14504

СИСТЕМЫ БАЗ ЗНАНИЙ

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

СИСТЕМЫ БАЗ ЗНАНИЙ Существует область информационной индустрии в которой превалирующими являются интеллектуальные системы – системы которые проектируются на основе моделей экспертных систем и нейронных сетей. В отличие от традиционных ИС эти системы предназначен...

Русский

2013-06-06

66.5 KB

9 чел.

СИСТЕМЫ БАЗ ЗНАНИЙ

Существует область информационной индустрии, в которой превалирующими являются интеллектуальные системы – системы, которые проектируются на основе моделей экспертных систем и нейронных сетей. В отличие от традиционных ИС эти системы предназначены для хранения качественной информации и знаний.

Системы баз знанийэто искусство, которое использует достижения науки. Навыки, необходимые для работы с базами знаний включают в себя познания в области информатики и когнитивной1 психологии, поведенческой теории и компетентности в предметной области. Системы баз знаний являются одной из важнейших ветвей прикладной инженерии знаний. Такие системы используют теоретические концепции искусственного интеллекта, машинного решения задач и имитации декларативных и процедурных знаний настоящих экспертов. Эти системы разрабатываются специалистами в области инженерии знаний, в результате чего получаются компьютерные системы, состоящие из баз знаний, управляющей программы и интерфейса, предназначенного для представления объяснений пользователем и коммуникаций с ними. Такие системы оказывают неоценимую помощь руководителям и работникам всех областей управления бизнесом и обществом.

Системы баз знаний - это системы, которые имитируют человеческий интеллект. Они включают в себя: экспертные систем, нейронные сети, системы гипермедиа, интеллектуальные обучающие системы и гибридные системы.

Самыми важные и распространенные системы баз данных – экспертные системы, представляющие собой компьютерные программы, которые используют знания и методы рассуждения для решения задач, обычно требующих знаний живых экспертов. Другими видом систем с базами знаний являются системы гипермедиа, являющиеся интеграцией текста, звука, изображений и знаний в виде мультимедийного гипертекста. Считают, что гипермедиа – лучший кандидат на роль систем баз знаний вы будущем.

Базис систем баз знаний

В основе систем баз знаний лежат принципы работы человеческого интеллекта. Интеллектом называется способность подходить к решению задачи с учетом имеющегося опыта. Для человеческого мозга (по Харону и Кингу) свойственны:

  •  способность обучаться;
  •  способность находить аналогии;
  •  способность создавать новые понятия на основе известных фактов;
  •  обработка неоднозначных и противоречивых понятий;
  •  способность определять относительную важность различных составных частей задачи;
  •  гибкость к решению задачи;
  •  понимание и способность использования символических средств.

В общем случае интеллект – совокупность правил и способов их применения для достижения конкретной цели. Отчасти цели достигаются с помощью правил использования всех известных фактов, сложной совокупности фактов и правил. При решении задач человеческий мозг должен анализировать огромный объем информации. Однако если бы пришлось анализировать всю информацию, то решение задачи длилось слишком долго. На самом деле, в мозгу человека существуют сложные механизмы, руководящие выбором правильной реакции на ситуацию, которая называется упрощением; при работе этого механизма блокируются мысли, не имеющие отношения к решаемой задаче в данный момент времени.

Компоненты системы искусственного интеллекта, и в частности, системы баз знаний:

Машинные знания

Машинные знания – искусственный интеллект, созданный человеком. ИИ включает в себя совокупность программных и аппаратных средств, методов имитации свойственной человеку деятельности как умственной (мышление, способ решения, методы рассуждения, обучение) и физический (сенсорные и моторные навыки). Комплексное решение задач моделируется с помощью когнитивного процесса человека, а когнитивное моделирование решает задачи, оценивания знания как человек.

Когнитивное моделирование – методика моделирования человеческого процесса познания.

Искусственный интеллект – методика моделирования разумного поведения, в котором рассуждение вовсе не обязательно. Искусственный интеллект опирается на знания о процессе человеческого мышления. В основе человеческой деятельности лежит мышление; реакция человеческого мозга на действие человека не автоматична, это есть результат решения конкретной задачи.

