12986

Представление знаний в интеллектуальных системах. Продукционные системы

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Лекция 5: Представление знаний в интеллектуальных системах часть 2 Продукционные системы Компоненты продукционных систем Стратегии решений организации поиска Логический подход Представление простых фактов в логических системах Примеры применени

Русский

2013-05-07

27.86 KB

6 чел.

Лекция 5: Представление знаний в интеллектуальных системах (часть 2) 

Продукционные системы 

Компоненты продукционных систем 

Стратегии решений организации поиска 

 

Логический подход

Представление простых фактов в логических системах 

Примеры применения логики для представления знаний 

Литература 

Продукционные системы

Продукции наряду с фреймами являются наиболее популярными средствами представления знаний в ИИ. Продукции, с одной стороны, близки к логическим моделям, что позволяет организовывать на них эффективные процедуры вывода, а с другой стороны, более наглядно отражают знания, чем классические логические модели. В них отсутствуют жесткие ограничения, характерные для логических исчислений, что дает возможность изменять интерпретацию элементов продукции.

Компоненты продукционных систем

В общем виде под продукцией понимается выражение следующего вида: (i); Q;P;AB;N.

Здесь i - имя продукции, с помощью которого данная продукция выделяется из всего множества продукций. В качестве имени может выступать некоторая лексема, отражающая суть данной продукции (например, "покупка книги " ), или порядковый номер продукций в их множестве, хранящимся в памяти системы.

Элемент Q характеризует сферу применения продукции. Такие сферы легко выделяются в когнитивных структурах человека. Наши знания как бы "разложены по полочкам". На одной полочке хранятся знания о том, как надо готовить пищу, на другой как добраться до работы, и т.п. Разделение знаний на отдельные сферы позволяет экономить время на поиск нужных знаний. Такое же разделение на сферы в базе знаний ИИ целесообразно и при использовании для представления знаний продукционных моделей.

Основным элементом продукции является ее ядро: A B. Интерпретация ядра продукции может быть различной и зависит от того, что стоит слева и справа от знака секвенции . Обычное прочтение ядра продукции выглядит так: ЕСЛИ А, ТО В, более сложные конструкции ядра допускают в правой части альтернативный выбор, например , ЕСЛИ А, ТО В1, ИНАЧЕ В2. Секвенция может истолковываться в обычном логическом смысле как знак логического следования В из истинного А (если А не является истинным выражением, то о В ничего сказать нельзя). Возможны и другие интерпретации ядра продукции, например А описывает некоторое условие, необходимое для того, чтобы можно было совершить действие В.

Элемент Р есть условие применимости ядра продукции. Обычно Р представляет собой логическое выражение  (как правило предикат). Когда Р принимает значение "истина", ядро продукции активизируется. Если Р "ложно", то ядро продукции не может быть использовано.

Элемент N описывает постусловия продукции. Они актуализируются только в том случае, если ядро продукции реализовалось. Постусловия продкции описывают действия и процедуры, которые необходимо выполнить после реализации В. Выполнение N может проиходить сразу после реализации ядра продукции.

Если в памяти системы хранится некоторый набор продукций, то они образуют систему продукций. В системе продукций должны быть заданы специальные процедуры управления продукциями, с помощью которых происходит актуализация продукций и выбор для выполнения той или иной продукции из числа актуализированных. В ряде систем ИИ используют комбинации сетевых и продукционных моделей представления знаний. В таких моделях декларативные знания описываются в сетевом компоненте модели, а процедурные знания - в продукционном. В этом случае говорят о работе продукционной системы над семантической сетью.

Классификация ядер продукции.

Ядра продукции можно классифицировать по различным основаниям. Прежде всего все ядра делятся на два больших типа: детерминированные и недетерминированные. В детерминированных ядрах при актуализации ядра и при выполнимости А правая часть ядра выполняется обязательно; в недетерминированных ядрах В может выполняться и не выполняться. Таким образом, секвенция в детерминированных ядрах реализуется с необходимостью, а в недетерминированных - с возможностью. Интерпретация ядра в этом случае может, например, выглядеть так: ЕСЛИ А, ТО ВОЗМОЖНО В.

