Marvin Minsky Biografia Artigo Frames Entrevista Exclusiva \end{enumerate} %\subsection{Idéia básica} Minsky descreve os sistemas de Frames como um modo de representar como a mente trabalha e para sugerir uma maneira possível de programar um ser de inteligência artificial usando um sistema similar. \par Nas palavras do próprio Minsky, a essência da teoria apresentada no artigo é a seguinte (tradução livre): \begin{quotation} Quando alguém enfrenta uma nova situação, ele seleciona da memória uma estutura chamada Frame, que é uma estrutura rememorada, adaptável para se encaixar na realidade. \end{quotation} \par Vejamos a seguir os \textbf{pontos principais} descritos no seu artigo. \begin{enumerate} \item O Sistema de Frames descrito é composto de: \begin{list}{}{} \item Frames. \item Slots ou Terminais \item Sistemas de Frames \item Sistemas de Recupeação de Informaçoes \end{list} \item Frames individuais são estrutruras de dados para representar uma situação estereotipada, como os exemplos citados no artigo: (1) estar em uma sala e (2) ir a uma festa infantil de aniversário. \par Ligado a cada frame, existem informações sobre: (1) como usar o frame, (2) o que vai acontecer em seguida, e (3) o que fazer se as expectativas não forem confirmadas. \item Cada Frame está ligado a seus slots. Estes slots mantém dados específicos do frame. Estes dados podem ser valores, instruções de uso, condições de preenchimento, ações ou outros frames. Quando estes frames não estão sendo usados, os slots estão preenchidos com valores default. Estes valores default são fracamente acoplados aos terminais, de modo a serem fácilmente descartados se novos dados se adequarem melhor a dada situação. \item Existem frames relacionados que representam diferentes maneiras de usar a mesma informação. Estes frames relacionados estão ligados num sistema de frames. Sistemas de frames são grupos de frames que estão relacionados e compartilham os mesmos slots para entrada de dados \item Sistemas de frames são ligados juntos por sistemas de recuperação de informações. \item Minsky aborda a linguagem de maneira similar, usando a gramática para embasar sua opinião. \item Os frames relacionados são geralmente determinados por cenários. Estes cenários podem indicar uma mudança de dados num slot. \item Os frames são excepcionalmente importantes para a compreensão da linguagem. Uma sentença simples pode indicar slots, anexar sub-frames, aplicar uma transformação ou causar uma substituição de um frame de alto nível quando uma indicação proposta não for adequada \end{enumerate} Susan Möller Ferreira Guilherme Osório Moreira Júlio César Narciso Luciano Ribeiro da Costa

Marvin Minsky Suas pesquisas levaram a avanços teóricos e práticos em: inteligência artificial, psicologia cognitiva, redes neurais teoria das funções recursivas máquinas de Turing

Marvin Minsky  09.ago.1927 Formação de Matemático Professor no Massachusetts Institute of Technology (MIT) - 1958 Laboratório de Inteligência Artificial do MIT (1959). Toshiba Professor of Media Arts and Science

Marvin Minsky Pioneiro da robótica mecânica baseada em inteligência e telepresença Construiu a primeira tartaruga mecânica para o LOGO Construiu a primeira rede de aprendizagem neural (SNARC, 1951). Recebeu o Turing Award (1970)

Alguns Trabalhos "Steps Towards Artificial Intelligence" (1959) analisou tudo o que existia sobre o assunto "Matter, Mind, and Models" (1963) tratou do problema de se fazer máquinas com auto-consciência “Perceptrons,” (1969) caracteriza as capacidades e limitações das máquinas de reconhecimentos de padrões e aprendizagem baseadas em redes neurais

Alguns Trabalhos “A Framework for Representing Knowledge" (1974) ele criou um modelo de representação do conhecimento para muitos fenômenos em cognição, entendimento da linguagem, e percepção visual "The Society of Mind" (Sociedade da Mente, 1985), a qual combina insights da psicologia do desenvolvimento da criança e suas experiências com pesquisa em Inteligência Artifical.

