10. Основные понятия моделирования знаний, модели знаний: логическая, продукционная, семантическая сеть, фреймовая, объектно-ориентированная.

В интеллектуальных информационных системах применяют различные модели знаний, которые отличаются характером представления объектного, функционального и поведенческого вида знаний. Моделью знаний называют совокупность средств структурирования и обработки единиц знаний. В настоящее время известно следующие  модели знаний:

•     Логическая модель(описывает объекты и операции над ними в виде предикатов 1 порядка, является строго формальной, применяет метод логического вида новы знаний «от цели к данным»

•     Продукционная модель (описывает знания в виде набора фактов и правил вида «если- то», позволяет учитывать неопределенность знаний, использует эвристические правила вывода;)

•     Семантическая сеть (описывает знания в виде бинарных, типизированных отношений между объектами и наглядно изображается в виде графа(вершина – объект, дуга – связь между 2 объектами))

•     Фреймовая модель(это семантическая сеть с N-арными отношениями между объектами и присоединенными процедурами, которые реализует операционные знания)

•     Объектно- ориентированная модель(является дальнейшим развитием фреймовой модели, она предусматривает инкапсуляцию процедур в структуру объектов и распространяет наследование свойств на этих процедурах(полиморфизм процедур)) 

11. Моделирование данных, модели данных.

Определение модели данных предусматривает указание множества допустимых информационных конструкций, операций над данными и множества ограничений для хранимых значений данных.

Принципиальными различиями обладают три модели данных:

- реляционная,

- иерархическая,

- сетевая.

Существующие СУБД обеспечивают реализацию возможностей этих моделей данных с теми или иными ограничениями и уточнениями. Организация данных в ЭИС рассматривается с позиций той или иной модели данных.

Итак, логическая модель может быть либо реляционной, либо иерархической, либо сетевой. Выбор СУБД происходит после разработки концептуальной модели предметной области. Основное различие между указанными тремя типами моделей данных состоит в способах представления взаимосвязей между объектами.

Во всех примерах будет использоваться предметная область «Госпиталь». В рассматриваемой системе госпиталя определенное число пациентов находится на лечении. Если пациент поступает в госпиталь впервые, то на него заводится карточка для первичной регистрации. Если же пациент обращается повторно, в его историю болезни вносятся дополнения. Вне зависимости от того, сколько раз пациент обращался в госпиталь, он имеет уникальный идентификационный номер. Информация о каждом пациенте включает имя, регистрационный номер пациента и его домашний адрес. Таким образом, атрибутами объекта ПАЦИЕНТ являются «номер пациента», «имя пациента», «адрес пациента». Следующий объект - ХИРУРГ. Этот объект имеет следующие атрибуты - «номер лицензии хирурга», «имя хирурга». Предположим, что в госпитале проводятся только хирургические операции, назначается лечение и препараты. Таким образом, элементами данных или атрибутами являются: «номер пациента», «имя пациента», «адрес пациента», «номер лицензии хирурга», «имя хирурга», «дата операции», «операция», «препарат, назначенный после лечения», «побочный эффект».

В любой модели данных для представления объектов и их взаимосвязей необходимо некоторым образом сгруппировать элементы данных. Процесс нормализации состоит в группировке элементов данных в ряде отношений. Приведение отношений к первой, второй и третьей нормальной форме последовательно устраняет проблемы включения, удаления и модификации записей соответствующей базы данных.

Реляционная модель

В реляционных моделях данных объекты и взаимосвязи между ними представляются с помощью таблиц. Каждая таблица представляет один объект и состоит из строк и столбцов.

Таблица в терминологии реляционной модели называется отношением.

Атрибут (поле) - каждый (любой) столбец в таблице.

Домен - множество значений, которые может принимать атрибут.

Кортежи (записи) - строки таблицы.

В соответствии с традиционной терминологией можно сказать, что столбцы таблицы представляют элементы данных, а строки - записи.

Ключ - это столбец или ряд столбцов, значение которых однозначно идентифицируют строки таблицы.

Реляционная модель основана на хорошо проработанной теории отношений (нормализации отношений). Свойства отношений в реляционной модели:

- Отсутствуют одинаковые строки,

- Порядок строк не существенен,

- Порядок столбцов не существенен,

- Все значения имеют атомарный характер, то есть их нельзя разбить на компоненты без потери информации.

Достоинства реляционной модели данных:

- простота - пользователь работает с простой моделью данных;

- независимость данных - интерфейс пользователя не связан с деталями физической структуры памяти и стратегией доступа;

- реляционная модель основана на хорошо проработанной теории отношений.

Недостатки модели:

- достаточно низкая производительность СУБД, основанных на использовании реляционной модели.

Иерархическая модель данных

Иерархическая модель данных строится по принципу иерархии типов объектов, то есть один тип объекта является главным, а остальные находятся на низших уровнях иерархии - подчиненными.

В повседневной жизни мы часто имеем дело с иерархическими структурами. Например, структура предприятия, генеалогическое дерево. Иерархическая древовидная структура строится из узлов и ветвей (дерево перевернутое).

Узел - это совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект.

Корень - это наивысший узел.

Иерархическая модель данных организует данные в виде иерархической древовидной структуры. Каждый экземпляр корневого узла образует начало записи логической базы данных, то есть иерархическая база данных состоит из нескольких деревьев.

Узел является совокупностью атрибутов, описывающих объект. Корневой узел - это главный тип объекта. Корневой узел находится на первом уровне. Зависимые узлы (подчиненные виды объектов) находятся на 2-ом, 3-ем и т.д. уровнях

Достоинства модели:

- простота понимания и использования;

- обеспечение определенного уровня независимости данных. С помощью данной модели можно реализовать различные представления пользователей.

- Простота оценки операционных характеристик благодаря заранее заданным взаимосвязям.

Недостатки:

- практически невозможно реализовать взаимосвязь «многие ко многим», т.к. структура становится слишком громоздкой;

- сложности с операциями включения и исключения данных из-за строгой иерархичности;

- доступ к любому узлу происходит только через исходный узел.

Сетевая модель данных

В сетевой модели данных понятие главного и подчиненного объектов несколько расширены. Любой объект может быть главным и подчиненным. Один и тот же объект может выступать и в роли "владельца" и в роли "члена набора"

В сетевой модели данных объекты предметной области объединяются в "сеть". Графически сеть представляется в виде прямоугольников и стрелок. Направленные стрелки соединяют два или более типов записей и служат для изображения типов наборов. Каждый тип записей может содержать нуль, один или несколько атрибутов (элемент данных, поле). В базе данных может иметься один или несколько экземпляров записи некоторого типа.

Владелец набора - тип записи, из которой исходит стрелка.

Член набора - тип записи, к которой направлена стрелка.

Набор - это поименованная совокупность связанных записей. Экземпляр набора существует после запоминания записи-владельца.

Тип набора представляет логическую взаимосвязь "один ко многим". Стрелка, направленная от владельца набора к его члену обозначает тип набора.

Набор может быть реализован несколькими способами. В данной работе будут рассмотрены некоторые из них. Это организация набора в виде кольцевой структуры и сингулярные наборы.

Для сетевых моделей характерно то, что программист, который будет работать с логической моделью данных этого типа должен хорошо знать "навигацию" среди различных данных.

Основным недостатком сетевой модели данных является сложность ее реализации и большое количество терминов.