21703

Модели представления знаний

Реферат

Информатика, кибернетика и программирование

Впервые была представлена Минским как попытка построить фреймовую сеть или парадигму с целью достижения большего эффекта понимания . Минский разработал такую схему в которой информация содержится в специальных ячейках называемых фреймами объединенными в сеть называемую системой фреймов .Возможно б что вы используете информацию содержащуюся в вашем фрейме комнаты для того чтобы распознать мебель что называется процессом сверхувниз или в контексте теории фреймов фреймодвижущим распознаванием . Он предложил систему ...

Русский

2013-08-03

96 KB

13 чел.

Модели представления знаний (СС, ПП, НЛ

[0.1] Продукционная модель

[0.2] Семантические сети

[0.3] Фреймы

[0.4] Формальные логические модели

Продукционная модель

Продукционная модель, или модель, основанная на правилах, позволяет представить знания в виде предложений типа: Если (условие), то (действие).

Под, условием понимается некоторое предложение-образец, по которому осуществляется поиск в базе знаний, а под действием - действия, выполняемые при успешном исходе поиска (они могут быть промежуточными, выступающими далее как условия, и терминальными или целевыми, завершающими работу системы).

При использовании продукционной модели база знаний состоит из набора правил, Программа, управляющая перебором правил, называется машиной вывода. Чаще всего вывод бывает прямой (от данных к поиску цели) или обратный (от цели для ее подтверждения - к данным). Данные - это исходные факты, на основании которых запускается машина вывода - программа, перебирающая правила из базы.

Пример. Имеется фрагмент базы знаний из двух правил:

/71: Если "отдых - летом" и "человек - активный", то "ехать в горы",

/72: Если "любит солнце", то "отдых летом",

Предположим, в систему поступили данные - "человек активный" и "любит "солнце"

Прямой вывод - исходя из данных, получить ответ.

1-й проход.

Шаг 1. Пробуем П1, не работает (не хватает данных "отдых - летом").

Шаг 2. Пробуем П2, работает, в базу поступает факт "отдых - летом".

2-й проход.

Шаг 3. Пробуем /7/, работает, активируется цель "ехать в горы", которая и выступает как совет, который дает ЭС.

Обратный вывод - подтвердить выбранную цель при помощи имеющихся правил и данных.

1-й проход.

Шаг 1. Цель - "ехать в горы": пробуем П1 - данных, "отдых - летом" нет, они становятся новой целью, и ищется правило, где она в правой части.

Шаг 2. Цель "отдых - летом": правило П2 подтверждает цель и активирует ее.

2-й проход.

Шаг 3. Пробуем П1, подтверждается искомая цель.

Продукционная модель чаще всего применяется в промышленных экспертных системах. Она привлекает разработчиков своей наглядностью, высокой модульностью, легкостью внесения дополнений и изменений и простотой механизма логического вывода.

Имеется большое число программных средств, реализующих продукционный подход (язык OPS 5 [8]; "оболочки" или "пустые" ЭС - EXSYS [10], ЭКСПЕРТ [2]; инструментальные системы 11ИЭС [1!] и СПЭИС [3] и др.), а также промышленных ЭС на его основе (ФИАКР [8]) и др.

Семантические сети

Термин семантическая означает смысловая, а сама семантика - это наука, устанавливающая отношения между символами и объектами, которые они обозначают, т.е. наука, определяющая смысл знаков,

Семантическая сеть- это ориентированный граф, вершины которого - понятия, а дуги - отношения между ними.

Понятиями обычно выступают абстрактные или конкретные объекты, а отношения - это связи типа: "это" ("is"), "имеет частью" ("has part"), "принадлежит", "любит". Характерной особенностью семантических сетей является обязательное наличие трех типов отношений:

класс - элемент класса;

свойство - значение;

пример элемента класса.

Можно ввести несколько классификаций семантических сетей. Например, по количеству типов отношений:

однородные (с единственным типом отношений);

неоднородные (с различными типами отношений).

По типам отношений:

бинарные (в которых отношения связывают два объекта);

парные (в которых есть специальные отношения, связывающие более двух понятий).

Наиболее часто в семантических сетях используются следующие отношения:

связи типа "часть-целое" ("класс-подкласс", "элемент-множество" и т.п.);

функциональные связи (определяемые обычно глаголами "производит", "влияет"...);

количественные (больше, меньше, равно...);

пространственные (далеко от, близко от, за, под, над...);

временные (раньше, позже, в течение...);

атрибутивные связи (иметь свойство, иметь значение...);

логические связи (и, или, не) и др.

Проблема поиска решения в базе знаний типа семантической сети сводится к задаче поиска фрагмента сети, соответствующего некоторой подсети, соответствующей поставленному вопросу.