Эти два подхода к оценке возможностей человека к решению задач формируют следующие определения знаний:

Знания – рассматриваются как объекты, которые могут быть идентифицируемы и обработаны с помощью информационных систем. Ключевое звено в управлении знаниями – структурная организация существующих данных, которая обеспечивает повышение эффекта информационных технологий, адаптирующих накопленные знания в реальной среде общественного производства.

Знания – процесс, набор комплексов динамических умений, которые постоянно изменяются. Основные задачи управления знаниями состоят в том, чтобы связать структурированную и неструктурированную информацию с изменяющимися правила, по которым люди ее применяют; стратегии – повышение эффектов от использования нематериальных активов.

Теория проектирования основана на иерархии «данные - мудрость». Данные представлены как факты, обработанные данные – информация. Знания – синтетическая информация: в результате синтеза формируются более сложные структуры, основанные на моделях, правильно описывающих процесс или объект, и приводятся примеры возможных действий. Оценка знаний в соответствие с ценностями, законами, суждениями формирует мудрость, являющуюся уделом только человечества.

Знания можно представить в виде набора моделей, которые используются для интерпретации, прогнозирования и управления внешним миром. Они представляют собой совокупность декларативных и процедурных утверждений. Знания имеют разные уровни:

  •  Низший уровень – это факты, которые можно констатировать, приводить в идее графиков, таблиц.
  •  Второй уровень – понятия, которые представляют собой обобщения; они выявляют группы объектов, символов, процессов и событий с общими атрибутами. Это означает, что проводимая классификация искусственна. Понятия бывают абстрактными и конкретными.
  •  Третий уровень – правила, вырабатываемые путем анализа фактов и понятий. Они представляют собой наборы операций и шагов, направленных на решение задачи, достижение цели. Правила представляют знания в виде операторов и используются при выработке стратегии решения задач;
  •  Высший уровень знания – правила высшего порядка и эвристические правила. Эвристически знания основаны на создании правил и их применении в нестандартных ситуациях, что дает возможность выхода за пределы знаний, основанных на правилах и алгоритмах. Это синтез новых правил и фактов на основе ранее изученных правил. Эвристические2 знания уникальны для человека: они основываются на «эмпирических» правилах или «систематических догадках», что эффективно ограничивает пространство поиска. Алгоритмический метод гарантирует оптимальное решение задачи, тогда как эвристический метод дает приемлемое решение в большинстве случаев. В то время как для решения стандартных и четно определенных задач применяются алгоритмы, эвристические правила относятся к задачам, возможный исход которых не определен. Эвристические правила основаны на методах и правилах открытий и инноваций.

Для поддержки способности системы баз знаний в исследовании имеющихся знаний необходимо разработать метазнания. Метазнания не содержат ссылок к знаниям объектного уровня и не зависят от проблемной области. Основная цель организации метазнаний (многоуровневая организация знаний) заключается в следующем: разработка стратегий доказательств; управление выводом результатов решения поиска; увеличение выразительной мощности языков представления знаний.

Использование метазнаний при разработке и выборе стратегий доказательств связано с возможностью определения на метауровне новых правил поиска результатов объектного уровня. Такие правила рассматриваются как высокоуровневый метод построения формальных доказательств. Метазнания в виде стратегических метаправил используются для выбора релевантных правил, позволяют системе адаптироваться путем перестройки правил и функций объектного уровня, а также указать возможности и ограничения системы.

Уровень управления выводом является той областью, в которой использование метауровневых знаний получило наибольшее распространение. Это связано с тем, что управление выводом можно считать частным случаем определения стратегий доказательств. Основная идея заключается в возможности определения как зависящих, так и не зависящих от проблемной области стратегий принятия решений с помощью знаний об управлении (эвристик). Выбранные стратегии позволяют сократить число вариантов поиска и тем самым увеличить его эффективность.

В области представления знаний наблюдается многообразие языков и формализмов, разработанных для конкретных потребностей представления. Комбинирование представления знаний на объектом уровне и метауровне оказалось очень полезным механизмом абстрагирования, благодаря которому решаются многие проблемы представления знаний, такие как знания системы о самой себе; знания об убеждениях, немонотонности; рассуждениях в отсутствии явной информации; рассуждениях, связанных с разными взглядами на объектами; взаимодействие между различными модулями знаний; взаимодействие между модулями знаний и пользователем.

