Министерство образования Российской Федерации
ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра автоматизированных систем управления
Махлышев М.А.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
и задания к лабораторным работам № 1 и №2
по дисциплине "СИСТЕМЫ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА"
Липецк 2002
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Лабораторные работы ориентированы на разработку простейших экспертных систем продукционного типа в произвольной предметной области и предполагают знакомство с принципами функционирования, проектирования и программной реализации таких систем.
Продукционные системы - это системы, основанные на правилах, или системы с выводом, использующим сопоставление по образцу. Продукционная система почти не имеет процедурных компонентов и практически полностью управляется данными (т.е. является дескриптивной).
Продукционная система включает три основных составляющих: базу правил, рабочую память и механизм вывода. В дополнение к ним могут входить некоторые подсистемы.
------------¬
¦подсистема ¦ .-----------------.
¦объяснения ¦<--------------¬ | БЗ --------¬ |
------------- ---------+-------¬ | ¦база ¦ |
------+------¬ ¦ механизм вывода¦<--------+правил ¦ |
¦средства ¦<--->------------------ | --------- |
¦общения на ¦ ^ | .-------^-----'
¦естественном¦ .----------|----------' | -----+-------¬
¦языке ¦ | ---------v-------¬ | ¦подсистема ¦
-------------- | ¦ рабочая память ¦-------->¦приобретения¦
^ | ------------------ | ¦знаний ¦
| `-------------------------' --------------
пользователь
База правил
База правил содержит набор срабатывающих в определенных ситуациях правил, имеющих форму "если-то". Такие конструкции получили название продукционных правил.
Каждое правило состоит из двух частей:
1. Антецедент (предпосылка) состоит из элементарных предложений, соединенных логическими связками И, ИЛИ.
2. Консеквент (заключение) - состоит из одного или нескольких предложений, которые образуют выдаваемое правилом решение, либо указывают на действие, подлежащее выполнению.
Антецедент представляет собой образец правила, предназначенного для распознавания ситуации, когда оно должно сработать. Правило срабатывает, когда факты из рабочей области при сопоставлении совпали с образцом, после чего правило считается отработавшим.
Например, иерархическую схему строения автомобиля можно представить в следующем виде:
АВТОМОБИЛЬ
/ / \ \
система система система тормозная
охлаждения электропитания подачи система
стартера \ топлива
/ | \ `----------------.
аккумулятор рег.напряж. альтернатор распределитель зажигание
| \ `------.
уровень контакты заряжен?
На основании этой схемы и используя личный опыт можно разработать набор правил для поиска неисправностей. Например,
ЕСЛИ двигатель не заводится И стартер не работает, ТО неполадки - в системе электропитания
Каждое правило в таком простом примере содержит объекты (атрибуты, переменные) и значения.
Рабочая память.
В этой памяти хранятся множество фактов, описывающих текущую ситуацию и все пары ОБЪЕКТ-ЗНАЧЕНИЕ, которые были установлены к определенному моменту. Содержимое рабочей памяти со временем изменяется, увеличиваясь в объеме по мере срабатывания правил. Новые факты, добавляемые в рабочую память, являются результатом вывода, который состоит в применении правил к имеющимся фактам.
Механизм вывода (интерпретатор правил) выполняет 3 функции:
1) просмотр существующих фактов из рабочей памяти и правил из БЗ и добавление в рабочую память новых фактов;
2) определение порядка просмотра и применения правил;
3) запрашивает у пользователя информацию, когда для срабатывания очередного правила в рабочей области оказывается недостаточно данных.
Механизм вывода включает в себя 2 компонента:
1. Собственно компонент вывода.
Его действие основано на применении логики вывода. Правила срабатывают, когда находятся факты, удовлетворяющие их левой или правой части.
2. Управляющий компонент.
Определяет порядок применения правил, а также поддерживает монотонный и немонотонный вывод.
Управляющий компонент выполняет 4 функции:
1) сопоставление - образец правила сопоставляется с имеющимися правилами.
2) выбор - если в конкретной ситуации могут быть применены сразу несколько правил, то из них выбирается одно, наиболее подходящее по заданному критерию (разрешение конфликта)
3) срабатывание - если образец правила совпал с какими-либо фактами, то правило срабатывает
4) действие - рабочая память подвергается изменению путем добавления в нее заключения сработавшего правила.
Интерпретатор продукций работает циклически.
--------------¬ ------------¬ ---------¬
¦сопоставление+-->¦конфликтное+----¬ ¦критерий¦
--------------- ¦множество ¦ v ¦выбора ¦
^ ^ ------------- -----------¬ .-¦правил ¦
¦ ¦ ¦разрешение¦ | ----------
----+---¬ -+-----¬ ¦конфликта ¦<-' ^
¦рабочая¦ ¦база ¦ ------------ |
¦память ¦ ¦правил¦ V |
--------- -------- ------------¬ |
^ ^ ¦выполняемое¦ --+------¬
| | ¦правило +---> ¦действие¦
| | ------------- ----------
| `------------------------------------' |
`------------------------------------------------'
Информация из рабочей памяти последовательно сопоставляется с предпосылками (прямой вывод). Совокупность отобранных правил составляет так называемое конфликтное множество. Для разрешения конфликта интерпретатор имеет критерий, с помощью которого он выбирает единственное правило, после чего оно срабатывает. Это выражается в занесении новых фактов в рабочую область или в изменеии критерия выбора конфликтующих правил.