Alguns Trabalhos “The Emotion Machine” (in press) descreve os papéis dos sentimentos, metas, emoções e pensamentos conscientes, em termos de processos que motivam e regulam as atividades dentro das nossas mentes

A Framework for Representing Knowledge Marvin Minsky [1974] MIT-AI Laboratory Memo 306, June, 1974. Republicado em 1975 Duas versões curtas publicadas em 1981 e 1992 Sete partes Importância – IA, RC, OO ... The Psychology of Computer Vision, P. Winston (Ed.), McGraw-Hill, 1975. Resumos (shorter versions) J. Haugeland, Ed., Mind Design, MIT Press, 1981, Cognitive Science, Collins, Allan and Edward E. Smith (eds.) Morgan-Kaufmann, 1992 Thinking always begins with suggestive but imperfect plans and images; these are progressively replaced by better–but usually still imperfect–ideas. http://web.media.mit.edu/~minsky/ minsky@media.mit.edu

Idéia central dos Frames Parte - Introdução Crítica inicial Trabalhos anteriores Idéia central dos Frames Direto ao ponto Crítica inicial – Os ingredientes da maioria das teorias em IA e Psicologia parecem muito locais e desestruturadas para poder explicar o aparente poder e velocidade das atividades mentais Trabalhos anteriores em IA – Papert 72 (micro-worlds) Newell and Simon 72 – (espaço de problemas) Schank, Abelson e Norman 74 (objetos linguisticos) Levam a RC como coleção de fragmentos simples Necessária teoria coerente, unificada Paper traz mais questões que respostas Deficiências anotadas – Não é uma teoria completa, mas é uma boa explicação para vários fenômenos da inteligência humana Idéia central – Situação nova Frames - Objetos Terminals – Propriedades e métodos Frame-systems – Coleção de frames relacionados - Classes Matching – Tentativa de dar valor aos atributos Here is the essence of the theory: When one encounters a new situation ... one selects from memory a structure called a Frame. A frame is a data-structure for representing a stereotyped situation, like being in a certain kind of living room, or going to a child's birthday party ... This is a remembered framework to be adapted to fit reality by changing details as necessary.

Parte um - LOCAL AND GLOBAL THEORIES FOR VISION Visão e reconhecimento de imagens Visão simbólica. Enfrentamento de cenário Descreve como pode ser o cenário analisado com a utilização de sub-frames. Descreve os mecanismos simbólicos da perspectiva, pontos de vista e ocultação do cenário, que explicam a sensação de movimento.

Parte dois - LANGUAGE, UNDERSTANDING, AND SCENARIOS Linguística. Fábula Discurso e visão Novamente o cenário Aborda a aplicação do conceito de frames na explicação do fenômeno da compreensão linguística Mostra o complexo conhecimento necessário para entender a mais simples fábula (o lobo e o cordeiro bebendo água no rio). Propõe que a estrutura de significados de um discursos nada mais é que a construção de instâncias de frames e sub-frames. Exemplifica a utilização de valores default com a tradução de linguagem. Se água é algo usual a ser bebido em determinada cultura, então água é o valor default para o terminal correspondente para o que está sendo bebido. Tradução para o japonês necessita de informar que o lobo estava bebendo água do rio. Traça um paralelo entre a visão passiva(ver) e ativa(imaginar) e a linguagem passiva(ouvir) e ativa(falar). As primeiras são mais limitadas a analisar e entender, e as segundas são mais abertas a criar. Apresenta a abordagem para cenário e preenchimento de expectativas por meio do exemplo da festa de aniversário infantil. Definição adulta e definição infantil (roupa, presente, jogos, decoração, comida, bolo, sabores do sorvete ) Apresenta o ponto de vista de que os frames são uma coleção de questões a serem apresentadas acerca de determinada situação. There was once a Wolf who saw a Lamb drinking at a river and wanted an excuse to eat it. For that purpose, even though he himself was upstream, he accused the Lamb of stirring up the water and keeping him from drinking