Метазанания выполняют также ряд вспомогательных функций:

  •  обеспечение информацией архивного типа для работы стратегических метаправил;
  •  обоснование целесообразности применения правил для усиления способностей подсистемы объяснений;
  •  обнаружение ошибок в форме только что введенных правил, т.е. контроль при обновлении базы знаний;
  •  обнаружение синтаксических и семантических ошибок в правилах объектного уровня;
  •  упрощение ввода новых знаний - фактов. правил, эвристик - посредством демонстрации структурных основ уже имеющихся знаний таких типов.

Машинное решение задач

Достигая цель, человек не только приходит к решению задачи, но также обогащается новыми знаниями. Часть интеллекта, которая помогает извлекать новые знания, называется механизмом вывода. Именно он обеспечивает обучение на опыте, генерацию новых знаний их уже существующих, применение существующих знаний к текущей ситуации.

При разработке баз знаний необходимо применять машинные и человеческие методы и возможности решения задач. Решение задач машиной, как и человеком, построено на стратегиях поиска. Цель состоит в том, чтобы найти более целесообразный путь через базу знаний, ведущий к решению задач. В основе машинного решения задачи лежат три основных понятия:

  •  первоначальное состояние;
  •  целевое состояние;
  •  операторы.

Первоначальное состояние задается пользователем. Цели определены заранее и хранятся в базе знаний как результат. Операторы представляют собой процедуры (от простых до сложных стратегий поиска), ведущие от начального состояния к цели через промежуточные состояния. Этот процесс может быть представлен в виде дерева поиска: дерево – первоначальное состояние, а ветви – промежуточные и конечные состояния. Оптимальный путь, ведущий к конечному состоянию, определяют операторы под управлением специализированных программ. В системах баз знаний такая программа называется машиной вывода; она контролирует и осуществляет стратегии рассуждения при поиске в базе знаний. При выполнении поисковых процедур могут быть использованы одна или несколько базовых моделей: слепой поиск (по всем вершинам дерева) или эвристический поиск (в том случае, если можно сократить путь).

При решении конкретной проблемы не все соображения равноценны для человека, поэтому говорят о «взвешивании»  этих соображений; присвоение веса называются весовыми факторами.

Применение знаний

Мышление, решение задач и рассуждение- это пути развития применения человеческих знаний. Мышление – подразумевает активную интеграцию новых знаний с существующими знаниями и навыками и представляет собой деятельность, направленную на решение задач.

Решение задачи – переход из первоначального состояния в желаемое (целевое) состояние.

При решении задачи человек использует 4 типа рассуждений:

  1.  Рассуждение с привлечением здравого смысла – основано на индивидуально опыте и фактах, усвоенных человеком за его жизнь; базы знаний не работают с таким видом рассуждений из-за его сложности; исключение составляет эвристический поиск, разновидность эмпирических правил, с помощью которого можно исключить наименее вероятные альтернативы.
  2.  Рассуждение с привлечением аналогий – современные базы знаний не используют этот вид рассуждений, поскольку они основаны на сравнении рассматриваемой задачи с уже известными и принятым стандартом поведения в аналогичной ситуации; поведение аналогий связано со способностью распознавать сходство ситуации с прошлым опытом.
  3.  Дедуктивное рассуждение - в основе лежат логические цепочки, построенные на предпосылках, ведущих к заключениям; при дедуктивном рассуждении вывод идет от общего к частному; предпосылки состоят из истинных утверждений и правил. Используя общие факты, человек приходит к какому-то заключению или выбирает направление деятельности.
  4.  Индуктивное рассуждение – идет от частного к общему; при интерпретации логики, которая описывает имевшие место факты, индукция основывается на подходе наилучшей догадки.

Дедуктивные и индуктивные рассуждения широко используются при построении систем с базой данных.

Источники знаний

  •  Исследователи, работающие в данной области.
  •  Эксперты.
  •  Книги.
  •  Научные труды.
  •  Руководства.
  •  Компьютерные ресурсы.

Источники знаний определяют способ приобретения знаний.

.

