4.2. Проектирование базы знаний
Основу – ядро любой интеллектуальной системы составляют база знаний и заложенный в систему механизм вывода решений. Если говорить обобщенно, эти компоненты определяют две основные интеллектуальные характеристики системы: способность хранить знания о чем-то и умение оперировать этими знаниями. Более развитым системам, основанным на знаниях, присуща также способность обучаться, т. е. приобретать новые знания, расширять БЗ, корректировать знания в соответствии с изменяющимися условиями и ситуацией в предметной области.
При проектировании интеллектуальных систем значительные усилия и время затрачиваются на разработку БЗ, т. е. накопление знаний, создание модели представления знаний, их структурирование, заполнение БЗ и дальнейшее поддержание ее в актуальном состоянии. Прежде чем приступить к проектированию и реализации БЗ, разработчикам необходимо осмыслить и разрешить ряд вопросов, непосредственно связанных с процессом создания БЗ и интеллектуальной системы в целом.[11]
Для рассматриваемой предметной области, знания представляют собой описания объектов, элементов, явлений, связей, отношений между элементам и явлениями. Другой составной частью знания, являются процедуры и операции, которые определяют действия в определенных ситуациях при поиске решения задачи, реализации механизма вывода. Причем описания часто содержат и процедуры в виде правил, которые инициируются в определенных условиях.
Анализируя деятельность человека–эксперта, можно прийти к выводу, что он оперирует глубинными и поверхностными знаниями.
Глубинные знания – это категории, абстракции и аналогии, при помощи которых эксперт приходит к пониманию структуры и назначения текущих представлений. Эти знания используются им преимущественно при решении неординарных ситуаций.
Поверхностные знания– это «умения» и навыки, соответствующие знанию на уровне рефлекторных реакций, отработанных действий. Сюда же можно отнести правила и ассоциации для стандартных рассуждений и ситуаций. В этих ассоциациях взаимосвязь между исходными посылками и выводами, сделанными по определенным правилам, устанавливается из эмпирического анализа возникших ассоциаций. Причинность эвристически подразумевается и не заложена в явном виде в структуре правила. Этот тип знания можно также назвать экспертными знаниями.
Важным вопросом при создании БЗ является выбор способа представления знаний. Цель представления знаний – организация необходимой информации в такую форму, чтобы программа искусственного интеллекта имела легкий доступ к ней для принятия решений, планирования, узнавания объектов и ситуаций, анализа сцен, вывода заключений и других функций.
При организации БЗ исходят из характера той информации, которую она должна содержать. Это, прежде всего некие факты, данные, представляющие собой быстро меняющуюся информацию, например, в ритме изменений, происходящих при функционировании процесса. Другой тип информации – это модели знаний или правила, которые изменяются значительно реже данных. Кроме того, правила несут в себе содержательные сведения об объекте. Они активны и могут порождать новые факты или гипотезы из тех сведений, которыми располагает БЗ в текущий момент. В связи с этим структурно БЗ можно организовать в виде двух основных подбаз – базы правил (БП) и базы данных (БД).
В БД хранится фактографическая информация о решаемых на объекте задачах и данные, которые относятся к указанной предметной области. База правил определяет отношения между элементами данных, хранящихся в БД, на основе моделей представления знаний о предметной области, а также способы активизации этих знаний. Модель представления знаний основывается на одной или нескольких рассмотренных выше форм представления знаний.
Таким образом, очень обобщенно можно говорить о двух уровнях представления знаний: первый уровень – фактографическая информация, данные; второй уровень – описания, отношения, правила и процедуры, определяющие способ манипулирования фактографической информации.
При больших объемах знаний и правил время обработки информации значительно возрастает. Возникает задача уменьшения области поиска решения. Интеллектуальная система должна обладать при решении поставленной перед ней задачи способностью к целенаправленным действиям, в какой-то степени «осознанной» и конструктивной работе со знаниями, исключающей анализ всех знаний или полный перебор. Поэтому во многих интеллектуальных системах, особенно работающих в реальном времени, реализуется еще один, третий, уровень представления знаний - уровень метазнаний, который необходим для обеспечения рационализации процессов оперирования знаниями в БЗ.
Метазнания – это знания системы о себе, т. е. знания о своих знаниях, их структуре и о принципах своего функционирования. На основе этих знаний на уровне метазнаний (в блоке метазнаний) среди имеющегося набора стратегий поиска определяется наиболее эффективная.
На рис. 4.2. представлен вариант структуризации БЗ.
Рис. 4.2. Обобщенная структура БЗ
Таким образом, структуризация знаний в БЗ тесно связала с проблемой поиска необходимой информации. Эффективной стратегией поиска будет, вероятнее всего, та, при которой на всех этапах решения задачи используется не вся информация из БЗ; а лишь соответствующая ее часть. При правильной структуризации БЗ существенно упрощается проблема поиска и выбора необходимых знаний для данной задачи.
При варианте структуры БЗ, представленном на рис. 4.2, функции интерпретатора правил, рациональным образом реализующего механизм вывода решений, по существу выполняет верхний уровень БЗ – метазнания (или блок метазнаний).