Хроники инженера-разработчика. Глава 3. 4

Марвин Ли Минский

Фото из интернета

МАРВИН МИНСКИЙ И ЕГО ФРЕЙМЫ

Этот американец - учёный в области искусственного интеллекта, сооснователь Лаборатории искусственного интеллекта в Массачусетском технологическом институте, ещё в 1973 году в статье «Структура для представления знаний», а позже в 1978-м в книге "Психология машинного зрения", предложил очень интересный и достаточно простой подход, который позже, в "Техническом проекте" САПРа в составе ИСА ТПП, сыграл для нас определяющую роль в решении одной из самых сложных его проблем - представления знаний, как "системы смыслов".

Благодаря «фреймам» М. Минского, нам удалось формализовать описание технологического процесса в общем виде, что в последующем, обеспечило нашему САПРу очень высокую универсальность, да к тому же, совершенно неожиданную для нас, инвариантность степени автоматизации проектных работ в системе - от абсолютно «ручного» и до 100% автоматического.

Казалось бы, чисто теоретическое представление - абстракция М. Минского, естественно, абсолютно не касавшаяся каких-либо технологических процессов сборки самолетов, а поди ты, в конечном счете, практически и предопределила успех нашего «Технического проекта» САПРа второго поколения.

Именно поэтому, я и вынес «фреймы» М. Минского в отдельную главу, в качестве примера использования сотрудниками, для кого-то "прикладной" науки - достижений академической, а для нас, и практической «помощи» от одного из мировых корифеев в области искусственного интеллекта.

Но об этом всё по порядку.

Для практической реализации нашей новой парадигмы, было необходимо, чтобы результаты технологического проектирования – технологические операции, смогли бы «зажить» собственной жизнью, уже вне системы проектирования их породившей.
Это, как воздушный шарик, надул и пустил его в самостоятельный полёт.

На тот момент, по публикациям наших коллег, я не видел у них такой необходимости, похоже, что они без на то оснований, отождествляли алгоритмы проектирования с его конечным результатом, что, конечно же, далеко не одно и тоже.

Им, уже в соответствии с нашими новыми воззрениями, было вполне достаточным трактовать технологические САПРы, как инструменты исключительно только одной «печати» технологической документации, для которой действительно было достаточно алгоритмов с зашитыми непосредственно в них «моделями» фрагментов технологических процессов.

Пару слов о моделях и моделировании.
«Модель — это искусственно созданный объект, который даёт лишь некоторое представление о реальном объекте, процессе или явлении, причём, в этом случае, отражает только существенные стороны изучаемого объекта с точки зрения целей моделирования».
А, «моделирование, соответственно - есть процесс по созданию и исследованию моделей с целью изучения их оригиналов».
Общеизвестно, что этот метод уже давно и по сей день, успешно применяется во всех сферах нашей жизни.

К началу 80-х годов, свидетельством эффективности «моделирования», для нас уже был пример из собственного самолетостроения, в котором не первый год моделировали поверхности и конструктивно-силовой набор летательных аппаратов, как в ОКБ, так и  в плазово-шаблонных цехах наших заводов.

Но, что самое примечательное, единожды появившись на свет, эти модели действительно начинали «жить» собственной жизнью, уже непосредственно в производственных цехах, куда передавались для воспроизведения «поверхностей» в металле на станках ЧПУ.

Пример действительно показательный, но для нас, кроме как от его идейной составляющей, другой, какой-либо пользы не было абсолютно!

Дело в том, и это принципиальный момент, модели эти были – АНАЛИТИЧЕСКИМИ.
На то время, в большинстве своём с применением «сплайнов», как «математической функции, область определения которой разбита на конечное число отрезков, на каждом из которых она совпадает с некоторым алгебраическим полиномом».

Прилежно проштудировав не один раздел математики, оказалось, что ни один из них нам помочь в формализации "технологических процессов" не в состоянии – везде сплошная «аналитика», а нам был нужен инструмент для работы с «обычными» человеческими смыслами, в прямом понимании этого слова!

О том, что мы столкнулись с явно нетривиальной проблемой, я понял практически сразу, как только углубился в изучение «дебрей» её понятийного аппарата.

Посудите сами, о чём всё ЭТО?!