Пример. На рисунке изображена семантическая сеть. В качестве вершин понятия: Человек, Иванов, Волга. Автомобиль, Вид транспорта. Двигатель.

Рис. Семантическая сеть.

Основное преимущество этой модели - в соответствии современным представлениям об организации долговременной памяти человека. Недостаток модели - сложность поиска вывода на семантической сети.

Для реализации семантических сетей существуют специальныесетевые языки, например NET[12] и др. Широко известны экспертныесистемы, использующие семантические сети в качестве языка представления знаний - PROSPECTOR, CASNBT, TORUS [8,10].

Фреймы

Это парадигма для представления знаний с целью использования этих знаний компьютером. Впервые была представлена Минским как  попытка построить фреймовую сеть , или парадигму с целью достижения большего эффекта понимания  . С одной стороны Минский пытался сконструировать базу данных , содержащую энциклопедические знания  , но с другой стороны , он хотел создать наиболее описывающую базу , содержащую информацию в структурированной и упорядоченной форме . Эта структура позволила бы компьютеру  вводить информацию в более гибкой форме , имея доступ к тому разделу , который требуется в данный момент . Минский разработал такую схему  , в которой информация содержится в специальных ячейках , называемых фреймами , объединенными в сеть , называемую системой фреймов . Новый фрейм активизируется с наступлением новой ситуации . Отличительной его чертой является то , что он одновременно содержит большой объем знаний и в то же время является достаточно гибким для того , чтобы быть использованным как отдельный элемент БД. Термин «фрейм» был наиболее популярен в середине семидесятых годов, когда существовало много его толкований, отличных от интерпретации Минского .

Чтобы лучше понять эту теорию, рассмотрим один из примеров Минского, основанный на  связи между ожиданием , ощущением  и чувством человека , когда он открывает дверь и входит в комнату . Предположим , что вы собираетесь открыть дверь и зайти в комнату незнакомого вам дома . Находясь в доме , перед тем как открыть дверь ,  у вас имеются определенные представления о том , что вы увидите , войдя в комнату .  Например , если вы увидите к-л пейзаж или морской берег , поначалу вы с трудом узнаете их . Затем вы будете удивлены , и в конце концов дезориентированы , так как вы не сможете объяснить поступившую информацию и связать ее с теми представлениями , которые у вас имелись до того  . Также у вас возникнут затруднения с тем , чтобы предсказать дальнейший ход событий. С аналитической точки зрения это можно объяснить как активизацию фрейма комнаты в момент открывания двери и его ведущую роль в интерпретации поступающей информации . Если бы вы увидели за дверью кровать , то фрейм комнаты приобрел бы более узкую форму и превратился бы во фрейм кровати . Другими словами , вы бы имели доступ к наиболее специфичному фрейму из всех доступных .Возможно ,б что вы используете информацию , содержащуюся в вашем фрейме комнаты для того чтобы  распознать мебель , что называется процессом сверху-вниз , или в контексте теории фреймов фреймодвижущим распознаванием . Если бы вы увидели пожарный гидрант , то ваши ощущения были бы аналогичны первому случаю. Психологи подметили , что распознавание объектов легче проходит в обычном контексте, чем в нестандартной обстановке . Из этого примера мы видим , что фрейм - это модель знаний , которая активизируется в определенной ситуации и служит для ее объяснения и предсказания .  У Минского имелись достаточно расплывчатые идеи о самой структуре такой БД , которая могла бы выполнять подобные вещи . Он предложил систему , состоящую из связанных между собой фреймов , многие из которых состоят из одинаковых подкомпонентов , объединенных в сеть . Таким образом , в случае  , когда к-л входит в дом , его ожидания контролируются операциями , входящими в сеть системы фреймов . В рассмотренном выше случае мы имеем дело с фреймовой системой для дома , и с подсистемами для двери и комнаты . Активизированные фреймы с дополнительной информацией в БД о том , что вы открываете дверь  , будут служить переходом от активизированного фрейма двери к фрейму комнаты . При этом фреймы двери и комнаты будут иметь одинаковую подструктуру . Минский назвал это явление разделом терминалов и считал его важной  частью теории фреймов .

Минский также ввел терминологию , которая могла бы использоваться при изучении этой теории ( фреймы , слоты , терминалы и т. д.). С использованием терминологии, введенной Минским, фреймом называется формализованная модель для отображения образа.

Структуру фрейма можно представить так;

ИМЯ ФРЕЙМА :

(имя 1-го слота: значение 1-го слота),

(имя 2-го слота: значение 2-го слота),

- - - -

(имя N-го слота: значение N-гo слота).

Ту же запись представим в виде таблицы, дополнив двумя столбцами.

В таблице дополнительные столбцы предназначены для описания тина слота и возможного присоединения к тому или иному слоту специальных процедур, что допускается в теории фреймов. В качестве значения слота может выступать имя другого фрейма; так образуют сети фреймов.

