Разработка ИИ в КС Отчет №1
.pdfОтчет по ЛР 1. Андреев, Яковлев ИКПИ-32
Вариант 1: Аэропорт, диспетчерская
Задача
Построить продукционную модель представления знаний в предметной области «Аэропорт» (диспетчерская). По образцу из методички продукция оформляется как правило вида «Если, то», где слева записываются условия, а справа — действие или решение.
Описание процесса решения.
Определим целевое действие задачи.
1.Определим промежуточные действия или цепочку действий между начальным состоянием и конечным.
2.Определим условия для каждого действия, при котором его возможно и целесообразно выполнить, а также порядок выполнения действий.
3.Добавим конкретику исходя из поставленной задачи.
4.Преобразуем полученный порядок действий и соответствующие им условия в продукции.
5.Для проверки правильности построения продукций проследим связи между ними. Такой порядок построения прямо дан в примере методички.
Решение.
1)Целевое действие.
Вдиспетчерской аэропорта основное целевое действие — разрешить выполнение рейса, то есть выдать разрешение на взлёт. До этого необходимо принять рейс к обслуживанию, проверить его готовность и определить, на какую ВПП его направить
2)Промежуточные действия.
Прежде чем выдать разрешение на взлёт, диспетчер должен:
получить запрос от экипажа;
убедиться, что самолёт технически готов к вылету;
убедиться, что погодные условия допустимы;
определить, какая взлётно-посадочная полоса доступна;
направить самолёт на выбранную ВПП;
после занятия ВПП и подтверждения готовности выдать разрешение на взлёт.
3)Условия выполнения действий.
Если экипаж запросил вылет и самолёт готов технически, рейс можно принять к вылету.
Если погодные условия допустимы и одна из ВПП свободна, самолёт можно направить на соответствующую полосу.
Если самолёт занял ВПП и не возникло запрещающих условий, диспетчер может выдать разрешение на взлёт.
Если первая ВПП занята, а вторая свободна, используется вторая ВПП.
4)Конкретизация задачи.
Пусть рассматриваются две взлётно-посадочные полосы: ВПП- 1 и ВПП-2.
Самолёт — рейс SU-145.
Диспетчерская обрабатывает вылет данного рейса.
Если ВПП-1 свободна, самолёт направляется на неё. Если ВПП-1 занята, но ВПП-2 свободна, самолёт направляется на ВПП-2.
5)Преобразование в предложения типа «Если, то».
Если экипаж рейса SU-145 запросил вылет и самолёт технически исправен, то рейс может быть принят к вылету.
Если погодные условия допустимы и рейс может быть принят к вылету, то диспетчер начинает подготовку к вылету.
Если ВПП-1 свободна и диспетчер начал подготовку к вылету, то самолёт направляется на ВПП-1.
Если ВПП-1 занята, ВПП-2 свободна и диспетчер начал подготовку к вылету, то самолёт направляется на ВПП-2.
Если самолёт направлен на ВПП-1, то самолёт занимает ВПП-1.
Если самолёт направлен на ВПП-2, то самолёт занимает ВПП-2.
Если самолёт занял ВПП-1 и экипаж подтвердил готовность к взлёту, то диспетчер выдаёт разрешение на взлёт.
Если самолёт занял ВПП-2 и экипаж подтвердил готовность к взлёту, то диспетчер выдаёт разрешение на взлёт.
Введем обозначения для фактов (Ф), действий (Д) и продукций (П).
Субъект = рейс SU-145.
Ф1 = экипаж запросил вылет; Ф2 = самолёт технически исправен;
Ф3 = погодные условия допустимы; Ф4 = ВПП-1 свободна; Ф5 = ВПП-2 свободна;
Ф6 = экипаж подтвердил готовность к взлёту.
Д1 = рейс может быть принят к вылету; Д2 = диспетчер начинает подготовку к вылету; Д3 = самолёт направляется на ВПП-1; Д4 = самолёт направляется на ВПП-2; Д5 = самолёт занимает ВПП-1; Д6 = самолёт занимает ВПП-2;
Д7 = диспетчер выдаёт разрешение на взлёт.
Для продукций установим приоритет, как это сделано в образце методички: чем выше приоритет, тем раньше проверяется правило.
П1(5, Ф1 и Ф2) = Д1; П2(4, Ф3 и Д1) = Д2; П3(3, Ф4 и Д2) = Д3;
П4(3, не Ф4 и Ф5 и Д2) = Д4; П5(2, Д3) = Д5; П6(2, Д4) = Д6; П7(1, Д5 и Ф6) = Д7; П8(1, Д6 и Ф6) = Д7.
6)Проверка взаимосвязи продукций. Цепочка 1:
П1 → П2 → П3 → П5 → П7,
то есть: экипаж запросил вылет и самолёт исправен → рейс принят к вылету → начата подготовка → самолёт направлен на ВПП-1 → самолёт занял ВПП-1 → после подтверждения готовности выдано разрешение на взлёт.
Цепочка 2:
П1 → П2 → П4 → П6 → П8,
то есть: экипаж запросил вылет и самолёт исправен → рейс принят к вылету → начата подготовка → при занятой ВПП-1 и свободной ВПП-2 самолёт направлен на ВПП-2 → самолёт занял ВПП-2 → после подтверждения готовности выдано разрешение на взлёт.
Текстовый вид схемы продукций:
П1 → Д1 → П2 → Д2
От Д2 идут две ветви:
П3 → Д3 → П5 → Д5 → П7 → Д7
П4 → Д4 → П6 → Д6 → П8 → Д7
Вывод.