1 Когнитивная психология – наука, о познании мира через призму собственного понимания мира


2 эвристические методы (от греч. отыскивать, открывать) – специальные методы, используемые в процессе познания нового

PAGE  1


Определение целей

пределение подхода к решению

Определение фактов

Определение фактов

Достижение целей с помощью механизма вывода

Извлечение новых фактов для верификации с помощью механизма вывода


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

25201. Суперечка між західниками та слов’янофілами 26.5 KB
  Суперечка між західниками та слов’янофілами західники – виступали за ліквідацію кріпосного права і розвиток Росії за західним взірцем Герцен Огарев розвиток ідей Просвітництва слов’янофіли – обґрунтування необхідності особливого порівняно з західноєвропейським самобутнього шляху розвитку Росії Киреевский Хомяков основою суспільного життя вважали релігію а саме православ’я Лише народи що сповідують православ’я і перш за все росіяни можуть розраховувати на прогрес а інші народи – лише тією мірою якою вони сприймуть православну...
25202. Емпіризм і Раціоналізм у філософії Нового часу 26.5 KB
  Емпіризм – філософський напрям що визнає чуттєвий досвід джерелом знань і вважає що зміст знання може бути представлен в досвіді або зводитись до нього. Емпіризм зіштовхнувся з труднощами виокремлення вихідних компонентів досвіду і реконструкції на цій основі усіх видів і форм знання. Його девізом було знання сила€ тому головними методами пізнання він вважав спостереження аналіз експеримент порівняння. Джерелом пізнання людини є враження відчуттів які виникають під впливом матеріальних об’єктів.
25203. Філософія неогегельянства 28.5 KB
  Центральний пункт гегелівської діалектики – вчення про протилежності оцінюється як хибне МакТаггарт. Абсолютний дух розглядається як сукупність індивідуальних свідомостей МакТаггарт як вища форма індивідуальності Бозанкет.
25204. І.Кант Пролегомени до всякої майбутньої метафізики 29.5 KB
  Сутність метафізики: розум займається виключно самим собою і знайомство з об’єктами які набуваються безпосередньо від роздумів над своїми власними поняттями не потребуючи для цього досвіду взагалі; таке пізнання не виводиться з досвіду. Кожний окремий досвід є тільки частина всієї сфери досвіду але саме абсолютне ціле всього досвіду не є досвід і тим не менш складає проблему для розуму. Поняття ж розуму мають повноту тобто збираючу єдність усього можливого досвіду і стають трансцендентними. Таким чином як розсудок потребує для досвіду...
25205. Постсруктуралізм як самокритика структуралізму 28 KB
  – критика авторасуб’єкта і літературного твору в якості його продукту. Якщо для структуралізму структура – це самодостатнє ціле яке не потребує ні адресата ні комунікативної ситуації ні автора автор – лише простий виконавець структурних приписів то з позиції П. проголошує війну на два фронти – і проти структури і проти автора які пригнічують будьяку різноманітність і різнобарв’я дійсності. протиставив принцип багатозначного прочитання твору; а структуралістському розчиненню автора в мові його роз’єднанню на множину дискурсивних...
25206. Жак Дерріда: людина і світ як текст 28.5 KB
  Жак Дерріда: людина і світ як текст Дерріда – ключова фігура постструктуралізму і деконструктивізму. Класична філософія вичерпала себе метод її подолання – деконструкція яка націлена на знищення метафізичних смислів що містяться в тексті. Мета – звільнення від метафізики присутності задля можливості розуміти текст як феномен який сам себе породжує.Відкриття того що говорить текст 2.
25207. Cубстанційна концепція моральних добра і зла 35 KB
  Добро і зло в цих системах мають субстанційну природу це два самостоятельних рівноправних початка світу. Боротьба цих двох початків визначає розвиток світу. Добро і зло в данному випадку онтологізуються це надлюдські сили які складають дуальну основу світу. Абсолютне Благо верховний принцип існування нерухомого світу ідей і матерія як косное неструктурированное начало составляют вместе рамки проявления добра и зла их онтологічна основа.
25208. Християнське обґрунтування моралі. Євангельська моральна доктрина 44 KB
  Підставою всього ранньохристиянського світогляду була абсолютна орієнтованість на Бога як джерела й ціль будьяких чел. Шлях до Бога є шлях порятунку через народження понад і фізичну смерть. є подоба Бога. образа Бога.
25209. Сучасний дискурс справедливості 25 KB
  Сучасний дискурс справедливості. Одною з найяскравіших робіт що зможе розкрити це питання є робота Роулза Теорія справедливості€. По суті теорія справедливості означає розрив з традицією. Головною засадою за Роулзом є інтуїтивне почуття справедливості.