Лекция № 14

Базы знаний

1. Базы знаний. Определения и свойства баз знаний.

2. Три уровня представления знаний.

3. Когнитивное моделирование. Технологии проектирования баз знаний.

   1. Этапы проектирования баз знаний.

   2. Методы проектирования баз знаний.

4. Базы знаний и системы управления знаниями организации.

   1. Управление знаниям и корпоративная память

5. Экспертные системы. Определение, назначение требования к экспертным системам. Структура экспертных систем.

6. Инструментальные средства построения экспертных систем. Языки и оболочки для создания экспертных систем.

7. Технология разработки экспертной системы. Этапы разработки.

1. Базы знаний. Определения и свойства баз знаний.

База знаний - семантическая модель, описывающая предметную область и позволяющая отвечать на такие вопросы из этой предметной области, ответы на которые в явном виде не присутствуют в базе. База знаний является основным компонентом интеллектуальных и экспертных систем

Система, основанная на знаниях - система искусственного интеллекта, в которой предметные знания представлены в явном виде и отделены от прочих знаний системы

Искусственный интеллект - способность прикладного процесса обнаруживать свойства, ассоциируемые с разумным поведением человека.

Искусственный интеллект - раздел информатики, занимающийся вопросами имитации мышления человека с помощью компьютера.

Механизм вывода - в системах искусственного интеллекта - процедура нахождения решений задач. Принципы построения механизма вывода определяются способом представления знаний и видом моделируемых рассуждений.

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 а 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 — 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-нформации.

Часто используется такое определение знаний.

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

Знания делятся на четыре вида: понятийные, конструктивные, процедурные и фактографические.

1) Понятийные или концептуальные знания - это набор понятий из некоторой области знания, их свойства и взаимосвязи.

2) Конструктивные знания — знания о структуре объектов, о взаимодействии их частей.

3) Процедурные или алгоритмические знания - это уже известные людям методы решения задач, алгоритмы, программы.

4) Фактуальные или фактографические знания - это количественные и качественные характеристики конкретных объектов.

Например, если в качестве объекта взять обычный письменный стол, то знания о нем можно распределить следующим образом:

Понятийное знание: стол предназначен для того, чтобы на нем писать; он изготовлен из некоторого материала, имеет вес, длину, ширину, высоту, цвет и пр.

Конструктивное знание: стол имеет столешницу, четыре ножки, два ящика. Столешница расположена сверху, горизонтально. Ножки расположены под столешницей по углам, на некотором расстоянии от края столешницы с небольшим наклоном внутрь стола. Ящики расположены справа под столешницей друг под другом. Ножки закреплены на болтах; ящики — тоже. Ящики снабжены ручками и замками. И т. д.

Фактуальное знание: стол изготовлен из дерева, болты — стальные; высота стола — 70 см, длина — 110 см, ширина — 60 см, цвет — коричневый и пр.

Алгоритмическое знание — это правила сборки стола из составных частей (правила установки ножек и ящиков), правила крепления деталей с помощью болтов, правила установки замков на ящиках, правила запирания/отпирания замков и пр.

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.

База знаний — это особого рода база данных, разработанная для оперирования знаниями (метаданными). Полноценные базы знаний содержат в себе не только фактическую информацию, но и правила вывода, допускающие автоматические умозаключения о вновь вводимых фактах и, как следствие, осмысленную обработку информации. Область наук об искусственном интеллекте, изучающая базы знаний и методы работы со знаниями, называется инженерией знаний.

Современные базы знаний обычно работают совместно с продвинутыми системами поиска информации и имеют тщательно продуманную структуру и формат представления знаний.

Иерархический способ представления в базе знаний набора понятий и их отношений называется онтологией. Онтологию некоторой области знаний вместе со сведениями о свойствах конкретных объектов также можно назвать базой знаний.

Любая база знаний (БЗ) содержит в себе базу данных (БД) в качестве составляющей, но не сводится к ней. Главное отличие БЗ от БД с точки зрения пользователя — ее активность. База данных — пассивна. Из базы данных можно извлечь лишь ту фактическую информацию, которая в нее заложена. База знаний — активна. Благодаря процедурной компоненте она может сама выводить новые факты, которые непосредственно в нее заложены не были, может по своей инициативе вступать во взаимодействие с другими установленными на компьютере системами и с человеком.

При построении баз знаний традиционные средства, основанные на численном представлении данных, являются неэффективными. Для этого используются специальные языки представления знаний, основанные на символьном представлении данных. Они делятся на типы по формальным моделям представления знаний. Один из самых интересных вопросов при работе со знаниями — это вопрос о средствах представления знаний.