Глава 2

Представление знаний в интеллектуальных системах

1. Данные и знания

При изучении интеллектуальных систем традиционно возникает вопрос — что же такое знания и чем они отличаются от обычных данных, десятилети­ями обрабатываемых ЭВМ? Можно предложить несколько рабочих опреде­лений, в рамках которых это становится очевидным.

Данные — это отдельные факты, характеризующие объекты, процессы и явления предметной области, а также их свойства.

При обработке на ЭВМ данные трансформируются, условно проходя сле­дующие этапы:

• D1 — данные как результат измерений и наблюдений;

• D2 —данные на материальных носителях информации (таблицы, прото­колы, справочники);

• D3 — модели (структуры) данных в виде диаграмм, графиков, функций;

• D4 — данные в компьютере на языке описания данных;

• D5 — базы данных на машинных носителях информации.

Знания основаны на данных, полученных эмпирическим путем. Они пред­ставляют собой результат мыслительной деятельности человека, направлен­ной на обобщение его опыта, полученного в результате практической дея­тельности.

Знания —это закономерности предметной области (принципы, связи, за­коны), полученные в результате практической деятельности и профессио­нального опыта, позволяющие специалистам ставить и решать задачи в этой области.

При обработке на ЭВМ знания трансформируются аналогично данным:

• Z1 — знания в памяти человека как результат мышления;

• Z2 — материальные носители знаний (учебники, методические пособия);

• Z3 —поле знаний, т.е. условное описание основных объектов предметной области, их атрибутов и закономерностей, их связывающих;

• Z4 —знания, описанные на языках представления знаний (продукцион­ные языки, семантические сети, фреймы —см. далее);

• Z5 — база знаний на машинных носителях информации.

Часто используется такое определение знаний.

Знания — это хорошо структурированные данные, или данные о данных, или метаданные.

Существует множество способов определять понятия. Один из широко применяемых способов основан на идее интенсионала.

Интенсионал понятия — это определение его через соотнесение с поняти­ем более высокого уровня абстракции с указанием специфических свойств. Интенсионалы формулируют знания об объектах.

Другой способ определяет понятие через соотнесение с понятиями более низкого уровня абстракции или перечисление фактов, относящихся к опре­деляемому объекту. Это есть определение через данные, или экстенсионал понятия.

Пример. Понятие «персональный компьютер». Его интенсионал: «Персо­нальный компьютер — это дружественная ЭВМ, которую можно поставить на стол и купить менее чем за $2000-3000». Экстенсионал этого понятия: «Персональный компьютер — это Mac, IBM PC, Sinkler,... ».

Для хранения данных используются базы данных (для них характерны большой объем и относительно небольшая удельная стоимость информации), для хранения знаний — базы знаний (небольшого объема, но исключительно дорогие информационные массивы). База знаний — основа любой интеллек­туальной системы.

Знания могут быть классифицированы по следующим категориям.

1. Поверхностные знания — это знания о видимых взаимосвязях между от­дельными событиями и фактами в предметной области.

2. Глубинные знания —это абстракции, аналогии, схемы, отображающие структуру и природу процессов, протекающих в предметной области. Эти знания объясняют явления и могут использоваться для прогнозиро­вания поведения объектов.

Например, поверхностным знанием будет следующее: «Если нажать на кнопку звонка, раздастся звук. Если болит голова, то следует принять ас­пирин». Глубинные знания: «Принципиальная электрическая схема звонка и проводки. Знания физиологов и врачей высокой квалификации о причинах, видах головных болей и методах их лечения».

Современные экспертные системы работают в основном с поверхностны­ми знаниями. Это связано с тем, что на данный момент нет универсальных методик, позволяющих выявлять глубинные структуры знаний и работать с ними. Кроме того, в учебниках по ИИ знания традиционно делят на проце­дурные и декларативные. Исторически первичными были процедурные зна­ния, то есть знания, «растворенные» в алгоритмах. Они управляли данными. Для их изменения требовалось изменять программы. Однако с развитием искусственного интеллекта приоритет данных постепенно изменялся, и все большая часть знаний сосредоточивалась в структурах данных (таблицы,

списки, абстрактные типы данных), то есть увеличивалась роль деклара­тивных знаний. Сегодня знания приобрели чисто декларативную форму, то есть знаниями считаются предложения, записанные на языках представле­ния знаний, приближенных к естественному и понятных неспециалистам.