Рассуждения с расширяющимися и уменьшающимися множествами заключений.

Традиционные вычислительные системы хорошо приспособлены для выполнения рассуждений с расширяющимся множеством заключений. Действительно, при небольшом числе входных данных традиционная программа может породить практически бесконечное число результатов. Системы, основанные на знаниях, рассуждают по другой схеме. Действительно, на основе очень большого массива данных эти системы получают единственные результаты, т.е. имеем рассуждения с уменьшающимся числом заключений.

Сравнительные свойства обычных ЭВМ и ЭВМ для реализации экспертных систем даны в следующей таблице:

	Свойства обычной ЭВМ	Свойства ЭВМ для реализации ЭС
1. Управление вычислительным процессом	Процедурно выполняемый поток вычислений	Поток вычислений, управляемый данными
2. Тип обработки информации	Числовая обработка	Символьная обработка
3. Тип рассуждений	Рассуждения с расширяющимся множеством выводов	Рассуждения с уменьшающимся множеством выводов
4. Архитектура	Фон-неймановская	Отличная от Фон-неймановской
5. Обработка информации	Алгоритмическая	Эвристическая
6. Обслуживание системы	Программист	Инженер по знаниям
7. Обработка данных	Последовательная	Интерактивная, параллельная
8. Характер проектирования	Структурный линейный процесс	Циклический, интерактивный

Логика немонотонных рассуждений.

Традиционные рассуждения, которые используют логику предикатов, когда из одного утверждения строго следует другое, основываются на трех основных предположениях:

1. предметная область должна быть описана адекватно, что в данном случае означает, что в форме предикатов представлена вся информация, которая необходима для решения задачи;

2. информационная база должна быть непротиворечивой, что в данном случае означает, что выводы, полученные по различным правилам, не должны противоречить друг другу;

3. информация должна нарастать монотонно, что означает, что при срабатывании каждого из правил, данные нарастают монотонно без скачков.

При нарушении каждого из этих трех оснований традиционный подход к рассуждениям работать не будет.

В искусственных системах, основанных на абдуктивном выводе, реализуются немонотонные рассуждения, и решаются все три из проблем, связанных с нарушением названных положений.

Первая проблема. Система может справляться с отсутствием знаний о предметной области.

Предполагается, что в системе отсутствуют знания о некотором предикате P. Это может означать одно из двух:

• мы не уверены в истинности P;

• мы уверены, что P наверняка неистинно.

Система в такой неопределенной ситуации должна выбрать, что же справедливо по отношению к предикату P, первое или второе рассуждение, сомнение или не истина.

На сегодня это можно сделать тремя способами:

1. Замкнутость мира.

Согласно этому способу считается, что все утверждения, истинность которых не удалось доказать, считать ложью. Такой способ принят в языке PROLOG.

2. Презумпция невиновности.

Все, для чего не доказано, что это ложь, является истинной.

3. Традиционный ход вещей в мире.

Здесь при получении выводов проверяется их непротиворечивость по отношению к некоторым более общим традиционным знаниям о мире.

Для учета такого типа знаний вводятся два модельных оператора:

• is consistent with – согласуется с;

• unless – если не.

Используя эти операторы, можно организовать рассуждения, основанные на предположении.

Вторая проблема (информационная база).

В системах с традиционной логикой знания должны быть строго непротиворечивы.

Немонотонными системами при рассуждениях принимаются во внимание альтернативные гипотезы.

Действительно, когда человек-эксперт анализирует какую-нибудь ситуацию, например, пытается разобраться в причинах какого-нибудь отказа, он всегда рассматривает вначале несколько возможных причин. Потом выстраивает цепочку рассуждений, исходя из каждой из этих причин, до тех пор, пока не натолкнется на противоречие.

Если противоречие возникло, то причина, породившая эти рассуждения отбрасывается. И так до тех пор, пока не останется единственное непротиворечивое рассуждение. И считается, что именно эта причина и породила отказ.

Именно так анализируют причины авиакатастроф.

Третья проблема, проблема немонотонности роста информации разрешается на базе ответа на два основных вопроса:

1. Как добавлять в базу знания, которые основываются только на предположениях.

2. Что делать, если какое-либо предположение оказалось некорректным.

Для решения этих вопросов используется СПИ – система поддержки истинности. Здесь априори (изначально) все знания считаются истинными и используются для вывода, но отслеживается и запоминается весь ход рассуждений, основанный на всех выводах. Это цена этого подхода.

Когда появляется информация, сводящая на нет предыдущие результаты, проделанная цепочка выводов анализируется, из нее исключается все, что было получено с применением противоречивых данных, и формируются новые исходные данные из того, что осталось и что добавляется (при необходимости) при проведении рассуждений.

Пример:

Пусть с использованием логики предикатов получены следующие утверждения:

1. p(X) unless q(X)→r(X) (если верить, что p(X) – это истина, а q(X) – ложь, из этого следует, что r(X) тоже истина).

2. p(Z) (p(Z) тоже истина).

3. r(W)→s(W) (если r(W) истина, то и s(W) тоже истина).

Если в какой-то момент времени обнаружится, что утверждение q(X) на самом деле истина, а не ложь, то в рассматриваемой системе будут отменены утверждения, что r(X) – истина (следует из 1) и s(W) – истина (следует из 3). Т.е. от этого фрагмента рассуждений остается единственный факт, что предикат p от различных исходных данных истина.

Т.о., расширяя логику за счет рассуждений на основе предположений, которые могут быть отменены, мы вводим элемент немонотонности в механизм рассуждений.

Рассмотренный подход позволят поддержать рассуждения с неопределенными и недостающими данными. Именно здесь эта задача впервые была решена принципиально, но на практике оказалось, что использование этого подхода в ЭС потребовало очень больших ресурсов, а сами вычисления оказались громоздкими и вычислительно сложными. Поэтому на практике используются 4 других из названных ранее пяти методов.