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

15 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

20637. Естествознание в мировой культуре 71 KB
  Проблема двух культурНаука и мистицизмВопрос о ценности науки 2. Люди наивные далекие от науки часто полагают что главное в учение Дарвина – это происхождение человека от обезьяны. Таким образом вторжение естественной науки – биологии в духовную жизнь общества заставило говорить о кризисе науки и ее разрушительном действии на человека. В итоге развитие естествознания привело к кризису науки этическое значение которой ранее усматривали в том что она постигает величественную гармонию Природы – образец совершенства как цели человеческого...
20638. Концепции современного естествознания 63.5 KB
  языком науки все о природе стали называться Naturwissenchaft€. Эта сеть связывает многочисленные ответвления физических химических и биологических наук включая науки синтетические возникшие на стыке основных направлений биохимия биофизика и др. Но она позволяет пояснить одну из проблем науки – проблему редукционизма. Редукционизм в науке – это стремление описать более сложные явления языком науки описывающей менее сложные явления или класс явлений например сведение биологии к механике и т.
20639. История развития естествознания 70.5 KB
  В естествознании – это объекты или фрагменты материального мира которые человек исследует. определенного видения мира в соответствии с которым осуществляется научная деятельность. Среди естественнонаучных революций можно выделить следующие типы: 1 глобальные охватывающие все естествознание и вызывающие появление не только принципиально новых представлений о мире нового видения мира но и нового логического строя науки нового способа или стиля мышления; 2 локальные – в отдельных фундаментальных науках т. Становление новой...
20640. Методология научных исследований 137 KB
  Методы эмпирического и теоретического познания3. Методы научного познания включают так называемые всеобщие методы т. общечеловеческие приемы мышления общенаучные методы и методы конкретных наук. Методы могут быть классифицированы и по соотношению эмпирического знания т.
20641. Механическая картина мира (МКМ) 71 KB
  Механическая картина мира МКМ 1. Понятие научной картины мира2. Понятие научной картины мира Само понятие научная картина мира появилось в естествознании и философии в конце 19 в. Так существуют общенаучные картины мира и картины мира с точки зрения отдельных наук например физическая биологическая или с точки зрения какихлибо господствующих методов стилей мышления вероятностностатистическая эволюционистская системная информационнокибернетическая синергетическая и т.
20642. Термодинамическая картина мира 61.5 KB
  Закон сохранения и превращения энергии в механике3. он начал исследовать принцип эквивалентности теплоты и работы и введя понятие внутренней энергии пришел к пониманию взаимопревращения энергии. До этого в физике существовало понятие механической энергии и представление об ее сохранении и превращении. Закон сохранения и превращения энергии в механике Формирование понятия механической энергии было связано с формированием понятия механической работы А = Fx и энергии как способности совершать работу.
20643. Термодинамическая картина мира (II). Второе начало термодинамики 73 KB
  Теплопроводность приводит к все большему выравниванию температур до тех пор пока распределение температуры во всех точках пространства рассматриваемой изолированной системы не станет одинаковым. Энтропия таким образом характеризует состояние системы. Действительно так же как каждому уровню высоты над поверхностью Земли отвечает своя потенциальная энергия так и каждому состоянию термодинамической системы отвечает своя энтропия. Как работа в поле тяжести потенциальном поле не зависит от вида пути а зависит только от изменения...
20644. Термодинамическая картина мира (III). Стрела времени 53.5 KB
  Стрела времени 1. Стрела времени3. в принципе невозможно проследить в течение незначительного интервала времени за движением отдельной молекулы. Так же невозможно точно определить координаты и скорости всех молекул макроскопического тела одновременно в данный момент времени.
20645. Электромагнитная картина мира (ЭМКМ) 55 KB
  Теория электромагнитного поля Максвелла3. замечательно еще и тем что вместе с ним в науку вошло понятие поля. Силовой характеристикой электростатического поля является его напряженность. Силовой характеристикой магнитного поля является напряженность .