Parte três - LEARNING, MEMORY, AND PARADIGMS Cenário Enfrentamento Acomodação Conhecimento Discute memória, aquisição e recuperação de conhecimento. Aborda aprendizado e memória Apresenta as requisições ao sistema de memória e os mecanismos de acomodação para exepectativas de frames não satisfeitas. Enfrentamento EXPECTATION: How to select an initial frame to meet some given conditions. ELABORATION: How to select and assign subframes to represent additional details. ALTERATION: How to find a frame to replace one that does not fit well enough. NOVELTY: What to do if no acceptable frame can be found. Can we modify an old frame or must we build a new one? LEARNING: What frames should be stored, or modified, as a result of the experience? Acomodação MATCHING: When nothing more specific is found, we can attempt to use some "basic" associative memory mechanism. This will succeed by itself only in relatively simple situations, but should play a supporting role in the other tactics. EXCUSE: An apparent misfit can often be excused or explained. A "chair" that meets all other conditions but is much too small could be a "toy." ADVICE: The frame contains explicit knowledge about what to do about the trouble. Below, we describe an extensive, learned, "Similarity Network" in which to embed such knowledge. SUMMARY: If a frame cannot be completed or replaced, one must give it up. But first one must construct a well-formulated complaint or summary to help whatever process next becomes responsible for reassigning the subframes left in limbo. Conhecimento Apresenta as redes de similaridade, analogias, descrições alternativas e sumários, como mecanismos de recuperação de informações Frames como mini-paradigmas - Major changes result from new "paradigms," new ways of describing things that lead to new methods and techniques. Eventually there is a redefining of "normal."

Parte quatro - CONTROL Pensamento-Busca Entendimento-Instanciação Manipulação top-down ou lateral? Controle central ou local? Tributo a Fahlman - hierarquia Controle. Aborda as possibilidades de processos de controle dos sistemas de frames. Exemplos Busca em largura ou profundiade? Controle Local ou Controle Central. Apresenta o trabalho de Fahlman (na época estudante no MIT) que aborda o controle de frames como árvores hierárquicas. The following essay was written by Scott Fahlman (in 1974 or 1973?), when a student at MIT. It is still one of the clearest images of how societies of mind might work. I have changed only a few terms

Parte cinco - SPATIAL IMAGERY Orientação e posicionamento Frames globais e locais GSF !? \item Levanta outros problemas de visão e visualização espacial. Apresenta as noções de orientação e posicionamento. Apresenta relutantemente o modelo de um GSF - GLOBAL SPACE FRAME e suas complicações. ... I do not like the following model very much, but something of its sort seems needed ...

Parte seis - Criticism of the Logistic Approach Abordagem Lógica Pontos de falha Critica a abordagem lógica como ferramenta para modelagem da representação do conhecimento. Dificuldade para abarcar o senso comum, dificuldade para modelar relevância, Dificuldade para modelar nã0-monotonicidade Dificuldade para modelar não-completeza Dificuldade para modelar não-consistência e outros problemas da lógica são abordados. Ao utilizar regras que apresentam exceções, corre-se o risco de ser obrigado a retirar algumas conclusões anteriores face a novas informações, o que caracteriza a não monotonicidade As primeiras aplicações na história a representarem explicitamente a não monotonicidade foram os métodos de representação de conhecimento, conhecidos como redes semânticas e quadros, onde hierarquias de conceitos são utilizadas como base para a "herança não monotônica" de atributos I here explain why I think that more "logical" approaches will not work. There have been serious attempts, from as far back as Aristotle, to represent common sense reasoning by a "logistic" system

Idéia básica Situação nova => Frame => Adaptação Frame Estrutura estereotipada de informação Categoria de perguntas a fazer Instruções de uso, expectativas Organização hierárquica múltipla Valores default e demons Lógica inadequada

Frames Os quadros foram introduzidos por Marvin Minsky “A Framework to Represent Knowledge” As aplicações propostas por Minsky: análise de cenas, modelagem da percepção visual e compreensão de linguagem natural. Inspirados na forma como as pessoas resolvem problemas O artigo não propõe: metodologia de implementação, nem definição formal do método.

