Организация знаний в эс

Проблематика представления знаний в системах, основанных на знаниях, включает в себя определение состава требуемых (релевантных) знаний для решения поставленных задач, вопрос организации знаний в БЗ и создание модели их представления

При определении искомого состава знаний исходят прежде всего из типа предметной области, способах ее моделирования, типа решаемых в предметной области задач, вида исполняемых утверждений, архитектуры системы, потребностей и целей ее пользователей и языка общения с экспертной системой.

Для обеспечения функционирования статической ЭС необходимы следующие знания:

• управляющие знания, используемые интерпретатором в процессе вывода искомого решения;

• знания, используемые диалоговым компонентом системы, к которым относятся знания о языке общения и способах организации диалога с системой;

• знания, необходимые для компонента приобретения знаний, т.е. знания о моделях представления знаний и способах их модификации;

• знания, обеспечивающие работу объяснительного компонента.

Для нормального функционирования динамической экспертной системы нужно также иметь знания о модели внешней среды и способах взаимодействия с внешней средой.

Тип предметной области определяет не только содержание знаний о предметной области, а и применимые способы преобразования знаний.

Знания о предметной области можно разделить на описатели и собственно предметные знания. Описатели характеризуют степень сложности и определенности знаний, важность их для решения конкретной задачи. Собственно предметные знания включают факты и исполняемые утверждения. Исполняемые утверждения есть знания методов преобразования информации о предметной области. Они нужны для задания процедур обработки данных.

Управляющие знания, используемые механизмом вывода в процессе решения задачи, можно разделить на фокусирующие и решающие. Первые описывают, какие знания являются наиболее перспективными для поиска искомого решения. Они используются на этапе сопоставления работы интерпретатора, на котором определяются модули, подлежащие исполнению.

Решающие знания применяются при выборе стратегий.

Стратегии есть знания о знаниях, т.е метазнания о предметной области. Они содержат знания о том, на какие подзадачи можно разбить решаемую задачу, как. можно объединить знания из различных источников и т.п. Стратегии представляют собой знания о том, какой из означенных модулей целесообразнее всего выполнять. Использование стратегий позволяет оптимизировать процесс поиска решения.

Далеко не всегда стратегии могут носить явный характер. Неформализованность решаемых задач приводит к тому, что такие задачи не удается представить в виде детерминированной последовательности выполняемых программных модулей (процедур). Вследствие этого модули вызываются для их выполнения не по имени, а в зависимости от условий сложившейся ситуации. Поскольку не удается заранее сформировать последовательность исполняемых модулей, то их взаимосвязь определяется в процессе поиска искомого решения.

Стратегии, используемые в ЭС, принято классифицировать по следующим параметрам: общности, способу задания и содержанию.

По признаку общности их подразделяют на стратегии, не зависящие от предметной области, стратегии, учитывающие особенности предметной области или специфику цели, стратегии, не зависящие от способа представления знаний.

По содержанию стратегии делят на локальные, глобальные, индивидуально полезные, сравнительно полезные. Локальные стратегии определяют последовательность выполнения модулей в текущем цикле работы механизма вывода, а глобальные – последовательность циклов.

Кроме того, стратегии различают по составу используемых ими знаний. Одни стратегии используют знания только о текущем цикле работы МВ, а другие – знания об истории его работы.

На состав знаний ЭС существенное влияние оказывают требования ее пользователей.

Вполне естественно, что в первую очередь состав знаний определяется набором решаемых задач. Следует учитывать и то, какие данные имеются в распоряжении пользователя и какими из них он воспользуется, при каких ограничениях на количество результатов и способы их получения должно быть найдено решение.

Применяемые пользователем методы решения поставленной задачи и их предпочтительность также играют большую роль при решении вопроса о составе знаний, включаемых в БЗ.

Состав знаний зависит и от общих требований к языку общения и организации диалога.

Одной из важных проблем создания систем, основанных на знаниях, является проблема организации баз знаний и данных.

Мы уже отмечали, что эффективность работы ЭС. в первую очередь определяется мощностью БЗ, а не набором методов, используемыми системой. Отсюда следует и значительность проблемы построения оптимальной организации БЗ и БД. Знания, заложенные в систему, должны быть организованы так, чтобы их можно было использовать именно тогда, когда они необходимы. ЭС не в состоянии разрешить так называемую проблему “проклятия размерности”, если она не способна находить релевантные знания из всей совокупности знаний, содержащихся в БЗ. Успешное решение этой задачи зависит от того, как организованы знания.

