- •Компьютерные технологии в науке и образовании
- •Часть 1 Базы знаний
- •Содержание
- •Лекция 1
- •1.1 Основы построения систем основанных на знаниях (соз).
- •1.1.1 Общие сведения о соз
- •1.1.2. Пример независимости знаний и процедур их обработки
- •1.1.3 Понятие знаний, фактов и правил
- •Лекция 2
- •1.2 Экспертные системы и необходимые условия представления знаний.
- •1.2.1. Назначения эс и основные требования к ним
- •1.2.2. Упрощенная структура эс
- •1.2.3. База знаний как элемент экспертной системы
- •1.2.4. Необходимые условия представления знаний
- •Лекция 3 Лекция 3
- •1.3 Приобретение и формализация знаний.
- •1.3.1. Формализация задачи
- •1.3.2. Представление знаний в виде «дерева решений»
- •Лекция 4
- •1.4 Представление знаний с использованием логики предикатов.
- •1.4.1. Логические модели и логическое программирование
- •1.4.2. Простейшие конструкции языка предикатов
- •1.4.3. Предикатные формулы
- •Является (ласточка, птица) ← имеет (ласточка, крылья),
- •("X) [человек (х) ¬ смертен]
- •1.4.5. Логический вывод
- •1.4.5.1. Правило резолюции для простых предложений
- •1.4.5.2. Правило резолюции для сложных предложений
- •1.4.5.3. Простая резолюция сверху вниз
- •S: ù получает (студент, стипендию)
- •Для всех у студент не получает у
- •1.4.5.6. Решение задач и извлечение ответа.
- •D1: ù факториал (3, z)
- •Лекция 5
- •1.5 Семантические сети.
- •1.5.1. Описание иерархической структуры понятий и диаграмма представления
- •«Человек» is - a «млекопитающее»
- •«Все ласточки – птицы»
- •«Ласта – ласточка» «ласточка – птица»
- •«Ласта – птица»
- •1.5.2. Семантическая сеть как Пролог - программа
- •1.5.3. Элементы семантической сети
- •1.5.4. Представление структуры понятий семантической сетью
- •1.5.5. Представление событий семантической сетью
- •1.5.6. Получение вывода с помощью семантической сети
- •1.5.7 Пример представления знаний семантической сетью
- •Лекция 6
- •1.6.1. Системы продукции
- •Если - то (явление - реакция)
- •1.6.2. Механизм функционирования систем продукции
- •«Намерение – отдых» «место отдыха – горы»
- •«Место отдыха – горы»
- •«Использовать – джип»
- •«Дорога – ухабистая»
- •1.6.3. Обратная цепочка рассуждений в системе продукций
- •Лекция 7
- •1.7. Представление знаний с применением фреймов
- •1.7.1. Понятие фрейма и слота
- •1.7.2. Фреймовые системы и их функционирование
- •1.7.3. Обобщенная структура фрейма
- •Лекция 8
- •1.8. Стратегии поиска в системах основанных на знаниях
- •1.8.1. Поиск как основа функционирования соз
- •1.8.2. Стратегии поиска в глубину и ширину
- •1.8.3. Стратегия эвристического поиска
- •1.8.4. Формализация задач в пространстве состояний
- •1.8.5. Представление пространства состояний в виде базы знаний
- •После (х,y)
- •После (X,y,s)
- •Цель(состояние):-принадлежит([a,b,c],Состояние)
- •Лекция 9
- •1.9. Нечеткие множества в системах основанных на знаниях
- •1.9.1. Основные понятия и определения
- •1.9.2. Арифметические операции над нечеткими переменными
- •1.9.3. Операции нечеткой фильтрации и выбора
«Место отдыха – горы»
результатом вывода является рекомендация
«Использовать – джип»
с пояснением причин данного вывода, которая определяется тем, что
«Дорога – ухабистая»
В данном примере для получения вывода проводилась работа по:
многократному просмотру содержимого базы правил;
последовательному применению правил на основе предварительно записанного содержимого рабочей памяти;
дополнению данных, помещаемых в рабочую память.
Такие выводы называются прямыми(прямая цепочка рассуждений). Напротив, способ, при котором на основании фактов исследуется возможность применения правила, пригодного для подтверждения, называетсяобратным выводом(обратная цепочка рассуждений).