Различают фреймы-образцы, или прототипы, хранящиеся в базе знаний, и фреймы-экземпляры, которые создаются для отображения реальных ситуаций на основе поступающих данных.

Модель фрейма является достаточно универсальной, поскольку позволяет отобразить все многообразие знаний о мире через:

фреймы-структуры, для обозначения объектов и понятий (заем, залог, вексель);

фреймы-роли (менеджер, кассир, клиент);

фреймы-сценарии (банкротство, собрание акционеров, празднование именин);

фреймы-ситуации (тревога, авария, рабочий режим устройства) и др.

Важнейшим свойством теории фреймов является заимствованное из теории семантических сетей наследование свойств. И во фреймах, и в семантических сетях наследование происходит по АКО-связям (A-Kind-Of = это). Слот АКО указывает на фрейм более высокого уровня иерархии, откуда неявно наследуются, т.е. переносятся, значения аналогичных слотов.

Пример. Например, в сети фреймов на рис. 16.2 понятие "ученик" наследует свойства фреймов "ребенок" и "человек", которые находятся на более высоком уровне иерархии. Гак, на вопрос: "Любят ли ученики сладкое?" Следует ответ: "Да", так как ним свойством обладают все дети, что указано во фрейме "ребенок". Наследование свойств может быть частичным, так, возраст для учеников не наследуется ил фрейма "ребенок", поскольку указан явно в своем собственном фрейме.

Основным преимуществом фреймов как модели представления знаний является способность отражать концептуальную основу организации памяти человека [13], а также гибкость и наглядность.

Специальные языки представления знаний в сетях фреймов FRL (Frame Representation Language) и другие позволяют эффективно строить промышленные ЭС. Широко известны такие фреймо-ориентированные экспертные системы, как ANALYST, МОДИС и многие другие.

Распознавание

В литературе имеется много рассуждений по поводу процессов , касающихся  распознавания фреймов и доступа к структуре знаний высшего уровня . Несмотря на то , что люди могут распознать фрейм без особых усилий  , для компьютера в большинстве случаев это довольно сложная задача . Поэтому вопросы распознавания фреймов остаются открытыми и трудными для решения с помощью ИИ .

Каждый фрейм имеет свой определенный так называемый слот. Так, для фрейма действие слот может быть заполнен только какой-либо исполнителем этого действия , а соседние фреймы могут наследовать этот слот .

Некоторые исследователи предположили , что случаи грамматики падежей совпадают со слотами в ТФ , и эта теория была названа теорией идентичности слота и падежа . Было предложено число таких падежей , от 8 до 20 , но точное число не определено . Но если агентив полностью совпадает  со своим слотом , то остальные падежи вызвали споры . И до сих пор точно не установлено , сколько всего существует падежей .

Также вызвал трудность тот факт, что слоты не всегда могут быть переходными . Например , в соответствие с ТФ можно сказать , что фрейм одушевленный предмет может иметь слот  живой, фрейм  человек может иметь слот честный,  а фрейм  блоха не может иметь такой слот , и он к нему никогда не перейдет .

Другими словами , связи между слотами в ТФ не являются исследованными до конца . Слоты могут передаваться , могут быть многофункциональны , но в то же время не рассматриваются как функции

Рис. Сеть фреймов

Объектно - ориентированные языки

Параллельно с языками фреймов существуют объектно-ориентированные программные языки , которые используются для составления  программ , но имеют некоторые свойства языков фреймов , такие , как использование слотов для детальной , доскональной классификации объектов . Отличие их от языков фреймов в том , что фреймовые языки направлены на более обобщенное представление информации об объекте .

Одной из трудностей представления знаний и языка фреймов является отсутствие формальной семантики . Это затрудняет сравнение свойств представления знаний различных языков фреймов , а также полное логическое объяснение языка фреймов .

Формальные логические модели

Традиционно в представлении знаний выделяют формальные логические модели, основанные на классическом исчислении предикатов 1 порядка, когда предметная область или задача описывается в виде набора аксиом. Мы же опустим описание этих моделей по следующим причинам. Исчисление предикатов 1 порядка в промышленных экспертных системах практически не используется. Эта логическая модель применима в основном в исследовательских "игрушечных" системах, так как предъявляет очень высокие требования и ограничения к предметной области.

