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

173 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

49685. Сборка отсека фюзеляжа Ф-4 среднемагистралного пассажирского самолета 309.5 KB
  В настоящее время одним из главных элементов производственного процесса изготовления авиационной техники следует считать сборочное производство. Сборочное производство характеризуется постоянно возрастающей сложностью сборочных работ, сравнительно невысоким уровнем механизации и автоматизации технологических процессов и, как следствия, большими затратами на производство, невысоким уровнем производительности и большой трудоемкостью изготовления продукции.
49686. Проектирование линейного центробежного нагнетателя природного газа мощностью 25 МВт и отношением давлений П=1,44 2.01 MB
  Определение физических констант газа. при добыче нефти и газа на магистральных газопроводах для наддува двигателей внутреннего сгорания в газотурбинных установках для получения сжатого воздуха имеющего силовое назначение пневматический инструмент молоты прессы и т. Российская Федерация является обладателем крупнейших в мире запасов полезных ископаемых нефти природного газа следствием чего стало доминирующее влияние добычи природных ресурсов на экономику и развитие нашего государства.
49688. Визуализация численных методов 1.19 MB
  В курсовой работе требуется написать программу на языке Visual Basic, для решения и визуализации данного дифференциального уравнения первого порядка при помощи графика. В программе я сравню эти два метода и затем попытаюсь оценить погрешность и правильность решения.
49690. РАБОЧАЯ ПЛОЩАДКА ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ 3.26 MB
  Подбор сечения Геометрические характеристики сечения Проверка принятого сечения Геометрические характеристики сечения