Возможность может определяться некоторыми оценками реализации ядра. Например, если задана вероятность выполнения В при актуализации А, то продукция может быть такой: ЕСЛИ А, ТО С ВЕРОЯТНОСТЬЮ р РЕАЛИЗОВАТЬ В. Оценка реализации ядра может быть лингвистической, связанной с понятием терм-множества лингвистической переменной, например: ЕСЛИ А, ТО С БОЛЬШЕЙ ДОЛЕЙ УВЕРЕННОСТИ В. Возможны иные способы реализации ядра.

Детерминированные продукции могут быть однозначными и альтернативными. Во втором случае в правой части ядра указываются альтернативные возможности выбора, которые оцениваются специальными весами выбора. В качестве таких весов могут использоваться вероятностные оценки, лингвистические оценки, экспертные оценки и т.п.

Особым типом являются прогнозирующие продукции, в которых описываются последствия, ожидаемые при актуализации А, например: ЕСЛИ А, ТО С ВЕРОЯТНОСТЬЮ р МОЖНО ОЖИДАТЬ В.

Дальнейшую классификацию ядер продукции можно провести, опираясь на типовую схему СИИ (рис. 1) Если x и y обозначают любой из блоков рисунка (О,Д,З,Л), то ядро Аx By означает, что информация об А берется из блока x, а результат срабатывания продукции В посылает в блок y. Комбинации x и y, осмысленные с точки зрения СИИ, отмечены в табл.1 знаком "+"

 Т а б л и ц а 1

 

 

 

  Рис 1

Рассмотрим часто встречающийся тип продукции А3В3. В этом случае А3 и В3 представляют собой некоторые фрагменты информации, хранящейся в базе знаний. При сетевом представлении это могу быть фрагменты семантической сети, при логических моделях - формулы того или иного исчисления. Тогда смысл продукции А3В3 состоит в замене одного фрагмента базы знаний другим. Для актуализации этой продукции необходимо, чтобы в базе знаний существовал фрагмент, совпадающий с А. При поиске в базе знаний А играет роль образца, а процедура такого писка называется поиском по образцу.

 

Стратегии решений организации поиска

Для иллюстрации поиска предположим, что в базе знаний для представления знаний используется семантическая сеть (рис.2а) и продукция (рис.2б). Поиск А в базе знаний организуется различными способами. Можно, например, сначала искать вершину а. Если в базе знаний такой вершины нет, то поиск заканчивается неудачей. Если вершина а найдена, то ищутся все выходящие из нее дуги, помеченные отношением R3, так как в образце справа от этой дуги стоит вершина x, на месте которой в базе знаний может находиться любая вершина. Если из а не выходит ни одной дуги, помеченной отношением R3, то поиск заканчивается неудачей. Но если такие дуги есть, то происходит переход во все вершины, с которыми вершину а связывает отношение R3, т.е. возникает параллельный процесс поиска. В примере произойдет переход от вершины а к вершинам b и f, из которых начинается поиск выходящих из них дуг, помеченные отношением R1, ведущих в любую вершину, так как в образце далее стоит вершина, которой соответствует свободная переменная y. Далее процесс продолжается аналогичным образом. В примере поиск оказывается успешным. После нахождения А в семантической сети происходит замена, которая определяется правой частью образца. В результате возникает трансформированная сеть (рис. 2в).

Продукция АдВз может соответствовать процедуре нахождения закономерностей по эмпирическим данным. Логический блок на основании просмотра и анализа данных выдвигает гипотезы и наличии закономерностей и, убедившись в их приемлемости и достаточной обоснованности, записывает их в базу знаний. Аналогично можно интерпретировать и иные типы продукций из таблицы 1.

 

 

 

 

 

 

Представление простых фактов 

 Представление - это действие, делающее некоторое понятие воспринимаемым посредством фигуры, записи, языка или формализма. Теория знаний изучает связи между субъектом (изучающим) и объектом. Знание (в объективном смысле) - то, что известно (то, что знаем после изучения).

Представление знаний- формализация истинных убеждений посредством фигур, записей или языков. Нас особенно интересуют формализации, воспринимаемые (распознаваемые) ЭВМ. Возникает вопрос о представлении знаний в памяти ЭВМ, т.е. о создании языков и формализмов представления знаний. Они преобразуют наглядное представление (созданное посредством речи, изображением, естественным языком, вроде английского или немецкого, формальным языком, вроде алгебры или логики, рассуждениями и т.д.) в пригодное для ввода и обработки в ЭВМ. Результат формализации должен быть множеством инструкций, составляющих часть языка программирования.

