21207

Базы знаний

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Базы знаний 6. Данные и знания Как отмечалось в разделе 2 одним из основных свойств человеческого мышления является способность решать интеллектуальные задачи путем приобретения запоминания и целенаправленного преобразования знаний в процессе обучения на опыте и адаптации к условиям внешнего мира. Эти отличия знаний от данных приближаются к человеческому представлению восприятию и обращению с информацией. При использовании в СИИ знания проходят следующие этапы обработки: а знания в памяти человека как результат мышления; б материальные...

Русский

2013-08-02

60.5 KB

18 чел.

PAGE  4

Лекция №6

6. Базы знаний

6.1. Данные и знания

Как отмечалось в разделе 2,\\ одним из основных свойств человеческого мышления является способность решать интеллектуальные задачи путем приобретения, запоминания и целенаправленного преобразования знаний\\ в процессе обучения на опыте и адаптации к условиям внешнего мира. При построении систем искусственного интеллекта (СИИ) возникает вопрос: чем же отличаются знания от традиционных данных, обрабатываемых на обычных (не интеллектуальных) компьютерах?

\\Данными принято называть информацию, получаемую в результате экспериментального изучения объектов,\\\ процессов и явлений исследуемой предметной (проблемной) области (ППО). В традиционных (не интеллектуальных) вычислительных системах данные проходят следующие этапы обработки:

  •  экспериментальные данные измерений и наблюдений;
  •  данные на материальных носителях информации (таблицы, справочники и др.);
  •  модели (структуры) данных в виде диаграмм, графиков, функций и т.д.);
  •  компьютерные данные, описанные на языке системы.

\\База данных представляет собой компьютерное хранилище данных, содержащее числовые и символьные массивы, таблицы, графики, графы и другую информацию\\ о ППО. Для базы данных характерны большой объем и сравнительно небольшая стоимость информации.

\\Знания отражают свойства и закономерностях (законы, принципы, связи, правила, признаки и др.) исследуемой ППО, полученные путем использования профессионального опыта работы специалистов в данной ППО, а также из публикаций,\\ документов и других источников информации. Знания отличаются от данных большей сложностью, абстрактностью, полнотой и многосторонностью описания ППО. \\Эти отличия знаний от данных приближаются к человеческому представлению, восприятию и обращению с информацией.

При использовании в СИИ знания проходят следующие этапы обработки:

а) знания в памяти человека как результат мышления;

б) материальные носители знаний (учебники, методические пособия и др.);

в) модели представления знаний – формальное описание объектов и явлений предметной области, их атрибутов и связей между ними на языке, близком к естественному (человеческому);

г) знания в компьютере, описанные на языках представления знаний СИИ.

База знаний представляет собой хранилище знаний о свойствах и закономерностях исследуемой предметной области, полученных от опытных специалистов, из публикаций, документов и других источников \\информации. Для базы знаний характерны сравнительно небольшой объем и большая удельная стоимость информации.

Следует отметить, что в составе современной СИИ могут быть как базы знаний, так и базы данных.

\\6.2. Виды знаний

Основными видами знаний, которые используются в современных СИИ, являются:

а) внеличностные знания, известные всем специалистам в данной ППО (статьи, книги, журналы, инструкции, архивные документы, устные сообщения специалистов и др);

б) личностные (экспертные) знания, которые являются личным достоянием специалистов (экспертов) в данной ППО и отражают их индивидуальный профессиональный опыт;

в) поверхностные знания описывают совокупности причинно-следственных отношений между отдельными понятиями ППО;

г) глубинные знания, отображающие детальную структуру и глубинную природу процессов, протекающих в ППО (например, знания физиологов и врачей о причинах и видах болезней и методах лечения);

д) процедурные знания, "растворенные" в алгоритмах и программных средствах решения задач, при изменении которых надо изменять программы;

е) декларативные знания, записанные на языке представления знаний, приближенном к естественному языку и понятном пользователям, которые не являются специалистами в данной ППО.\\

В настоящее время в большинстве баз знаний СИИ применяются поверхностные декларативные знания. Однако граница между различными видами знаний очень подвижна, т.е. проектировщики СИИ могут описать один и тот же объект или явление ППО с использованием разных видов знаний и с разной степенью детальности.

Особое место в существующей классификации занимают нечеткие (fuzzy) знания, которые описывают качественные характеристики объектов ("небольшой", "высокий", "прохладный" и др.) и поэтому явяляются неточными (размытыми) знаниями, достоверность которых можно оценить некоторой промежуточной величиной между "истиной" и "ложью" (например, 0.8). Для формализации (описания) таких знаний американский математик Л.Заде разработал формальный аппарат нечеткой алгебры и нечеткой логики, а способы решения интеллектуальных задач с использованием этого аппарата получили название мягких вычислений.

