21198

Продукционные модели представления знаний

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Например продукционную модель действий человека при посадке в автобус можно представить в следующем виде: Если не имеет деньги то пешком Если имеет деньги и не пришел автобус то ждать Если пришел автобус и не тот маршрут то ждать Если пришел автобус и тот маршрут то садиться в автобус 11. Если имеет колеса и имеет винт и имеет крылья и возит грузы то самолет . Если имеет колеса и имеет винт и не имеет крылья и возит грузы то вертолет. Если не...

Русский

2013-08-02

62 KB

183 чел.

PAGE  2

\\Лекция №11

11. Продукционные модели представления знаний

11.1. Основные  определения

Наибольшее распространение в системах искусственного интеллекта получила  продукционная модель представления знаний в виде правил продукций или продукционных правил (далее – продукций). \\Эту модель предложил  Пост  в 1943 г.

\\Продукцией называется логическое правило, представленное в виде импликации (Лекция №7):

«Если  (условие)  то (действие)»

Под условием понимают утверждение-образец, по которому осуществляется поиск информации в базе знаний. Действие выполняется при успешном исходе поиска. Действия могут быть промежуточными, выступающими в дальнейшем как условия, и терминальными (целевыми), завершающими работу интеллектуальной системы.\\ В качестве действия может выступать программный модуль решения отдельной подзадачи.

\\Примерами продукций могут быть:

  •  в логическом акте: слева – посылка, справа – заключение;
  •  в системе управления: слева – ситуация, справа – действие;
  •  в медицине: слева – симптом, справа – диагноз заболевания;
  •  в уголовном кодексе: слева – диспозиция, справа – санкция и др.\\

Наряду с указанным типом продукции могут применяться следующие виды продукций:

«Если (предшествующий)  то (последующий)»;

«Если (основание)  то (гипотеза)».

В продукционных моделях, так же как и в логических моделях, используются соединители  "и",  "или"  и "не", например:

«Если  Боб  является  сыном  Кости

и       Костя  является  сыном  Олега

то    Боб  является внуком  Олега».

Например, продукционную модель действий человека при посадке в автобус можно представить в следующем виде:

Если  не (имеет деньги )  то ( пешком )

Если ( имеет деньги )  и  не ( пришел автобус )  то ( ждать )

Если  ( пришел автобус )  и  не ( тот маршрут )  то  (ждать)

Если  ( пришел автобус )  и  ( тот маршрут )  то  ( садиться в автобус )

\\11.2. Продукционная база знаний

Продукционная база знаний состоит из упорядоченной совокупности (последовательности) продукций, каждая из которых состоит из следующих информационных единиц (рис.11.1).

1) Предусловие является условием срабатывания продукции. Оно записывается в виде определенного предиката и выполнимость продукции означает его истинность.

2) Условие определяет возможность использования или запрещение выполнения продукции и устанавливает порядок (приоритет) ее применения.

3) Ядро продукции описывает преобразование, которое составляет суть продукционного правила  если А то Б»).

4) Постусловие определяет условие (рекомендацию) дальнейшего использования результатов выполнения продукции.\\ Оно описывает действия и процедуры, которые необходимо осуществить после реализации продукции. Эти изменения касаются либо базы знаний, либо самой интеллектуальной системы.

\\Основной частью продукции является ее ядро,\\ а остальные элементы носят вспомогательный характер. Поэтому в простейшем варианте продукция может состоять лишь из имени и ядра.

Заключения или постусловия одних продукций могут быть посылкой для других – так образуются сложные цепочки продукционной базы знаний, которые используются для решения задачи (запроса) пользователя.

Рассмотрим пример построения базы знаний экспертной системы (Лекция №5) с использованием продукционной модели представления знаний. С учетом сведений, приведенных в данном разделе, продукционная база знаний предметной области "Транспортные средства" будет иметь следующий вид:

Если  ( самолет  и  вертолет  и  катер  и  танкер  и  грузовик  и  такси )

то ( транспортные средства ).

Если  ((имеет колеса)  и  (имеет винт)  и  (имеет крылья)  и  (возит грузы) )

то ( самолет ).

Если  ( (имеет колеса)  и  (имеет винт)  и  не (имеет крылья)  и  (возит грузы) )

то ( вертолет).

Если  (не (имеет колеса)  и (имеет винт) и  не (имеет крылья)  и  не (возит грузы))

то ( катер).

Если  ((имеет колеса)  и  не (имеет винт)  и  не (имеет крылья)   и  (возит грузы) )

то ( грузовик).

Если  ( (имеет колеса)  и  не (имеет винт) и  не (имеет крылья) и  не (возит грузы))

то ( такси).