Представлению знаний присущ пассивный аспект: книга, таблица, заполненная информацией память. В ИИ подчеркивается активный аспект представления: знать должно стать активной операцией, позволяющей не только запоминать, но и извлекать воспринятые (приобретенные, усвоенные) знания для рассуждений на их основе. Следовательно, истоки представления знаний - в науке о познании, а его конечная цель - программные средства информатики. Во многих случаях подлежащие представлению знания относятся к довольно ограниченной области, например:

- описание состояния человека

- описание ситуации в игре (например, расположение фигур в шахматах)

- описание размещения персонала предприятия

- описание пейзажа

Для характеристики некой области говорят об "области рассуждений" или "области экспертизы". Численная формализация таких описаний в общем мало эффективна. Напротив, использование символического языка, такого, как язык математической логики, позволяет формулировать описания в форме, одновременно близкой и к обычному языку, и к языку программирования. Впрочем, математическая логика позволяет рассуждать, базируясь на приобретенных знаниях: логические выводы действительно являются активными операциями получения новых знаний из усвоенных.

В силу всех этих причин математическая логика лежит в основе различных представлений в ИИ. Данный раздел посвящен представлению простых фактов с помощью логики предикатов. Логическое представление служит также отправной точкой для других представлений (таких как "сетевые" и "объективные"), используемых в ИИ.

Синтаксис логики предикатов.

Язык логики предикатов задается синтакисом. Для представления знаний базисные синтаксические категории языка изображаются такими символами, которые несут достаточно четкую информацию и дают довольно ясную картину об области рассуждений (экспертизы).

Логика предикатов, называемая также логикой первого порядка, допускает четыре типа выражений.

  1.  Константы. Они служат именами индивидуумов (в отличие от имен совокупностей): объектов, людей или событий. Константы представляются символами вроде Жак_2 (добавление 2 к слову Жак указывает на вполне определенного человека среди людей с таким именем), Книга_22, Посылка_8.
  2.  Переменные. Обозначают имена совокупностей, таких как человек, книга, посылка, событие. Символ Книга_22 представляет вполне определенный экземпляр, а символ книга указывает либо множество "всех книг", либо "понятие книги". Символами x,y,z представлены имена совокупностей (определенных множеств или понятий).
  3.  Предикатные имена. Они задают правила соединения констанат и переменных, например правила грамматики, процедуры, математические операции. Для предикативных имен используются символы наподобие следующих: Фраза, Посылать, Писать, Плюс, Разделить. Предикатное имя иначе называется предикатной константой.
  4.  Функциональные имена представляют такие же правила, как и предикаты. Чтобы не спутать с предикатными именами, функциональные имена пишут одними строчными буквами: фраза, посылать, писать, плюс, разделить. Их называют так же функциональными константами.

Символы, которые применяются для представления констант, переменных, предикатов и функций, не являются "словами русского языка". Они суть символы некоторого представления - слова "объектного языка" (в нашем случае языка предикатов).

Представление должно исключать всякую двусмысленность языка. Поэтому имена индивидуумов содержат цифры, приписываемые к именам совокупностей. Жак_1 и Жак_2 представляют двух людей с одинаковыми именами. Эти представления суть конкретизации имени совокупности "Жак". Предикат - это предикатное имя вместе с подходящим числом термов. Предикат называют так же предикатной формой.

 

 

Примеры применения логики для представления знаний.

Проиллюстрируем синтаксис логики предикатов, сопоставляя нескольким русским фразам их перевод на язык логического формализма.

- По русски: Жак посылает книгу Мари,

Логически: Посылка (Жак_2, Мари_4, Книга_22).

-По русски: Каждый  человек прогуливается,

Логически: x ( Человек(x) Прогуливается(x)).

-По русски: Некоторые люди прогуливаются,

Логически: x (Человек(x) Прогуливается(x)).

 

(Сравнивая два последних примера, видим, что замена прилагательного "каждый" на "некоторые" влечет при переводе не только замену квантора на , но изамену связки на . Это иллюстрирует тот факт, что перевод фразы естественного языка на логический, вообще говоря, не является трафаретной операцией.)  

 

По русски: Ни один человек не прогуливается,

Логически: ( x (Человек(x) Прогуливается(x))).

 

 

 

Литература

[1] F. Hayes-Roth, N. Jacobstein. The State of Enowledge-Based Systems. Communications of the АСМ, March, 1994, v.37, n.3, рр.27-39.