Особую роль в СИИ играют стереотипные знания, описывающие известные стандартные ситуации предметной (проблемной) области. Такие знания позволяют восстанавливать информацию, пропущенную в описании ситуации и предсказывать появление новых знаний, которые можно ожидать в данной ситуации. Для описания стереотипных знаний используются так называемые сценарии, представляющие собой формализованные описания стандартных последовательностей взаимосвязанных фактов, определяющих типичную ситуацию предметной области. Это могут быть последовательности действий или процедур, описывающие способы достижения целей действующих лиц сценария, например, обед в ресторане, командировка, полет самолета, поступление в ВУЗ и т.д. В СИИ сценарии используются в процедурах понимания естественно-языковых текстов, планирования поведения, обучения, принятия решений, управления изменениями внешней среды и др.

Все рассмотренные выше виды знаний могут обладать:

  •  неполнотой, связанной с недостачей информации для решения поставленных задач;
  •  недостоверностью получения информации из мало надежных источников;
  •  ошибочностью, обусловленной некомпетентностью специалистов в данной ППО и др.

При создании СИИ большое значение имеет порядок и правила применения знаний в той или иной конкретной ситуации. Знания о том, какие знания нужны при решении поставленной задачи, называют метазнаниями, т.е. знаниями о знаниях. Метазнания используются:

  •  для организация знаний в базе знаний и рабочей памяти системы по уровням представления и детальности;
  •  при обосновании целесообразности занесения тех или или иных правил в базу знаний;
  •  при выборе из базы знаний правил, релевантных (соответствующих, близких) поставленной задаче;
  •  для обнаружения синтаксических и семантических ошибок в правилах базы знаний;
  •  для адаптирования правил базы знаний к изменяющейся предметной области;
  •  для информирования пользователя о возможностях и ограничениях системы и др.

\\6.3. Свойства знаний\\

Стандартной формой представления информации в памяти компьютера является так называемая \\информационная единица (ИЕ), представляющая собой машинное слово, состоящее из определенного числа двоичных разрядов - битов.\\ В процессе эволюции и совершенствования компьютерных средств происходило постепенное усложнение структуры данных по схеме: двоичное представление данных – векторы и матрицы - списки – абстрактные типы данных. Одновременно с усложнением структуры данных в ИЕ стали появляться специальные поля, в которых данные стали снабжаться именами. Когда данные были лишены имен, то отсутствовала возможность их идентификации системой. Данные могла идентифицировать лишь программа, извлекающая их из памяти по указанию программиста, написавшего программу. Что скрывается за тем или иным двоичным кодом машинного слова, системе было неизвестно.

\\С момента разделения ИЕ в компьютере на данные и команды создалась ситуация, при которой данные пассивны, а команды активны.\\ Все процессы, протекающие в компьютере, инициировались командами, а данные использовались этими командами лишь в случае необходимости.

\\Основными свойствами знаний, отличающими их от традиционных типов данных, являются следующие.

а) Внутренняя интерпретируемость. Каждая ИЕ в базе знаний СИИ имеет уникальное имя (адрес), по которому система находит ее,\\ а также отвечает на запросы, в которых это имя упомянуто.

\\б) Структурированность. Знания обладают гибкой структурой, организованной по принципу "матрешки", обеспечивающей так называемую рекурсивную вложимость одних ИЕ в другие.\\ Это означает, что каждая ИЕ может быть включена в состав любой другой, а из каждой ИЕ можно выделить некоторые составляющие ее фрагменты.

\\в) Связность. В базе знаний СИИ имеется возможность связывать отдельные ИЕ определенными отношениями, а также делать ссылку на информацию, хранящуюся в других ИЕ. \\В настоящее время различают:

  •  отношения структуризации, с помощью которых задается структурная иерархия ИЕ;
  •  функциональные отношения, которые несут процедурную информацию, позволяющую находить (вычислять) одни ИЕ через другие;
  •  каузальные отношения, которые задают причинно-следственные связи между ИЕ.

Отношения могут носить декларативный или процедурный характер. Например, если две или более ИЕ связаны причинно-следственными отношениями, то они описывают декларативные знания. Если же между двумя ИЕ установлено функциональное отношение, то оно характеризует процедурное знание, связанное с вычислением определенных функций.

\\г) Семантическая метрика. На множестве ИЕ задаются отношения, характеризующее ситуационную близость (релевантность) ИЕ, т.е. степень ассоциативной связи между ИЕ.\\ Отношения релевантности при работе с ИЕ позволяет находить знания, близкие к имеющимся знаниям;

Указанные особенности знаний позволяют создать общую семантическую модель представления знаний. Она представляет собой иерархическую сеть, в вершинах которой находятся ИЕ, снабженные индивидуальными именами. Дуги семантической сети соответствуют различным связям между ИЕ (раздел 9).

\\д) Активность.\\ В отличие от традиционных компьютерных систем, где данные пассивны, в базе знаний СИИ, как и у человека, актуализация \\тех или иных действий (выполнение команд) может инициироваться динамикой изменения состояния знаний или появлением новых знаний, которые могут стать источником активности системы.\\

\\6.4. Характеристика и состав базы знаний\\

Как отмечалось выше, база знаний (БЗ) представляет собой хранилище знаний о свойствах и закономерностях (законах, связях, правилах и др.) предметной области, в которой работает СИИ. С помощью моделей представления знаний БЗ отражает знания о предметной области, способы анализа поступающих знаний и методы вывода, т.е. порождения новых знаний на основании имеющихся и вновь поступивших знаний.