Frames e as linguagens de programação orientadas a objetos Desde 1975, diversos sistemas foram implementados baseados na idéia de quadros, e diversas definições formais foram propostas O método de quadros dá origem às idéias que levaram à concepção das linguagens de programação orientadas a objetos A ideia da hierarquia do frame é muito similar a ideia de hierarquias de classe encontrado em programação orientada a objeto.

Características Um frame é identificado por um nome e descreve um objeto complexo através de um conjunto de atributos Um Sistema de Frames é um conjunto de frames organizados hierarquicamente.

Classificação dos Frames Construtores: definem a estrutura das informações para a base de conhecimentos Frames instâncias: objetos do mundo real represantados na base de conhecimento

Frames: atributos (slots) Possuem pelo menos dois atributos: Nome Ako ou is-a A fim de melhorar a estruturação (hierarquia), privilegiam dois tipos de relações: ako: relação entre classe e sub-classe is-a: relação entre classe e instância. Cada atributo aponta para um outro frame ou para um tipo primitivo, ex. string; consiste em um conjunto de facetas (atributos de atributos).

Exemplo: Classes e Instâncias Animal faz comer Pássaro Ako Comer Mamífero tem Cão Babalu é-um pêlos

Facetas Descrevem restrições simultâneas para os valores que um“slot” possa ter. Propriedades Valor: especifica o único valor possível. Valor default: especifica o valor assumido pelo atributo caso não haja nenhuma informação a esse respeito. Tipo: indica o tipo de dado do valor. Domínio: descreve os valores possíveis para o atributo. Procedimentos Demons como os triggers nos bancos de dados

Uma Representação Abstrata de um Frame < Nome do Frame> < atributo1 > < faceta1 >: valor < atributo2 > < faceta1 >: valor < faceta2 >: valor < faceta3 >: valor < atributo3 > < faceta1 >: valor < faceta2 >: valor < faceta3 >: valor

Procedimentos Demons Definição Procedimentos Demons: São procedimentos anexados aos frames, disparados por consultas ou atualizações. Podem inferir valores para atributos a partir de valores de outros atributos especificados anteriormente em qualquer frame do sistema. Procedimentos Demons: when-requested quando o valor é pedido mas não existe ainda when-read quando valor é lido when-written quando valor é modificado when-deleted quando o valor é eliminado

Exemplo: Procedimentos Demons Cômodo Ako: Lugar-coberto Atributo Default Tipo Se-necessário Nº de paredes 4 número Formato retangular símbolo Altura 3 número Área número número Volume Área * Altura Ako Sala Ako: Cômodo Atributo Default Tipo Mobiliário (sofá,mesa,cadeiras) lista de símbolos Finalidade Área convivência 25 símbolo número

Herança de Propriedades Três tipos de informações podem ser de herdadas valor (= POO) procedimento (= POO) valor default Idéia: herdar das classes superiores em caso de conflito, vale a informação mais específica Existem dois tipos de herança: Herança simples existe uma única super-classe para cada classe Herança múltipla uma classe pode ter mais de uma super-classe, podendo herdar propriedades ao longo de diversos caminhos diferentes (= o caos)

Frames: Exemplo Nós iremos iniciar com um simples pedaço de informação: Há uma categoria de coisas chamada carros. Dada esta informação, nós podemos iniciar a construção de um frame: Nome: carro Ako: coisas

Frame Carro Mais Informação: um carro tem 4 rodas, é movido por um motor, e roda com gasolina ou alcool. Nós podemos agora adicionar 3 slots para o frame. O último dos três tem uma restrição ao invés de um valor específico .