[2] Р. Harmon. The Size of the Commercial AI Market in the US. Intelligent Software Strategies. 1994, v.10, n.1, рр. 1-6. 

[3] Expert system saves 20 million L on pipeline management. C&I July, 1994, р.31.

[4] Д. Поспелов . "Справочник по ИИ том-2". 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

53926. Сценарій КВК (для дітей і батьків) 55.5 KB
  Першим конкурсом буде конкурс представлення команд. Проведення конкурсів: Після представлення команди займають свої місця. Тому наш конкурс і називається 1. Журі оцінює конкурс привітань Ведучий: Молодці Тепер ви розім'ялися і ми можемо почати основні конкурси.
53927. Шкільний КВК ,,Люби, вивчай рідну мову!’’ 70 KB
  Ведучий: Кожному народові дорога його мова Ведучий: УвагаУвагаУвага Розпочинаємо змагання на кращих знавців рідного слова між командами 6х класів.Перемагає та командаяка правильно і найшвидше це зробить КОНКУРС КАПІТАНIB Скажи без затримки†Учитель чітко називає дібрані слова що мають антоніми. Префікс від слова перенестикорінь від слова казати переказ 2. Корінь від слова квітка суфіксвід слова вудочка закінченнявід слова зірка квіточка 3.
53928. КВН «В мире точных наук» 50.5 KB
  Жюри вам не помеха Добьетесь вы успеха. Для чего же КВН веселее жить Для чего командам в бой – что бы победить Для чего нужно жюри – что бы правде быть Для чего же капитан – чтоб руководить Звучит песня: Мы начинаем КВН Выходят две команды и садятся каждая на свое место. Заповеди КВНа: Проиграл – не расстраивайся в следующий раз выиграешь Выиграл – не обольщайся в следующий раз проиграешь Уважаемое жюри О справедливости вашей можно будет судить по весам правосудия. И пусть жюри определит Того из нас кто победит.
53929. КВК «Do you know English» 36 KB
  Where do you live? What season is it now? What is the weather like today? What month is it now? What form are you in?
53930. КВК «КРИЛАТІ ВИСЛОВИ. ФРАЗЕОЛОГІЗМИ» 76.5 KB
  Багата людина в змодельованому взутті розміром 50см з загнутим носом і Бідна людина у взутті 30см Фламінго: Раніше в Україні багаті люди носили червоні чоботи. Люди середнього достатку – жовті чоботи. А найбідніші мали чорні чоботи а то й зовсім були безчобітними. Ті хто хотіли відрізнитися від зовсім бідних носили чоботи 2 кольорів: нижня частина – чорна а халяви – червоні або жовті.
53931. КВК (математичний) у 1 класі 119.5 KB
  Якщо олівець перерізати двічіто скільки буде олівців3. Двоє білих наче сніг Одне чорне скільки всіх 3 З. Скільки дітей йшло до школи 6 хлопчиків. Скільки склянок залишилось 3 6.
53932. ГЕОГРАФІЧНИЙ КВК СЕРЕД 6-Х КЛАСІВ «ЄВРО-2012» 113.5 KB
  Присутні: учні 6х класів команди класів класні керівники члени журі Обладнання: настінна політична карта Європи переносна дошка прапори європейських державучасниць фінальної стадії чемпіонату таблиці розклади матчів символи чемпіонату Мета: розширення асоціативного навчального поля при вивченні учнями географії навчання дітей формулювати висловлювати аргументувати свої думки вмінню спілкуватися працювати в команді виховання інтересу до географії з допомогою викликання емоційного піднесення розвиток творчості і фантазії дітей...
53933. Дитячий світ – країна мрій 41 KB
  Птахи зібралися у великі зграї але не можуть відлетіти в теплі краї поки їх не покличуть лагідно. Гра Поклич лагідно пташку Ластівка ластівочка зозуля зозулька журавель журавлик шпак шпачок чапля чапелька соловей соловейко лелека лелеченька жайворонок – жайвороночок б. Гра Зайвий гриб Опеньок білий гриб мухомор лисички. Гра...
53934. КВК з математики 2 клас 49 KB
  Мета. У цікавій формі закріпити одержані знання з математики; розвивати мислення, память,вміння спілкуватись. Виховувати почуття дружби, інтерес до математики.