Таким образом, для предметной области «Аэропорт» (диспетчерская) построена продукционная модель представления знаний. Она описывает процесс принятия решения диспетчером о разрешении вылета на основе фактов о запросе экипажа, технической готовности самолёта, погодных условиях и доступности взлётно-посадочных полос. Структура работы оформлена по тому же шаблону, который показан в примере решения задачи в методичке.
Задача
Построить продукционную модель представления знаний в предметной области «Аэропорт» (диспетчерская).
Описание процесса решения
Для построения продукционной модели представления знаний необходимо выполнить следующие шаги:
Определить абстрактные объекты и понятия предметной области, необходимые для решения поставленной задачи. Оформить их в виде фактов.
Задать свойства и состояния выделенных объектов, описывающие их характеристики.
Задать правила (продукции) между этими фактами, используя конструкции вида «ЕСЛИ …, ТО …».
Добавить конкретные факты, описывающие решаемую задачу.
Проверить правильность построенной модели, применив правила к исходным данным.
Решение
1)Ключевые понятия предметной области
Ключевые понятия данной предметной области — аэропорт, самолёт, диспетчер, взлётно-посадочная полоса, погодные условия, разрешения, техническое состояние, аварийная ситуация.
У различных объектов есть общие характеристики, поэтому целесообразно выделить общее понятие — объект управления.
Исходя из этого, основные сущности модели:
«Аэропорт»
«Самолёт»
«Диспетчер»
«Полоса»
«Погода»
«Разрешение»
«Состояние»
«Авария»
2)Свойства и состояния объектов
Уэтих объектов есть определённые свойства.
Например:
самолёт может быть исправен / неисправен;
полоса может быть свободна / занята;
погода может быть лётная / нелётная;
самолёт может находиться в зоне посадки;
топливо может быть в норме / на минимуме.
Поэтому добавим следующие факты: «Самолёт исправен»
«Самолёт неисправен»
«Самолёт готов к вылету»
«Самолёт находится в зоне посадки»
«Полоса свободна»
«Полоса занята»
«Погода лётная»
«Погода нелётная»
«Разрешение на взлёт получено»
«Разрешение на посадку получено»
«Топливо в норме»
«Топливо на минимуме»
«Сигнал бедствия подан»
3)Определение правил Определим для имеющихся фактов продукционные правила.
ЕСЛИ самолёт исправен
Исамолёт готов к вылету
Иполоса свободна
Ипогода лётная
Иразрешение на взлёт получено ТО взлёт разрешён.
ЕСЛИ самолёт находится в зоне посадки
Иполоса свободна
Ипогода лётная
Иразрешение на посадку получено ТО посадка разрешена.
ЕСЛИ погода нелётная ТО взлёт запрещён.
ЕСЛИ погода нелётная ТО посадка запрещена.
ЕСЛИ самолёт неисправен ТО взлёт запрещён.
ЕСЛИ полоса занята ТО посадка запрещена.
ЕСЛИ полоса занята ТО взлёт запрещён.
ЕСЛИ топливо на минимуме И самолёт находится в зоне посадки
ТО назначить приоритетную посадку.
ЕСЛИ сигнал бедствия подан ТО объявить аварийную ситуацию.
ЕСЛИ объявлена аварийная ситуация ТО вызвать аварийные службы.
ЕСЛИ назначена приоритетная посадка И полоса свободна ТО разрешить немедленную посадку.
4)Добавление конкретных фактов Добавим знания о конкретной ситуации.
Пусть имеется аэропорт «Центральный».
В диспетчерскую поступила информация о самолёте SU-125.
Известно, что:
самолёт SU-125 находится в зоне посадки;
у самолёта мало топлива;
полоса свободна;
погода лётная;
разрешение на посадку получено.
5)Проверка установленных правил Проверим работу модели.
Известно:
самолёт находится в зоне посадки;
топливо на минимуме.
По правилу 8 получаем:
→ самолёту назначается приоритетная посадка.
Далее:
назначена приоритетная посадка;
полоса свободна.
По правилу 11:
→ разрешена немедленная посадка.
Также:
самолёт находится в зоне посадки;
полоса свободна;
погода лётная;
есть разрешение.
По правилу 2:
→ посадка разрешена.
Вывод
Для предметной области «Аэропорт (диспетчерская)» построена продукционная модель представления знаний. Были определены основные объекты, их свойства и состояния, сформированы правила вида «ЕСЛИ — ТО», а также добавлены конкретные факты.
В результате применения правил к заданной ситуации получен вывод о необходимости разрешения немедленной посадки самолёта SU-125.
Модель позволяет формализовать процесс принятия решений диспетчером и может использоваться в экспертных системах управления воздушным движением.
Задача
Построить фреймовую модель представления знаний в предметной области «Аэропорт» (диспетчерская служба).
Описание процесса решения
Для построения фреймовой модели представления знаний необходимо выполнить следующие шаги:
1)Определить абстрактные объекты и понятия предметной области, необходимые для решения поставленной задачи. Оформить их в виде фреймов-прототипов (фреймов-объектов, фреймов-ролей).
2)Задать конкретные объекты предметной области. Оформить их в виде фреймов-экземпляров (фреймов-объектов, фреймов-ролей).
3)Определить набор возможных ситуаций. Оформить их в виде фреймовситуаций (прототипы). При необходимости задать фреймы-экземпляры ситуаций.
4)Описать динамику развития ситуаций через набор сцен. Оформить их в виде фреймов-сценариев.
5)Добавить фреймы-объекты, сцены и ситуации, которые отражают решение поставленной задачи.
Решение
1.Определение ключевых понятий предметной области Ключевые понятия предметной области:
аэропорт;
человек;
диспетчер;
пилот;
самолёт;
рейс.