Продукционные модели

Продукционная модель (модель, основанная на правилах) позволяет представить знания в виде предложений типа «ЕСЛИ (условие), ТО (действие)». Условие (антецедент) – некоторое предложение-образец, по которому осуществляется поиск в базе знаний. Действие (консеквент) – действия, выполняемые при успешном исходе поиска (они могут быть промежуточными, выступающими далее как условия и терминальными или целевыми, завершающими работу системы).

Рис. 6.3. Схема модели представления знаний

Системы с базами знаний, основанными на этой модели, называются продукционными системами. Продукционная система состоит из трех основных компонент (рис. 6.4):

1 – База правил типа «ЕСЛИ (условие) ТО (действие)».

2 – Рабочая память, в которой хранятся условия задачи и выводы, полученные в ходе работы системы (база данных, содержащая множество фактов).

База данных и база правил составляют базу знаний (БЗ).

3 – Механизм логического вывода, использующий правила в соответствии с содержимым рабочей памяти (интерпретатор для получения логического вывода на основании знаний из БЗ).

3	Механизм логического вывода (сопоставление)
	 модификация				 поиск
2	Рабочая память			1	База правил
Рис. 6.4. Блок-схема продукционной системы

Механизм логического вывода сопоставляет образцы из условных частей правил с образцами, хранимыми в рабочей памяти. Если образцы из условной части имеются в рабочей памяти, то условная часть считается истинной, в противном случае – ложной.

Фреймы

Фрейм – это модель абстрактного образа, минимально возможное описание сущности какого-либо объекта, явления, события, ситуации, процесса. Фрейм – это абстрактный образ для представления некоего стереотипа восприятия. Фрейм – это структура знаний при восприятии пространственных образов.

Различают:

1. Фреймы-образцы (шаблоны, прототипы), хранящиеся в базе знаний.

Этот тип фреймов отражает знания об абстрактных стереотипных понятиях, которые являются классами каких-то конкретных объектов. Фреймы-прототипы отражают интенсиональные знания, т.е. обобщенные знания о закономерностях, присущих рассматриваемому классу объектов.

В нотации Бекуса-Науэра каждый i-й фрейм-прототип описывается тройкой:

Frame_i = <Имя фрейма_i, Атрибут_ij, Характеристика_ijk>.

Имя фрейма – слово, обозначающее некоторое понятие. Атрибут – какой-либо признак, свойство понятия. Пара «атрибут-характеристика» называется слотом, причем атрибут выступает в роли имени слота, а характеристика – значения слота. Атрибут, в свою очередь, может быть представлен следующим образом:

Атрибут ::= <символы> | <имя присоединенной процедуры>.

Характеристика ::= <символы> | <число> | <функция> | <рисунок> | <таблица> | < пустой слот > | <ссылка на другой фрейм>.

2. Фреймы-экземпляры (примеры), которые создаются для отображения реальных фактических ситуаций на основе поступающих данных.

Эти фреймы отражают знания о конкретных фактах пред­метной области, или так называемые экстенсиональные знания.

Переход от фрейма-прототипа к фрейму-экземпляру выполняется при проведении процедуры означивания фрейма-прототипа в процессе работы. Если для первого фрейма-прототипа проводилось неоднократное означивание и получилось несколько родственных фреймов-экземпляров, то они образуют систему фреймов (соответствует многозначности понятий). Фреймы-экземпляры хранятся в базе данных, а не знаний, это своего рода текущая информация об объектах.

Фреймы в силу особенностей своей структуры могут отображать как декларативные знания, так и процедурные знания.

Модель фрейма является достаточно универсальной, поскольку позволяет отобразить все многообразие знаний о мире через: фреймы-структуры, использующиеся для обозначения объектов и понятий (заем, залог, вексель); фреймы-роли (менеджер, кассир, клиент); фреймы-операции (например, фрейм «процесс синтеза корректирующих устройств», слоты: модель, алгоритм расчета, параметры и т.д.); фреймы-сценарии (банкротство, собрание акционеров, корпоративный праздник, выход на рынок (слоты: продукция, качество и т.д.)); фреймы-ситуации (тревога, авария, рабочий режим устройства (слоты: напряжение, сила тока и т.д.)) и др.

Каждый фрейм может быть дополнен различной информацией. Эта информация может касаться: способов применения данного фрейма; последствий этого применения; действий, которые необходимо выполнить, если не оправдался прогноз и т.п.

Каждый фрейм можно рассматривать как сеть, состоящую из нескольких вершин и отношений. На самом верхнем уровне фрейма представлена фиксированная информация: факт, касающийся состояния объекта, который обычно считается истинным. На последующих уровнях расположено множество терминальных слотов (терминалов), которые обязательно должны быть заполнены конкретными значениями и данными. В каждом слоте задается условие, которое должно выполняться при установлении соответствия между значениями (слот либо сам устанавливает соответствие, либо обычно это делает более мелкая составляющая фрейма). Простое условие указывается меткой, оно может содержать требования, например, чтобы соответствие устанавливал пользователь, чтобы было достаточно полно описанное значение, чтобы был указатель специальных составляющих фреймов и т.п. Сложные условия указывают отношения между фактами, соответствующими нескольким терминалам.

Соединив множество фреймов, являющихся отношениями, можно построить фреймовую систему. Наиболее важный результат такого построения – возможность преобразования фреймов в одной системе.