк розуміє детермінований каузальний ланцюг концептуалізацій, що описує стандартний перебіг подій у будь-якій відомій ситуації. Окремі події зв'язані між собою за принципом причинно-наслідкового ланцюга: результатом кожної дії стає ситуація, де є можливою чергова подія. Основна функція сценарію полягає у керуванні процесом виведення наслідків. Сценарії описують стандартні, типові ситуації реальності; вони складаються з назви ситуації, ролей, тобто імен учасників ситуації, переліку причин виникнення певної ситуації та набору сцен, де кожна сцена описана як набір елементарних дій. Так, сцена «вхід до ресторану», що входить до сценарію «Відвідання ресторану», може бути описана як послідовність таких елементарних дій: PTRANS — увійти в ресторан; MTRANS — знайти вільний стілець; MOVE — сісти тощо.
Плани — це засіб, за допомогою якого встановлюється причинно-наслідкові зв'язки між сценаріями. План описує стандартну послідовність дій людини в тому чи іншому випадку; він складається із сцен та сценаріїв, що ведуть до певної мети.
Своєрідний фреймовий підхід розвивається у моделях Є. Чарняка, що оперують «системами знань», налаштованими на розуміння коротких дитячих розповідей та логічне виведення наслідків. Коментуючи історію формування фреймового підходу на матеріалі підходу Є. Чарняка, Х. Ийм та М. Салувеєр підкреслюють, що шлях до визнання фреймів у цьому випадку пролягав через відмову від так званої концепції «демонів», у певному відношенні близьку до концепції фреймів.
Під демонами у теорії розпізнавання образів розуміють певного типу факти та правила, зв'язані з деякими ключовими поняттями та темами. Коли у тексті експліцитно або імпліцитно згадується відповідна тема, зв'язані з нею демони актуалізуються. Їх функція полягає у додаванні інформації, зосередженої у знаннях, до інформації, безпосередньо представленої у тексті. Наприклад, один з демонів, що зв'язаний з поняттям «дощ», є такий: «якщо йде дощ, а Р знаходиться ззовні, то Р стає мокрим». Проте використання демонів породжує багато проблем. Зокрема, якщо у тексті згадується «ключова» тема, вона автоматично «збуджує» всіх зв'язаних з нею демонів. Крім того, виявляється, що демони не дають можливості з'ясовувати часові співвідношення подій. Для подолання таких проблем Є. Чарняк звертається до фрейм-структури. У його трактуванні фрейм складається з так званих «фреймових тверджень», що описують у досить загальних категоріях окремі дії та їх етапи. Кожне речення у розповіді, що аналізується, інтерпретується як реалізація одного або кількох фреймових тверджень. У процесі аналізу тексту конструюється його «фреймове зображення», та ведеться обмін того, які частини фрейму та до якої межі вже реалізовані у тій послідовності подій, що детермінована фреймом. Це дає змогу реконструювати «правильний» хід подій у процесі аналізу розповіді, де окремі події описуються не у жорсткому часовому порядку.
На відміну від наведених вище фреймових концепцій Ч. Філлмора, Р. Шенка, Є.Чарняка, де впевнено проголошується велика креативна спроможність фрейму як категорії репрезентації знань у моделях розуміння природної мови, у праці Й. Уілка «Сім тез про штучний інтелект та природну мову» висловлюється вкрай скептичне ставлення до основних положень та результатів теорії фреймів. Й. Уілкс вважає, що фрейми виявляються надто конкретними структурами, у той час як актуальним завданням досліджень у галузі моделювання розуміння природної мови залишається створення загальної теорії репрезентації знань. Якщо розвивати далі фреймовий підхід у такому ж напрямі, то, на думку Й. Уілкса, потрібно буде постійно розробляти все нові і нові фрейми: від ресторанів та універмагів до виготовлення їжі, садівництва тощо.
Ще однією вадою фреймового підходу Й. Уілкс вважає також відсутність критеріїв для розв'язання питання про те, коли варто актуалізовувати знання, які містяться у фреймі, що тільки вносить плутанину в аналіз тексту. Інакше кажучи, йдеться про заперечення механічного принципу застосування фреймів. На підтвердження своєї думки Й. Уілкс наводить такий приклад: «По дорозі до ресторану „Орфей“ Джон зайшов до універмагу. І весь час думав про ритуали ініціації, які він побачив у телепрограмі». Якщо для розуміння цього тексту, розмірковує Й. Уілкс, механічно вжити метод фреймів, то для цих речень були б вибрані чотири великих фрейми: «ресторани», «універмаги», «ритуали ініціації», «телебачення», які навряд чи мають відношення до їх тлумачення.
Інші дослідницькі напрями Серед інших дослідницьких напрямів, де застосовується метод фреймів, варто зазначити, принаймні, ще два: моделювання процесів метафоризації на когнітивному рівні (А. М. Баранов) та формування прикладної семіотики як нової парадигми штучного інтелекту (Д. О. Поспєлов).