БЗ является наиболее важной составной частью (машинным "мозгом") СИИ, которая моделирует память человека и на которой основаны "интеллектуальные способности" системы.\\ В отличие от остальных компонентов БЗ является переменной частью СИИ, которая может пополняться и модифицироваться в процессе создания и эксплуатации системы.

Как отмечалось в разделе 6.3, знания предварительно структурируются, т.е. в БЗ хранится особым образом организованная информационная сеть, которая определяет, что с чем связано, что на что влияет, что является причиной, а что – следствием, что представляет собой часть, а что - целое и т.д. Такую сеть надо уметь экономно записывать в БЗ, выбирать из нее нужные знания, находить место для записи новых знаний и др. Машинный "мозг" не так важно наполнить, как хорошо устроить и умело организовать.

\\В состав БЗ входят:

  •  совокупность знаний (фактов и правил), описывающих данную ППО;
  •  совокупность правил вывода на знаниях;
  •  уровни правил вывода;
  •  совокупность процедур над правилами вывода;
  •  гипотезы, высказывания и другие знания.\\

С целью более эффективной обработки информации память БЗ разбивается на отдельные независимые подобласти знаний с тем, чтобы изменения в одной подобласти знаний не приводили к существенным изменениям в других подобластях. В этом случае решение сложной задачи можно свести к нескольким более простым подзадачам таким образом, что для решения каждой из них достаточно знаний из одной подобласти знаний.

Наряду со знаниями о ППО БЗ содержит также подобласти собственных знаний о системе, в которой она функционирует. К числу таких подобластей относятся:

  •  подобласть системы, содержащая знания о ее возможностях;
    •  подобласть пользователя, содержащая сведения о пользователях и уровне их подготовленности к работе с системой;
    •  подобласть диалога, хранящая формы и способы его организации;
    •  подобласть языка, на котором осуществляется диалог с пользователями.

  •  

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

56507. Імідж як форма життєтворчості лідера 55.5 KB
  Мета: ознайомити учасників з поняттям «імідж»; стимулювати уяву школярів в пошуках власного розуміння іміджу лідера учнівського самоврядування; сприяти розвитку в учнів навичок самопізнання та саморегуляції
56508. Пізнаємо себе і світ 76 KB
  Мета:розвиток емоційної сфери дитини; розвиток її як особистості; розкриття позитивних здібностей дитини; формування знань про особистість та спілкування; формування в класі дружніх відносин, взаєморозуміння та взаємоповаги.
56509. Выставки-ярмарки как инструмент продвижения товара ОАО «Савушкин продукт» 241.72 KB
  Проанализировать основные показатели хозяйственной деятельности ОАО «Савушкин продукт» за 2011-2012г. Провести анализ организационно-экономических характеристик ОАО «Савушкин продукт». Рассказать об средствах рекламы ОАО «Савушкин продукт».
56510. Сценарій тренінгу: «Як без перешкод здійснити свої мрії?» 31.5 KB
  Мета: На прикладах показати дітям, що в житті кожного повинні бути цілі. Вчитися аналізувати і змінювати свої цілі, якщо це знадобиться. Спонукати до того, щоб діти замислювалися над своїми мріями, над тим, чого вони прагнуть отримати від життя.
56511. Усвідомлений вибір майбутнього покликання, професійної діяльності – запорука життєвого успіху (інформаційно–ігровий тренінг для учнів 8–11 класів) 138 KB
  Основна мета: активізація самосвідомості учнів щодо формування свого майбутнього покликання. Майбутньої професійної діяльності; залучення учнів до гри, групової тренінгової роботи; створення сприятливого психологічного клімату при проведенні заняття.
56512. КОНВЕРГЕНЦИЯ ФОРМ И ТИПОВ ТЕЛЕПЕРАДАЧ 50.96 KB
  Само слово конвергенция произошло от латинского convergo — «сближаю». В английском языке convergence означает «схождение в одной точке». Павликова М. дает следующее определение, ссылаясь при этом на канадского исследователя СМИ и коммуникаций Дэниса Макуэйла...
56513. Тренінг для юних волонтерів – правозахисників «Діти мають захищати свої права» 68.5 KB
  Хід заняття Вступне слово тренера. Тренер: Як ви думаєте що необхідно знати дітям щоб вміти захищати свої права Усна відповідь дітей Тренер: Основна мета нашого заняття з’ясувати як діти мають захищати свої права.
56515. ТРЕНІНГ «ЗДОРОВ’Я – ЦЕ ЖИТТЯ» 42 KB
  Доброго дня Доброго здоров’я. Зустрічаючись, люди, зазвичай, говорять це гарне добре слово бажаючи один одному здоров’я. А що таке здоров’я відповідь дітей.