“um carro tem 4 rodas, é movido por um motor que roda com gasolina ou álcool.” Nome: carro Ako: coisas Slots: Nome: Valor: Restrições: Rodas 4 Movido por Motor combustível ? gasolina or álcool carro subclasse_de coisas com rodas: 4, movido_por: motor, combustível: [valor: desconhecido, tipo: [gasolina,álcool]].

Frame Carro Mais informação: aqui é um tipo particular de carro chamado volkswagen (VW), produzido na Alemanha. Nós podemos adicionar um segundo frame para nosso sistema, com um slot. Nós não necessitamos repetir os slots e valores do frame anterior: eles irã ser herdados.

“Há um tipo particular de carro chamado VW, produzido na Alemanha.” Nome: VW Ako: carro Slots: Nome: Valor: Restrições: Produzido em Alemanha ‘VW’ subclasse_de carro com produzido_em:‘Alemanha’.

Car Frames Mais Informações: Há um tipo particular de VW chamado Golf, no qual tem um teto solar. Nós podemos adicionar um terceiro frame para nosso sistema , com um slot. Uma vez de novo, nós não repetimos os slots nos frames anteriores, porque eles serão herdados.

“Há um tipo particular de VW chamado Golf, no qual tem teto solar.” ‘Golf’ subclasse_de VW com teto: solar. Nome: Golf Ako: VW Slots: Nome: Valor: Restrições: teto solar

Frame Carro Mais informação: Há um tipo particular de Golf chamado TDi, no qual roda com gasolina. Um Tdi tem 4 cilindros e um motor com capacidade de 1.8 litros. Nós podemos adicionar o quarto frame para nosso sistema, com 3 slots. Um dos slots (combustível) já estava no sistema, mas aparece aqui por que ele agora tem um valor específico ao invés de uma restrição.

“Há um tipo particular de Golf chamado Tdi, no qual roda com álcool, tem 4 cilindros e tem um motor de 1.8 litros.” Nome: TDi Ako: Golf Slots: Nome: Valor: Restrições: Combustível gasolina Capacidade Do motor 1.8 litros cilindros 4 ‘TDi’ subclasse_do ‘Golf’ com combustível: gasolina, Capacidade do motor:1.8, cilindros: 4.

Frame Carro Mais Informação: meu carro, chamado C637SRK, é um Golf Tdi. Ele não tem teto solar. Nós podemos adicionar um quinto frame para nosso sistema com dois slots. Ao contrário dos frames anteriores, este é frame de instancia. Um dos slots (teto) já estava no sistema , mas aparece aqui porque o valor contradiz com o valor no qual seria herdado.

“Há um carro chamado C637SRK no qual é uma instancia de um Golf TDi.” Nome: C637SRK É um: TDi ‘C637SRK’ instancia_de ‘TDi’ com propietário: Luciano, teto: não teto solar. Slots: Nome: Valor: Restrições: Propietário Luciano Teto Não-teto solar

Sistema de Frames (Herança simples): Coisas ... Golf Teto: solar Ako: VW Carro Ako: Coisas Rodas: 4 Movido por: Motor Combustível:? [gasolina ou álcool] TDi Ako: Golf Combustível: álcool Capacidade do motor: 1.8 litros cilindros 4 VW Produzido em: Alemanha Ako: Carro C637SRK Propietário: Luciano Teto: Não-teto solar É um: TDi

Sistema de Frames (Herança múltipla): Toyota Produzido em: Japao Ako: Carro Eletrico … Ako: Motor Combustão … Ako: Motor Prius Movido por: Ako: Toyota Híbrido … Ako: Eletrico, Combustão G587THG Propietário: Guilherme Cor: Azul É um: Prius

Linguagens orientadas a frames KRL (Knowledge Representation Language), KL-ONE (Knowledge Representation - ONE), FRL-0 (Frame Representation Language - 0), etc. Também é possível implementar frames utilizando Lisp ou Prolog.

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