19.1 Базы знаний. Модели представления знаний
База знаний — это один или несколько специальным образом организованных файлов, хранящих систематизированную совокупность понятий, правил и фактов, относящихся к некоторой предметной области.
Из определения видно, что в отличие от базы данных в базе знаний (БЗ) хранятся не только данные, описывающие рассматриваемую предметную область, но также и правила, описывающих целесообразные преобразования хранящихся данных.
База знаний является основным компонентом интеллектуальных систем: информационных, обучающих, систем программирования, а также экспертных систем.
Под экспертной системой (ЭС) понимается система, объединяющая возможности компьютера со знаниями и опытом эксперта в такой форме, что система может предложить разумный совет или осуществить разумное решение поставленной задачи. Дополнительно желаемой характеристикой такой системы является способность системы пояснять по требованию ход своих рассуждений в понятной для спрашивающего форме.
Общую структуру экспертной системы можно представить (Рис 9.2)
Рис. 18. Общая структура экспертной системы
Подсистема общения служит для ведения диалога с пользователем, в ходе которого ЭС запрашивает у пользователя необходимые факты для процесса рассуждения, а также, дающая возможность пользователю в какой-то степени контролировать и корректировать ход рассуждений экспертной системы.
Машина логического вывода - механизм рассуждений, оперирующий знаниями и данными с целью получения новых данных из знаний и других данных, имеющихся в рабочей памяти.
Подсистема объяснений необходима для того, чтобы дать возможность пользователю контролировать ход рассуждений и, может быть, учиться у экспертной системы. Подсистема объяснений дает информацию:
как получено решение
как использована некоторая информация (факты, правила)
почему не использована некоторая информация (факты, правила)
что использовано в целом при решении задачи (факты, правила)
Подсистема приобретения знаний служит для корректировки и пополнения базы знаний. В простейшем случае это - интеллектуальный редактор базы знаний, в более сложных экспертных системах - средства для извлечения знаний из баз данных, неструктурированного текста, графической информации и т.д.
База данных предназначена для временного хранения фактов или гипотез, являющихся промежуточными решениями или результатом общения системы с внешней средой, в качестве которой обычно выступает человек, ведущий диалог с экспертной системой.
Процесс построения БЗ на основе информации эксперта состоит из трех этапов:
описание предметной области;
выбор способа и модели представления знаний;
приобретение знаний.
Сам процесс построения БЗ достаточно сложен, как правило, плохо структурирован и носит итеративный характер, заключающийся в циклической модификации БЗ на основе результатов ее тестирования. На первом шаге построения БЗ четко очерчивается предметная область, на решение задач из которой ориентируется проектируемая ЭС, т.е. определяется область применения будущей системы и класс решаемых ею задач.
В перечень работ данного шага входят:
определение характера решаемых ЭС задач и основных понятий, объектов предметной области, а также отношений между ними;
установление специфических особенностей предметной области;
выбор модели представления знаний.
После первых двух шагов формально описывается предметную область на языке представления знаний (ЯПЗ), т.е. создает модель представления знаний. В настоящее время универсальный способ представления знаний отсутствует, поэтому необходимо максимально учитывать специфику исходной предметной области.
Полученная после формализации предметной области БЗ может быть уже конкретно реализована программными средствами, например, таких, как Pascal, C, Prolog, Fortran, Forth и др.
Следует отметить, что во многих случаях для принятия решений в той или иной области человеческой деятельности неизвестен алгоритм решения, т.е. отсутствует четкая последовательность действий, заведомо приводящих к необходимому результату. В любой предметной области есть свои понятия и связи между ними, своя терминология, свои законы, связывающие между собой объекты данных предметной области, свои процессы и события. Кроме того, каждая предметная область имеет свои методы решения задач.
Все это обуславливает выбор модели представления знаний.
Основными моделями представления знаний являются:
продукционные модели;
семантические сети;
фреймовые модели;
формальные логические модели