3. Основные модели представления знаний и их использование (правила продукций, фреймы, семантические сети).
Продукционные модели
Пусть A, B – некоторые объекты. Высказывание «из A следует B» определим с помощью следующей символьной конструкции: AB, называемой продукцией.
В качестве единицы знаний в продукционной системе используется продукционное правило. Продукционное правило определяется как символьная конструкция вида:
S:
Если <условие>
то <действие>[
иначе <действие1>]
Префикс Ядро правила
Префикс S включает в себя:
Уникальное имя правила;
Разнообразные условия применения этого правила (область применения, приоритет и др.).
Правило называется применимым, если при текущем состоянии рабочей памяти условие правила истинно. Процесс применения правила заключается в выполнении действий, которые перечислены в его правой части.
Сущность продукционного подхода состоит в том, что все знания о предметной области представляются в виде совокупности правил, которые помещаются в базу знаний (или базу правил). Форма правила определяется тем, как представлены элементарные факты.
Способы представления элементарных фактов
Использование образцов текстов (см. пример). Факт считается истинным, если представляющий его образец текста находится в рабочей памяти; если нет, то факт считается либо ложным, либо неопределенным (это дополнительно оговаривается);
Использование логических переменных;
Применение фактовых переменных (числовых, символьных и др.): Факты задаются как выражения сравнения между фактовыми переменными:
Логический вывод в продукционной системе
Схема прямой цепочки вывода
Сопоставление базы правил (БП) и фактов по левым частям правил. Результатом является конфликтный набор (КН) правил, куда помешаются все применимые правила;
Разрешение конфликта – это выбор из КН одного правила по каким-либо критериям предпочтения;
Схема обратной цепочки вывода
В РП вместе с исходными фактами заносится факт, представляющий целевую гипотезу. Этот факт помечается как «требующий подтверждения». Затем на каждом шаге вывода выполняются следующие операции:
Операция сопоставления выполняется путем сравнения содержимого РП с базой правил. Сравнение производится по правым частям правил. Результатом этой операции является конфликтный набор (КН) правил, правые части которых потенциально могут подтвердить неподтвержденные факты из РП.
Разрешение конфликта – выбор из КН одного правила по каким-то критериям, причем предпочтительным является выбор правила, которое применимо при данном состоянии РП.
Семантические сети
Семантика – смысл, значение.
Семантическая сеть представляет собой ориентированный граф, вершинами которого являются объекты, а дугами – отношения между ними. Каждый объект в графе описывает некоторую ситуацию; этой ситуацией может быть сущность, концепция, явление, процесс и др. Две вершины и связь между ними определяют элементарный факт.
Примером СС может быть также И-Или-Граф, построенный как схема логического вывода в продукционной системе. Фреймовая сеть также является примером СС; вершинами такой сети являются фреймы.
Объекты могут быть:
Обобщенный объект – это некоторое известное, широко используемое в понятие. Например, вещество, орудие труда, профессия.
Конкретный объект – это единичная сущность, экземпляр из класса объектов. Например, сульфат натрия, молоток, преподаватель.
Агрегатный объект – это объект, состоящий из других объектов, явлений, процессов. Агрегатный объект может быть обобщенным и конкретным.
Фреймовый подход к представлению знаний
Фреймы – некая структура данных для представления концептуального объекта, а также способ представления этих данных. В качестве концептуальной модели могут выступать объекты, явления, ситуации.
Спецификация фрейма включает:
Структуру фрейма;
Составляющими фрейма являются слоты (slot – щель, разрыв).
Слот – это структурный элемент фрейма, описывающий свойства объекта и факты, относящиеся к нему. Слот представляет единицу информации фрейма.
Присоединенная процедура – это процедура, выполнение которой зависит от значения слота, и которая обеспечивает процесс логического вывода в системе.
Организация логического вывода во фреймовых системах
В экспертной системе основанной на фреймах база знаний представляется совокупностью фреймов- описаний, а рабочая память такой системы представляется совокупностью фреймов- экземпляров.
В системах, основанных на фреймах, используются следующие способы логического вывода:
Эстафета присоединенных процедур;
Использование наследования;
Использование значений по умолчанию.
Преимущества и недостатки фреймового подхода
Основным преимуществом фреймовых систем является простота и естественность представления знаний. Основным недостатком фреймового подхода считают сложность разработки и отладки системы.