Оказалось, что понятия «смысла», всегда рассматриваются в конкретных контекстах и всегда, имеют различные интерпретации, в зависимости от области применения.
По этой причине, "смыслы" и имеют значительное число формулировок, от «идеи», «сущности» и «конечной цели», до «значения» и «предназначения».

А, во-вторых, из всех на то время, известных видов «моделирования», таких как, физическое, математическое, логического и даже компьютерного, ни одного, подходящего нам тоже не оказалось!

Ещё того совершенно не зная, мы оказались перед жгучей необходимостью, самим изобрести его новый вид – семантического моделирования технологических процессов, а проще говоря, создания моделей из их структурных «смыслов».

Но сделать это, мы смогли только благодаря и после Марвина Ли Минского – выдающегося ученого и инженера, первопроходца с играми «смыслов», впервые сформулировавшего для науки «Искусственного интеллекта» эту фундаментальную проблему!

На сегодня о М. Минском написано уже достаточно много, но по-прежнему, он широкой публике остаётся малоизвестным персонажем, исключая, конечно, научную среду и, в первую очередь, его коллег по цеху – пионеров «искусственного интеллекта».

Всезнающая «Алиса» приводит такие вехи его биографии.
Родился Марвин в 1927 году в Нью-Йорке в еврейской семье.
За годы учебы успел окончить несколько школ, в том числе Высшую научную школу Бронкса и Филлипсовскую академию в городке Эндовер штата Массачусетс.
В 1944 – 1945 годах служил в американских военно-морских вооружённых силах, а в 1950 и 1954 годах в престижнейших Гарвардском и Принстонском университетах США защитил две диссертации.
С 1958 года и вплоть до своей смерти в 2016 году в возрасте 88 лет являлся профессором информационных искусств и наук, профессором электроники и электротехники и профессором вычислительных наук Массачусетского технологического института.

М. Минский был не только выдающимся теоретиком, но и очень продуктивным инженером, внесшим значительный личный вклад в становление и развитие ряда самых современных на сегодня научных и технических направлений.

Заложил основы создания интеллектуальных систем и алгоритмов машинного обучения, внеся вклад в развитие нейронных сетей, когнитивной архитектуры и символьного искусственного интеллекта.
Разработал и построил одни из первых визуальных сканеров и механических рук с тактильными датчиками, которые сегодня являются деталями современных роботов.
Помимо других наград, в 1969 году стал Лауреатом премии Тьюринга — высшей награды в области компьютерных наук за новаторскую работу в области искусственного интеллекта.

Так что же, на самом деле в 1973 году предложил М. Минский?
А предложил он тот самый «фрейм», что с перевода на русский означает «рамку» или «каркас», а образно говоря, всего-то, «бублик с дыркой посередине».

В начале 70-х он с коллегами только начали работать над новой проблемой, известной сегодня, как «распознавание образов» для систем технического зрения, для которого и потребовался принципиально новый «механизм» для восприятия пространственных сцен.
Одним словом, требовалось предложить «нечто», с помощью которого уже «машина» смогла бы отличить, к примеру «табуретку» от «медведя».

М. Минский это и сделал, предложив свой «фрейм», как «структуру данных для представления стереотипной ситуации», в качестве модели абстрактного образа, минимально возможное описание «сущности» какого-либо объекта, процесса, события или ситуации.

Чуток из необходимой теории. 
Фрейм, как "единица" смысла, предполагает наличие определённой структуры, обязательно состоящей из её «имени» и отдельных единиц, называемых «слотами» или «дырами».

«Имя» фрейма несёт некое "представление" о чём-либо, а слоты, с заполненными в них «значениями», раскрывают его сущность с той или иной детализацией.
Кроме того, в качестве «значения» слота могут выступать имена других фреймов, образуя тем самым уже их сеть, или содержать не только конкретные значения, но и имена процедур, позволяющих вычислять их по заранее заданному алгоритму.

Фреймы, с незаполненными слотами, называются протофреймами, а с заполненными — экзофреймами.
Роль протофрейма, как оболочки в экзофрейме, важна принципиально, потому как, позволяет в "машине"осуществлять процедуры внутренней интерпретации, и благодаря которым, в этот момент данные не безлики, а имеют вполне определенный, уже "известный" ей смысл!

Эти, помимо и других, примечательные особенности  фреймов, предложенных М. Минским, составили сущность тех разработок, которые по завершению 1982 года были оформлены нами техническим проектом, как "САПР-ТП СПРУТ в составе ИСА ТПП".