В промышленных же экспертных системах используются различные ее модификации и расширения, изложение которых выходит за рамки данного курса.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

43192. Розробка структури і технології управління об’єктом на прикладі ТОВ „Альтаір” 1.2 MB
  Товариство з обмеженою відповідальністю «Альтаір» було створене, не маючи в своєму розпорядженні зовсім ніякої бази, крім початкового капіталу, що склав 897 тисяч гривень. Така ситуація має свої як переваги, так і недоліки. Їх дуже гарно можна виявити, порівнявши нашу фірму з багатьма сучасними підприємствами автомобільного транспорту, які були створені зовсім недавно на базі старих нерентабельних державних АТП.
43193. Проблемы внешней торговли России 538 KB
  Особенности внешней торговли России. Проблемы внешней торговли России. Внешнеторговая политика современной России. Направления развития внешней торговли России. Список использованной литературы Введение Активный рост внешней торговли нашей страны начался в 70е годы когда и разрядка международной напряженности и оживление всей мировой торговли способствовали вовлечению отечественной экономики в расширяющийся международный товарообмен.
43194. Совершенствование социальной политики в России 549.5 KB
  Это прежде всего решение задач занятости и обеспечения реального уровня прожиточного минимума адресности социальной поддержки достижения оптимального соотношения уровней жизни активной занятой части населения и нетрудоспособных граждан. Налоговая политика использует механизм прогрессивного налогообложения в качестве источника формирования финансовых ресурсов для осуществления социальной поддержки малообеспеченных в социальном плане слоев населения. Реализация социальной защиты населения осуществляется в двух формах: активной и...
43195. СУДОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА 1.54 MB
  Для судовой энергетической установки характерна сложная структура. В ее состав в основном входит оборудование энергетических систем и трубопроводов. Между которыми существуют сложные физические, параметрические и технико-экономические связи. Для процессов, протекающих в энергетическом оборудовании, характерны значительные изменения параметров – температуры, давления, скорости, сил и моментов, напряжений и деформаций, турбулентности, шума и вибрации, теплопередачи и др.
43196. Проект ПТБ автопредприятия среднего бизнеса в г.Михайловске 365 KB
  Указанные расчеты выполняются с использованием следующих исходных данных (задание из разделов коммерческой эксплуатации):- тип подвижного состава –ВАЗ-2114 среднесписочное количество автомобилей – 200 шт.; реднесуточный пробег автомобилей – 312 км; время в наряде – 24,0 ч; количество дней работы АТП в году – 365; категория условий эксплуатации – III; природно-климатическая зона эксплуатации – умеренно холодный средний пробег автомобиля в долях пробега с начала эксплуатации до капитального ремонта – 0,8; способ хранения: на закрытой площадке.
43197. Решение системы линейных уравнений методом Гаусса 723 KB
  Метод Гаусса— классический метод решения системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ). Это метод последовательного исключения переменных, когда с помощью элементарных преобразований система уравнений приводится к равносильной системе ступенчатого (или треугольного) вида, из которого последовательно, начиная с последних (по номеру) переменных, находятся все остальные переменные.
43198. Рентабельность производства продукции, пути ее роста 322.5 KB
  Прибыль характеризует конечные экономические показатели не только в сфере производства сельскохозяйственной продукции, но и в сфере обращения, реализации. Она является как бы фокусом, в котором находят отражение все слагаемые эффективности производства. С ростом прибыли неразрывно связан рост рентабельности производства. В свою очередь когда идёт речь о том, что то или иное хозяйство рентабельно, это означает, что в этом хозяйстве не только возмещают затраты, связанные с производством и реализацией продукции, но и получают определённую прибыль, позволяющую вести хозяйство на расширенной основе.
43199. ЭКОНОМИКО-СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СЕБЕСТОИМОСТИ ЗЕРНОВЫХ В СПК «ТАТАРСКОЕ» ЧЕРЛАКСКОГО РАЙОНА ОМСКОЙ ОБЛАСТИ 674 KB
  Целью работы является углубление теоретических знаний в области статистики и приобретение практических навыков сбора и анализа статистической информации, для проведения экономико-статистического анализа. Для достижения данной цели поставим перед собой последовательный ряд задач, которые более полно и наглядно охарактеризуют производственную деятельность предприятия: сбор статистических данных; обработка собранных данных статистическими методами (представление данных в табличном и графическом виде, расчет относительных величин структуры, показателей интенсивности и средних показателей динамики, выравнивание рядов динамики, корреляционно-регрессионный анализ связи, анализ вариации, факторный анализ с помощью индексов); проведение экономико-статистического анализа результатов обработки данных.
43200. Монтаж одноэтажного промышленного здания 148.5 KB
  Перемещение и монтаж элементов и конструкций над перекрытиями, под которыми находятся люди, допускаются в исключительных случаях по письменному распоряжению I главного инженера генподрядной строительно-монтажной организации при возведении зданий, имеющих более пяти этажей, после разработки мероприятии, обеспечивающих безопасное производство работ. При монтажных работах на высоте должна быть определена и хорошо обозначена видимыми предупредительными знаками опасная зона для нахождения и перемещения людей. В необходимых случаях, кроме этого, подают предупредительные звуковые сигналы.