11.3. Продукционный вывод на знаниях

Если заключение одной продукции является посылкой для другой продукции, то можно вывести третью продукцию с посылкой из первой продукции и заключением из второй, т.е.:

«Если  X  то Y»  и  «Если  Y  то  Z»     «Если  X  то Z»  (11.2)

Целенаправленный перебор и вывод правил в продукционной базе знаний с целью решения задачи пользователя называется продукционным выводом на знаниях, который имеет три разновидности:

а) прямой вывод (от знаний к цели) управляется знаниями, когда по известным фактам отыскивается заключение (решение задачи); 

б) обратный вывод (от цели к знаниям) управляется целью, когда отыскиваются факты, подтверждающие достижение заданной цели;

в) циклический вывод сочетает в себе  прямой  и  обратный  выводы на знаниях.

Прямой вывод  начинается с анализа известных фактов и состоит в последовательном применении правил и  накоплении новых фактов до окончательного решения поставленной задачи.

Обратный вывод заключается в переборе заранее известных гипотез (решений) и сопоставлении их с имеющимися фактами. Если гипотеза оказалась правильной, то выбирается следующая гипотеза, которая детализирует первую и является подцелью;  затем отыскиваются соответствующие ей факты и процес вивода продолжается до полного исчерпания гипотез.

Вывод на знаниях ориентирован на моделирование рассуждений эксперта, которые могут быть достаточно сложными и не вкладываться в рамки прямого или обратного выводов. Поэтому в процессе решения задачи обычно используется комбинированный (циклический) метод вывода на знаниях путем многократного переключения с одного режима на другой.

11.4. Программно-аппаратные средства
продукционного вывода на знаниях

Программно-аппаратное устройство, управляющее продукционным выводом на знаниях, называется продукционной машиной вывода (интерпретатором продукций). Она выполняет следующие функции (рис.11.1):

  •  получает запрос пользователя и преобразует его во внутреннее представление машины;
  •  сопоставляет запрос с правилами, находящимися в базе знаний (БЗ);
  •  добавляет в  БЗ новые правила, если таковые имеются;
  •  на основании анализа полученных правил формирует и выполняет алгоритм решения поставленной задачи;
  •  полученный результат предоставляет подсистеме интеллектуального интерфейса для выдачи ответа на запрос пользователя.

Машина вывода состоит из подсистемы управления и устройства вывода.

Подсистема управления устанавливает порядок выбора и применения правил и выполняет следующие функции (рис.11.1):

  •  анализ правил БЗ с целью выбора тех из них, посылки которых соответствуют правилу запроса (образцу) и совпадают с правилами, находящимися в БЗ;
  •  выбор соответствующих правил (формирование конфликтного множества) при совпадении образца с правилами из БЗ;
  •  сопоставление (фильтраж) правил конфликтного множества и определение одного из них в соответствии с заданным критерием отбора;
  •  срабатывание выбранного правила (разрешение конфликта);
  •  действие – добавление заключения сработавшего правила в БЗ.

Информация о работе подсистемы управления запоминается в памяти состояний (базе данных) машины вывода.

Устройство вывода осуществляет вывод правила-решения при срабатывании правил и должно выполнять свои функции даже при недостатке информации о свойствах решаемой задачи.

С целью минимизации времени поиска и перебора правил в машине вывода заложены стратегии управления выводом, основными из которых являются:

а) поиск в глубину, т.е. поиск от общего (гипотезы) к более детальному уровню описания задачи;

б) поиск в ширину, т.е. переход от детального уровня к более общему уровню описания задачи;

в) разбиение решаемой задачи на подзадачи с целью достижения промежуточных целей на пути к конечной цели;

г) отсекание неперспективных вариантов путем исключения ветвей, неперспективных для успешного поиска.

Наиболее распространенными программными средствами продукционных машин вывода на знаниях являются продукционно-фреймовые языки “ART“ (“Automated Reasoning Tool”)  и  “OPS-5” (“Official Production System”, version 5).

Продукционный вывод на знаниях широко используется при разработке «пустых» экспертных систем ("Exsys Professional", "Карра", "Эксперт", "ЭКО"), а также инструментальных систем для создания промышленных экспертных систем (“ART",КЕЕ", "G2", "ПИЭС", "СПЭИС" и др.).

11.5. Особенности применения продукционных моделей

Распространенность продукций объясняется следующими причинами:

а) большинство человеческих знаний можно представить в виде продукций;

б) модульность продукций позволяет добавлять в БЗ новые продукции без изменения предыдущих продукций;

в) продукции могут реализовать любые эвристические алгоритмы решения задач в системах искусственного интеллекта;

г) параллелизм и асинхронный принцип действия продукций делают их удобной моделью вычислений, отвечающей современным требованиям к созданию программного обеспечения интеллектуальных компьютеров нового поколения.

