Продукційні моделі
Продукційні моделі - це найбільш поширені на даний день моделі, в яких знання представляються за допомогою правил вигляду [20]:
Якщо - то (явище - реакція)
При використанні таких моделей у системах, заснованих на знаннях є можливість:
застосування простого і точного механізму використання знань;
представлення знань з високою однорідністю, що описуються по єдиному синтаксису.
Ці дві відмінні риси і визначили широке поширення методів подання знань правилами.
Програмні засоби, що оперують із знаннями, поданими за допомогою правил, одержали назву продукційних систем(або систем продукції) і вперше були запропоновані Постом у 1941 році.
Продукція в системі Поста має таку схему:
t1, t2, ... , tn*t (6.6.1)
де t1, t2, ... , tn - посилки; t - висновок.
Застосування схеми Поста (6.6.1) ґрунтується на підстановці ланцюжків знаків замість змінних, причому замість входження однієї і тієї ж змінної подається той самий ланцюжок.
Системи продукції складаються із трьох елементів:
набір правил, що використовуються як БЗ, його ще називають базою правил;
робоча пам'ять, де зберігаються передумови, що стосуються окремих задач, а також результати висновків, одержаних на основі цих передумов (динамічна база даних - ДБД);
механізм логічного висновку, що використовує правила відповідно до вмісту робочої пам'яті.
Конфігурацію систем продукції спрощено можна подати в такому вигляді рис. 6.4.
Рис. 6.4 - Конфігурація продукційної системи
Правила віддзеркалюють вміст робочої пам'яті. В їхній умовній частині знаходяться або одиночні зразки, або декілька умов, з'єднаних І, а в заключній частині - зразки, що додатково реєструються в пам'яті.
Тоді після того, як у робочу пам'ять записуються зразки і в базу - правила, розглядається можливість застосування цих правил. Для цього механізм висновку порівнює зразки з умовної частини правила зі зразками, що зберігаються в робочій пам'яті. Якщо всі зразки є в робочій пам'яті, умовна частина вважається правдивою, у протилежному випадку - помилковою.
Як правило, для одержання висновку проводилася робота:
багатократний перегляд вмісту бази правил;
послідовне застосування правил на основі попередньо записаного вмісту робочої пам'яті;
доповнення даних, що поміщаються в робочу пам'ять.
Такі висновки називаються прямими (прямий ланцюжок міркувань). Навпаки, спосіб, при якому на підставі фактів досліджується можливість застосування правила, придатного для підтвердження, називається зворотним висновком(зворотний ланцюжок міркувань).
Подання знань із застосуванням фреймів
У складних семантичних мережах, що включають множину понять, процес відновлення вузлів і контроль зв'язків між ними стає досить складним. При цьому кількість опосередкованих родовидних зв'язків між поняттями різко зростає [19, 20].
Основна ідея фреймового підходу до подання знань полягає в тому, що все, що стосується поняття або ситуації, не розмивається по мережі, а представляється у фреймі.
Фреймом називається структура для опису поняття або ситуації, що складається з характеристик цієї ситуації і їхніх значень. Фрейм можна розглядати як фрагмент семантичної мережі, призначений для опису понять із усією сукупністю характерних їм властивостей. Поняття про діловий звіт у системі, заснованій на фреймах, може мати такий вигляд (рис.6.5).
Рис. 6.5- Діловий звіт у системі, заснованій на фреймах
Графічно це виглядає аналогічно семантичній мережі, але принципова відмінність є в тому, що кожний вузол у фреймовій системі має вигляд рис.6.6.
Рис. 6.6- Фрейм
Автор ідеї фреймового підходу Марвін Мінський дав таке визначення: Фрейм - це структура даних, що являє собою стереотипну ситуацію, начебто присутності в середині житлової кімнати. До кожному фрейму приєднується декілька видів інформації. Частина інформації про те, як використовувати фрейм; частина про те, що очікується далі; частина про те, що варто робити, якщо сподівання не підтвердяться.
У кожному вузлі поняття визначаються набором атрибутів і їхніми значеннями, що містяться в слотах фрейму. Слот - це атрибут, пов'язаний із вузлом у системі, заснованій на фреймах.
Слот є складовою фрейму. Ім'я слоту відповідає типу атрибута, значенням слоту може бути екземпляр атрибута, інший фрейм або фасет. З кожним слотом може бути зв'язана одна або декілька процедур, що виконуються, коли змінюються значення слотів. Частіше усього зі слотами зв'язують процедури:
Якщо - додано (виконується, коли нова інформація міститься в слоті);
Якщо - віддалено (виконується при видаленні інформації із слоту);
Якщо - потрібно (виконується, коли запитується інформація із слоту, а він порожній).
Ці процедури можуть стежити за приписуванням інформації до даного вузла і перевіряти, як при зміні значення робляться відповідні дії.
У загальному випадку фрейм являє собою таблицю, структура і принципи організації якої є розвитком поняття відношення в реляційній моделі даних. Узагальнена структура фрейму має вигляд таблиці 6.4.
Слотом фрейму називається елемент даних для фіксації знань про об'єкт, якому відведений даний фрейм.
Таблиця 6.4. - Структура фрейму IМ'Я ФРЕЙМУ
iм'я слоту |
Покажчик спадкування |
Покажчик типу |
Значення слоту |
слот 1 |
|
|
|
слот 2 |
|
|
|
------ |
|
|
|
слот N |
|
|
|
Перерахуємо параметри слотів:
Ім'я слоту. Кожний слот повинен мати унікальне ім'я у фреймі, до якого він належить. Ім'я слоту в деяких випадках може бути службовим. Серед службових імен можуть бути:
ім'я користувача, що визначає фрейм;
дата визначення або модифікації фрейму;
коментар.
Покажчик спадкування. Він показує, яку інформацію про атрибути слотів у фреймі верхнього рівня успадковують слоти з тими ж іменами у фреймі нижнього рівня. Типові покажчики спадкування:
S (той же) - слот успадковується з тими ж значеннями даних;
U (унікальний) - слот успадковується, але дані в кожному фреймі можуть приймати будь-яке значення;
I (незалежий) - слот не успадковується.
Покажчик типу даних. Типом даних, що включаються в слот, можуть бути:
FRAME (покажчик) - вказує ім'я фрейму верхнього рівня.
ATOM (перемінна);
TEXT (текстова інформація);
LIST (список);
LISP (приєднана процедура).
За допомогою механізму керування дослідженням із відношень IS_A здійснюється автоматичний пошук і визначення значень слотів фрейму верхнього рівня і приєднаних процедур.