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

15 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

36680. ФІЛОСОФІЯ НОВОГО ЧАСУ. Лекція 107 KB
  Проблема методу пізнання. Проблема методу пізнання. Спочатку ці обидва види матеріалізму виступають спільно: і той і інший розпочинають критику схоластики з питання про метод пізнання з метою подолання не лише схоластичної відірваності від досвіду практики але й притаманного схоластиці ідеалізму. Бекон в Англії Декарт у Франції Спіноза в Голландії при всіх відмінностях їх один від одного збігаються між собою у цьому розумінні мети й завдань пізнання.
36681. ФІЛОСОФІЯ СЕРЕДНЬОВІЧНОГО СУСПІЛЬСТВА ТА ВІДРОДЖЕННЯ 98.5 KB
  Короленка Кафедра філософії Опорний конспект лекції з курсу ФІЛОСОФІЯ на тему: ФІЛОСОФІЯ СЕРЕДНЬОВІЧНОГО СУСПІЛЬСТВА ТА ВІДРОДЖЕННЯ для студентів ІІ курсів усіх факультетів Полтава2011 Тема: Філософія середньовічного суспільства та Відродження ПЛАН 1. А звідси й космоцентризм філософії намагання зрозуміти сутність природи космосу світу в цілому. Для філософії середньовіччя головним орієнтиром стала не природа а Бог. Саме цим і зумовлювався теоцентризм філософії епохи середньовіччя істинною реальністю всього світу є Бог а не...
36682. АНТИЧНА ФІЛОСОФІЯ 147.5 KB
  Короленка Кафедра філософії Опорний конспект лекції з курсу ФІЛОСОФІЯ на тему: АНТИЧНА ФІЛОСОФІЯ для студентів ІІ курсів усіх факультетів Полтава2011 Тема: Антична філософія VI ст. Періодизація античної філософії. Класичний період давньогрецької філософії 4. Періодизація античної філософії.
36683. ФІЛОСОФІЯ СТАРОДАВНЬОГО СХОДУ. Лекційне заняття 98 KB
  Поєднують ж їх позиції наступні риси: Віра в пануючі у світі порядок і справедливість завдяки закону Карми всі гарні чи погані вчинки людини викликають відповідні наслідки в цій та наступних життях; Ідея вічного круговороту як нескінченного переродження всіх живих істот сансара: Всесвіт арена де кожен на протязі всього життя відіграє певну роль де смерть не лякає людину адже вона залишається безсмертною перевтілюючись у наступному житті в іншу істоту; Концепція Мокші найвищої мети життя людини: необхідності звільнення її від...
36684. ФІЛОСОФІЯ, ЇЇ ПРОБЛЕМИ ТА РОЛЬ В ЖИТТІ ЛЮДИНИ І СУСПІЛЬСТВА 86 KB
  Короленка Кафедра філософії Опорний конспект лекції з курсу ФІЛОСОФІЯ на тему: ФІЛОСОФІЯ ЇЇ ПРОБЛЕМИ ТА РОЛЬ В ЖИТТІ ЛЮДИНИ І СУСПІЛЬСТВА для студентів ІІ курсів усіх факультетів Полтава2009 ТЕМА: ФІЛОСОФІЯ ЇЇ ПРОБЛЕМИ ТА РОЛЬ В ЖИТТІ ЛЮДИНИ І СУСПІЛЬСТВА ПЛАН 1. Філософія як любов до мудрості 2. Філософія як форма суспільної свідомості 4. Міф релігія філософія як етапи сходження людської самосвідомості 1.
36685. ДУХОВНЕ ЖИТТЯ СУСПІЛЬСТВА І КУЛЬТУРА. ФОРМАЦІЯ І ЦИВІЛІЗАЦІЯ У СВІТОВІЙ ІСТОРІЇ 89.5 KB
  Філософське поняття культури. Навпаки врахування специфіки індивідуальної свідомості її багатогранності неповторності всього того що становить сутність духовності особистості є надзвичайно важливою умовою формування та розвитку цінностей духовної культури свідомості людини. Філософське поняття культури. Існує декілька сот визначень того що можна назвати культурою десятки підходів до її вивчення теоретичних концепцій моделей культури.
36686. СОЦІАЛЬНА СФЕРА ЖИТТЯ СУСПІЛЬСТВА 86.5 KB
  Дійсно класи нації народності трудові колективи сімї різноманітні формальні і неформальні групи соціальні прошарки та інші спільності людей їх взаємовідносини функціонування та розвиток складають основний зміст соціальної сфери. Недооцінка ролі і значення соціальної сфери в житті людей знаходить своє відтворення у недостатньому врахуванні специфіки інтересів класів соціальних груп націй та народностей трудових колективів окремих людей у недостатній увазі до соціальної сторони їх праці побуту що призвело до зниження...
36687. МАТЕРІАЛЬНІ ОСНОВИ СУСПІЛЬСТВА. СПОСІБ ВИРОБНИЦТВА ТА ЙОГО СТРУКТУРА 108 KB
  ТЕМА: МАТЕРІАЛЬНІ ОСНОВИ СУСПІЛЬСТВА. Матеріальне виробництво основа розвитку суспільства. Томуто головним структурним компонентом як суспільства в цілому так і його підсистем є людина.
36688. СВІДОМІСТЬ. Опорний конспект лекції 89.5 KB
  Дух душа свідомість їх місце в духовному світі людини. Роль несвідомого в житті людини. Дух душа свідомість їх місце в духовному світі людини Проблема свідомості цікавила людство з давніх часів. Пояснюється це тим що свідоме і духовне в діяльності людини тісно повязані між собою.