3.2. Модели представления знаний

Существуют десятки моделей (или языков) представления знаний для различ­ных предметных областей. Большинство из них может быть сведено к следую­щим классам:

• продукционные модели;

• семантические сети;

• фреймы;

• формальные логические модели.

3.3. Продукционная модель

Продукционная модель или модель, основанная на правилах, позволяет предста­вить зна­ния в виде предложений типа «Если (условие), то (действие)».

Под «условием» (антецедентом) понимается некоторое предложение-образец, по которому осуществляется поиск в базе знаний, а под «действием» (консекветом)  действия, выполняемые при успешном исходе поиска (они могут быть промежуточ­ными, выступающими далее как условия и терминальными или це­левыми, завершаю­щими работу системы) [3].

Продукционные модели называют еще продукциями. Под продукцией понима­ется выражение АВ (если А, то В).

Чаще всего вывод на такой базе знаний бывает прямой (от данных к поиску цели) или обратный (от цели для ее подтверждения  к данным). Данные  это исход­ные факты, хранящиеся в базе фактов, на основании которых запускается маши­на вывода или интерпретатор правил, перебирающий правила из продукцион­ной базы знаний.

Пример. Имеется фрагмент базы знаний из двух правил:

П1: Если «отдых  летом» и «человек  активный», то «ехать в горы».

П 2: Если «любит солнце», то «отдых летом».

Предположим, в систему поступили данные  «человек активный» и «любит солнце».

Прямой вывод  исходя из данных, получить ответ.

1-й проход.

Шаг 1. Пробуем П1, не работает (не хватает данных «отдых  летом»).

Шаг 2. Пробуем П2, работает, в базу поступает факт «отдых  летом».

2-й проход.

Шаг 3. Пробуем П1, работает, активируется цель «ехать в горы», которая и высту­пает как совет, который дает ЭС.

Обратный вывод  подтвердить выбранную цель при помощи имеющихся правил и данных.

1-й проход.

Шаг I. Цель  «ехать в горы»: пробуем П1  данных «отдых  летом» нет, они ста­новятся новой целью, и ищется правило, где она в правой части.

Шаг 2. Цель «отдых  летом»: правило П2 подтверждает цель и активирует ее.

2-й проход.

Шаг 3. Пробуем П1, подтверждается искомая цель.

Если в памяти системы хранится некоторый набор продукций, то они обра­зуют систему продукций. В системе продукций должны быть заданы специальные процедуры управления продукциями, с помощью которых происходит актуализа­ция продукций и выбор для выполнения той или иной продукция из числа актуа­лизированных.

Системы продукций широко распространены в экспертных системах. Популяр­ность продукционных моделей определяется несколькими факторами.

 

1. Подавляющая часть человеческих знаний может быть записана в виде про­дукций.

 

2. Системы продукций являются модульными. За небольшим исключением удаление или добавление продукций не приводит к изменениям в остальных про­дукциях.

3. При необходимости системы продукций могут реализовать любые алго­ритмы и, следовательно, способны отражать любое процедурное знание, доступное ЭВМ.

4. Наличие в продукциях указателей на сферу применения продукции позволяет эффективно организовать память, сократив время поиска в ней не­обходимой ин­формации. Классификация сфер может быть многоуровневой, что еще более повы­шает эффективность поиска знаний, так как позволяет наследовать информацию в базе знаний.

 

5. При объединении систем продукций и сетевых представлений получаются средства, обладающие большой вычислительной мощностью.

6. Естественный параллелизм в системе продукций, асинхронность их реализа­ции делают продукционные системы удобной моделью вычислений для ЭВМ новой архитектуры, в которой идея параллельности и асинхронности является централь­ной.

 

Продукционные модели имеют, по крайней мере, два недостатка. При большом числе продукции становится сложной проверка непротиворечивости системы про­дукций. Это заставляет при добавлении новых продукций тратить много времени на проверку непротиворечивости новой системы. Из-за присущей системе недетерми­нированности (неоднозначного выбора выполняемой продукции из фронта активи­зированных продукций) возникают принципиальные трудности при проверке кор­ректности работы системы. Считается, что если в ИС число продукций достигает тысячи, то мало шансов, что система продукций во всех случаях будет правильно функционировать. Именно поэтому число продукций, с которым, как правило, рабо­тают современные ИС, не превышает тысячи.