В задаче определения релевантных знаний выделяют три аспекта: связность знаний и данных, механизм доступа и способ сопоставления.

Связность знаний позволяет сократить путь поиска требуемых знаний. В современных ЭС знания концентрируются около наиболее значимых объектах предметной области. Все знания, которые описывают некоторую сущность рассматриваемой ПО, представляются в виде отдельного объекта и связывются между собой. При такой организации любое знание о конкретной сущности можно получить следующим способом: сначала найти объект, описывающий ее,а затем в нем найти требуемую информацию.

В объектах применяют два типа связей: внутренние и внешние. Внутренние связи служат для объединения всех элементов объекта в единое целое. Они показывают структуру объекта. Зависимость объектов предметной области показывается с помощью внешних связей. Различают логические и ассоциативные внешние связи. Логическая связь отражает семантику отношений объектов. Ассоциативная связь может существовать только в том случае, когда будут выполнены определенные условия. Пусть, например, в базе знаний имеются объекты самолет и посадка. Посадка обладает такими характеристиками как скорость и направление ветра. Между экземплярами этих сущностей может возникнуть ассоциативная связь, если скорость и направление ветра будут приемлемы для выполнения посадки. В ассоциативной связи может быть только одна ассоициативная сушноссть.

Прямой метод доступа к знаниям применим тогда, когда имеются явные ссылки на интересующие объекты. В общем случае данный метод не позволяет найти релевантные знания. Чтобы ускорить процесс поиска последних, нужно уметь находить в базе знаний объекты, которые соответствуют описанию сущности, имеющемуся в базе данных. Вполне естественно, что упорядочение и структурирование способствует повышению скорости поиска искомых знаний.

Используя ассоциативные связи, можно найти подходящие объекты на роль искомых, а затем сопоставить выбранные объекты с объектом, который полностью удовлетворяет нашим требованиям. В результате такого сопоставления и будет осуществлен окончательный выбор нужных объектов.

Для успешного выполнения операции определения подходящих объектов и операции сопоставления необходимо выбрать критерии, по которым будет осуществляться выбор из базы знаний сущностей разрешение конфликтных ситуаций.

В современных сложных ЭС база знаний разбивается на отдельные модули. Как и в традиционных системах между модулями могут создаваться определенные зависимости.

Модульная организация баз знаний обладает своими преимуществами и недостатками. К достоинствам следует отнести возможность одновременной разработки БЗ несколькими группами разработчиков, что позволяет существенно сократить сроки ее создания. Кроме того, снижаются затраты на модернизацию и сопровождение системы, упрощается повторное использование модулей в последующих разработках. Недостатком модульного исполнения БЗ является повышение затрат на загрузку и сборку прикладной системы в целом.

При создании БЗ широко применяют объектно- ориентированный подход. В основе данного подхода лежит организация знаний в виде иерархии классов. Каждый класс определяется своим набором атрибутов. Атрибуты и ограничения, накладываемые на класс, наследуются им от родительского класса. Кроме того, он может обладать и своими атрибутами и на него могут наложены новые ограничения.

Если приложение разбито на модули, то последние могут в свою очередь разбиваться на рабочие пространства.

Рабочие пространства, рассматриваемые как элементы базы знаний, служат для хранения объектов, связей, правил и других элементов и отображения их на экране. Они могут иметь свое имя, на которое можно ссылаться в правилах и процедурах. Экземпляр рабочего пространства определяет пространство, в котором может работать пользователь, а именно – создавать свои классы и объекты, связи между объектами.

Рабочие пространства могут бытьорганизованы иерархичным образом.

Пример разбиения БЗ на иерархию рабочих пространств.

РП 1 РП 2 РП 3

А B CDE FGH

Данные в рабочей памяти ЭС могут быть связанными и изолированными. Для связывания отдельных данных применяют тетже типы связей, чть и при органзации знаний в БЗ.

Данные могут быть однородными или неоднородными. В последнем случае они подразделяются на уровне по виду решаемых задач.

Во многих ЭС рабочая память строится как иерархия рабочих пространств. Рабочее пространство служит контейнером для создания экземпляров классов. Применение концепции рабочих пространств позволяет, во-первых, осуществлять рассуждения на разных уровнях абстракции и, во-вторых, дает возможность выполнять продолжительный поиск искомого решения при отсутствии “мусора”.

Уровни представления знаний.

Лекция 6