Лабораторная работа 4 Построение продукционной базы знаний

Продукционные модели (ПМ) представляют собой комбинацию элементов логических и сетевых моделей. Из логических моделей взята идея правил вывода, которые здесь называют продукциями, а из сетевых моделей - описание знаний в виде семантической сети. В результате применения правил вывода к фрагментам сетевого описания происходит трансформация семантической сети за счет замены ее фрагментов, наращивания сети и исключения из нее ненужных фрагментов. В продукциях отсутствуют жесткие ограничения, характерные для логических исчислений, что дает возможность изменять интерпретацию элементов продукции. Системы продукций (СП) очень широко распространены для построения БЗ ЭС.

Это определяется рядом преимуществ, которые продукционные экспертные системы (ПЭС) имеют перед другими способами представления знаний:

1) подавляющая часть человеческих знаний может быть представлена в виде систем продукций;

2) продукции описывают разнообразные знания простыми структурами с высокой степенью стандартизации;

3) продукционные системы в высокой степени удовлетворяют принципу модульности. Любая продукция при программной реализации может рассматриваться как независимый модуль, модификация, добавление которого в продукционную систему и изъятие его из нее происходят достаточно просто и не влияют на остальное содержимое базы знаний;

4) наличие в продукциях указателей на сферу применения продукций позволяет эффективно организовать память, сократить время поиска в ней информации;

5) продукционные системы позволяют легко организовать параллельные процессы, в которых все продукции, входящие во фронт готовых, могут выполняться независимо друг от друга.

В процедуры управления легко включаются необходимые дополнительные условия на выбор альтернативных продукций из фронта готовых для выполнения, что не затрагивает основных процедур параллельного выполнения продукций. Асинхронность реализации продукций делает СП удобной моделью вычислений для ЭВМ новой архитектуры, где идея параллельности и асинхронности является центральной.

Достаточно часто в настоящее время также встречаются ЭС, база знаний которых основана на комбинации нескольких типов предоставления знаний, например, фреймов и продукций, семантической сети и продукций. Часто продукции используются для управления процессом вывода.

Продукционные системы базируются на понятии «формальная продукционная система» и берут свое начало с работ Е.Поста, который в 1943 году ввел термины «продукция и каноническая (продукционная) система». Пост доказал, что продукционная система является логической системой, эквивалентной машине Тьюринга. Продукционные системы универсальны, т.е. любая формальная система, оперирующая символами, может быть реализована в виде одной из продукционных систем Поста.

Психологические исследования процессов принятия решений человеком показали, что при рассуждении человек использует правила, аналогичные продукциям, т.е. правила «условие -> действие».

Введем следующие определения.

Продукционная база знаний (ПБЗ) определяется совокупностью:

P=(F, R, G, C, I),

(4)

где F - множество фактов о решаемой проблеме (считаем, что число фактов конечно). Каждый факт может быть установленным или неустановленным, совокупность установленных фактов задает некоторую ситуацию в предметной области.

R - множество продукций или правил, включающая правила вида

rm: ЕСЛИ f i И f j ... И fn ТО fk,

(5)

где r_m - имя правила, r_mR

f_i ,f_j...,f_n - условия выполнения правила,

f_k - следствие правила, f _I, f_j ,..., f_n, f_k F.

G - множество целей или терминальных фактов ЭС;

I - интерпретатор правил, реализующий процесс вывода.

Функционирование интерпретатора I состоит в проверке истинности некоторых целей в заданной для проблемной области ситуации. При этом логический вывод может осуществляться интерпретатором в прямом или обратном направлении.