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

187 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

6161. Дослідження автогенератора 48.2 KB
  Дослідження автогенератора У даній роботі досліджується RC-автогенератор, який, звичайно, використовується для генерації коливань низької частоти. 1. Складові частини RC-автогенератора У загальному випадку автогенератор складається з підсилювача та ...
6162. Осциллографические измерения 320.5 KB
  Осциллографические измерения 1. Электронно-лучевой осциллограф Электронно-лучевой осциллограф (от латинского слова осциллум - колебание и греческого графо - пишу) или осциллоскоп (греч. скопео - вижу) - прибор, предназначен...
6163. Робота з симулятором машини Ноймана. Дослідження виконання машинного коду в автоматичному режимі 170.61 KB
  Мета: опанувати роботу на симуляторі машини Ноймана, зрозуміти і дослідити принцип виконання програми машиною Ноймана. Завдання: запустити симулятор, увести до нього коди машинних інструкцій і коди чисел, навчитися утворювати і змінювати ці ко...
6164. Редактор логических схем алгоритмовАвтоматизация проектирования компьютерных систем 125.74 KB
  Автоматизация проектирования компьютерных систем Краткое описание программы Интерфейс пользователя: Пользователь может выполнить одно из следующих действий: Открыть существующий файл для просмотра и дальнейшего редактирования алгоритма. ...
6165. Маркетинговые исследования рынка шоколадных батончиков 224.41 KB
  Маркетинговые исследования рынка шоколадных батончиков Введение Рынок шоколадных батончиков достаточно привлекателен, является одним из самых значительных сегментов  национальной экономики, а также  принадлежит к высокодоходным отраслям. Следствием ...
6166. Естетично-екологічне виховання у дошкільних навчальних закладах 268.5 KB
  Екологічна криза, що виникла через непродумане господарювання людини, змушує змінити своє ставлення до довкілля. Цій меті покликана служити система екологічного виховання, яка є окремим напрямом педагогічної теорії та практики.
6167. Принципи конфігурування коммутатора Cisco Catalyst 2960 610.5 KB
  Мета роботи: Вивчити принципи конфігурування коммутатора CiscoCatalyst 2960. Порядок виконання роботи Виконання даної лабораторної роботи, складається з двох частин: Підготовки на емуляторі Packet Tracerv 4 Робота на ко...
6169. Бази даних XML 130 KB
  Бази даних XML Завдання Вивчити відповідні розділи документації СУБД. Навести власні приклади використання конструкцій мови доступу до СУБД. Підготувати звіт у вигляді файлу з прикладами та його друкованого варіанту. Створення ...