1.6.3. Обратная цепочка рассуждений в системе продукций
Для пояснения этого способа обратимся к знакомому примеру. Целью запроса к системе является факт установления целесообразности использования Джипа при отдыхе в горах.
Считая, что рабочая память содержит образцы «намерения – отдых» и «место отдыха – горы», а база содержит оба правила, целью составления является доказательство факта «использовать – джип». Т. е. в этом случае рабочая память имеет исходный вид (рис. 6.3).
Механизм вывода
Рабочая
память
____________________ «намерение
– отдых»
«место отдыха –
горы»
____________________
использовать
джип - ?
База правил
Рис.1.6.2. Обратная цепочка рассуждений
Последовательность составления системой продукции следующая:
Определяется правило, в котором в заключительной части содержится целевой факт.
Исследуется возможность применения первого правила для подтверждения исходного факта.
Поскольку образец «намерение – отдых» из условной части правила №1 занесен в рабочую память, то для достижения цели достаточно подтвердить факт «дорога – ухабистая».
Образец «дорога – ухабистая» принимается за новую цель, и необходимо найти правило, подтверждающее этот факт.
Исследуется возможность применения правила №2. Условная часть этого правила является истинной, т.к. образец «место отдыха – горы» имеется в рабочей памяти;
В виду возможности применения правила №2, рабочая память пополнится образцом «дорога – ухабистая» и появляется возможность применения правила №1 для подтверждения цели «использовать – джип».
Таким образом, результатом вывода является подтверждение цели «использовать – джип» при условии «дорога – ухабистая».
Лекция 7
1.7. Представление знаний с применением фреймов
1.7.1. Понятие фрейма и слота
В сложных семантических сетях, включающих множество понятий, процесс обновления узлов и контроль связей между ними становится затруднительным. При этом количество опосредованных родовидовых связей между понятиями резко возрастает.
Основная идея фреймового подхода к представлению знаний заключается в том, что все,что касается понятия или ситуации, не «размывается по сети», а представляется во фрейме.
Фреймомназывается структура для описания понятия или ситуации, состоящая из характеристик этой ситуации и их значений.
Фрейм можно рассматривать как фрагмент семантической сети, предназначенный для описания понятий со всей совокупностью присущих им свойств.
Понятие о деловом отчете в системе, основанной на фреймах, может иметь следующий вид рис. 1.7.1.
отчет
Фин.
отчет №3
IS-A
IS-A
Техн.
отчет
Фин.
отчет
IS-A
Рис. 1.7.1. Деловой отчет в системе, основанной на фреймах
Графически это выглядит аналогично семантической сети, но принципиальное отличие состоит в том, что каждый узел во фреймовой системе имеет вид рис. 1.7.2.
Слот
1
Значение
слота 1
Слот
2
Значение
слота 2
Слот
N
Значение
слота N
.
. .
ПОНЯТИЕ (имя
фрейма)
Рис.1.7.2. Фрейм
Автор идеи фреймового подхода Марвин Минский дал такое определение: «Фрейм – это структура данных, представляющая стереотипную ситуацию, вроде присутствия внутри жилой комнаты или сбора на вечеринку. К каждому фрейму присоединяется несколько видов информации. Часть информации о том, как использовать фрейм. Часть о том, чего можно ожидать далее. Часть о том, что следует делать, если ожидания не подтвердятся».
В каждом узле понятия определяются набором атрибутов и их значениями, которые содержатся в слотах фрейма.
Слот- это атрибут, связанный с узлом в системе, основанной на фреймах.
Слот является составляющей фрейма. Имя слота соответствует типу атрибута, значением слота может быть экземпляр атрибута, другой фрейм или фасет.
С каждым слотом может быть связана одна или несколько процедур, которые выполняются, когда изменяются значения слотов.
Чаще всего со слотами связываются процедуры:
Если - добавлено(выполняется, когда новая информация помещается в слот);
Если - удалено(выполняется при удалении информации из слота);
Если - нужно(выполняется, когда запрашивается информация из слота, а он пуст).
Эти процедуры могут следить за приписыванием информации к данному узлу и проверять, что при изменении значения производятся соответствующие действия.