Продукционные модели чаще других применяются в промышленных экспертных системах в связи с наглядностью, высокой модульностью, легкостью внесения дополнений и изменений в БЗ, а также простотой механизма вывода на знаниях.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

84552. Артеріальний тиск, фактори, що визначають його величину. Методи реєстрації артеріального тиску 43.25 KB
  Методи реєстрації артеріального тиску.; 4 Середньодинамічний рівень тиску який забезпечував би ту ж величину ХОК Q яка має місце в реальних умовах якби не було б коливань артеріального тиску. Фактори що визначають величину артеріального тиску: 1. ХОК нагнітальна функція лівого серця більше впливає на рівень систолічного тиску; 2.
84553. Кровообіг у капілярах. Механізми обміну рідини між кров’ю і тканинами. 43.5 KB
  Механізми обміну рідини між кровю і тканинами. Кількість речовин які ідуть за механізмом дифузії з капіляра в капіляр однакові Час протягом якого кров перебуває в капілярі достатня для того щоб повністю вирівнялись концентрації різних речовин в крові і в інтерстеціальної рідини. В капілярах відбувається обмін рідини між кровю та тканинами також за механізмом фільтраціїрезорбції. При цьому рух рідини через стінку капіляра проходить за градієнтом концентрації який утворюється внаслідок складання чотирьох сил: Ронк.
84554. Кровоток у венах, вплив на нього гравітації. Фактори, що визначають величину венозного тиску 43.4 KB
  Фактори що визначають величину венозного тиску. Фактором який викликає розтягування вен і депонування в них крові є трансмуральний тиск різниця гідростатичного тиску крові та оточуючих тканин. Трансмуральний тиск значно зростає у венах розміщених нижче серця при вертикальній позі людини оскільки до власного гідростатичного тиску крові створюється насосною функцією серця приєднується гідростатичний тиск стовпа рідини у венах. Збільшення трансмурального тиску розтягує вени і сприяє депонуванню крові при переході з горизонтального...
84555. Тонус артеріол і венул, його значення. Вплив судинно-рухових нервів на тонус судин 45.26 KB
  Вплив судиннорухових нервів на тонус судин. Механізми регуляції регуляції тонуса судин Місцеві Центральні Нервові рефлекси Гуморальні гормони Міогенні Гуморальні Тканинні гормони Парасимпатичні Метаболіти Симпатичні Регуляція кровотоку в окремих регіонах Регуляція системного кровообігу Тонус судин певна ступінь напруження стінки судин яка повязана із скороченням гладеньких мязів які входять до складу судинної стінки. Тонус більш виражений в артеріальних судинах ніж у венозних артеріальні судини мають більш виражений шар гладеньких...
84556. Міогенна і гуморальна регуляція тонусу судин. Роль ендотелія судин в регуляції судинного тонусу 45.08 KB
  Роль ендотелія судин в регуляції судинного тонусу. Базальний тонус судин той який притаманний судинам за відсутності нервових та гуморальних впливів вивчати можна на ізольованій судині. Кількість гладеньких мязів що здатні до автоматії більша в дистальних судинах ніж в проксимальних; більша в артеріальних судинах ніж у венозних.
84557. Гемодинамічний центр. Рефлекторна регуляція тонусу судин. Пресорні і депресорні рефлекси 44.84 KB
  Гемодинамічний центр ГДЦ розташований в довгастому мозку хоча в регуляції системного кровообігу беруть участь всі рівні ЦНС від кори ГМ до спинного мозку. В структурі ГДЦ виділяють: пресорний відділ ПВ депресорний відділ ДВ еферентне парасимпатичне ядро блукаючого нерва Х. Третім структурним елементом ГДЦ є парасимпатичне ядро блукаючого нерва. Аферентні звязки ГДЦ.
84558. Рефлекторна регуляція кровообігу при зміні положення тіла у просторі (ортостатична проба) 45.13 KB
  Регуляція САТ відбувається: за відхиленням у відповідь на зміну САТ вмикаються регуляторні механізми які повертають його до вихідного рівня саморегуляція або регуляція на основі негативного зворотнього звязку; така регуляція має місце при необхідності стабілізувати САТ на певному рівні: за збуренням збурення дія якогось зовнішнього по відношенню до системи кровообігу фактора потребує зміни САТ в певному напрямку; інформація про дію збурення передається в КП ГДЦ по каналу зовнішнього звязку ГДЦ виробляє керуючий сигнал що...
84559. Регуляція кровообігу при м’язовій роботі 45.45 KB
  Підвищення САТ є результатом рефлексу з пропріорецепторів працюючих мязів активація ПВ ГДЦ та гальмування ядра блукаючого нерва збільшення ЧСС та СО ріст ХОК ріст САТ; звуження артеріальних та венозних судин також зумовлюють ріст САТ. Рефлекс з пропріорецепторів працюючих мязів є основним але не єдиним механізмом розвитку пресорної реакції при мязовій роботі. Регуляція кровотоку в мязах при фізичній роботі спрямована на забезпечення його розширення зменшення опору цих судин збільшення обємної швидкості кровотоку через працюючі...
84560. Особливості кровообігу у судинах головного мозку і його регуляція 42.75 KB
  Унікальною особливістю кровообігу ГМ є те що воно відбувається в замкнутому просторі непіддатливого черепа та перебуває в динамічному взаємозвязку з кровообігом спинного мозку та переміщенням спинномозкової рідини. Величина мозкового кровообігу відносно постійна складає 750 мл хв 15 від ХОК маса мозку 2 від маси тіла. Кровотік в мозку нерівномірний краще кровопостачаються ділянки сірої речовини бо тут найвищий рівень обміну речовин.