Декларативная и процедурная формы представления знаний
Декларативные знания отражают понятия проблемной области и связи между ними. Они не содержат в явном виде описания каких-либо процедур. Иначе декларативные знания называются понятийными, или концептуальными. Декларативные знания – это совокупность сведений о качественных и количественных характеристиках конкретных объектов, явлений и их элементов, представленных в виде фактов и эвристик. Традиционно такие знания накапливались в виде разнообразных таблиц и справочников, а с появлением ЭВМ приобрели форму информационных массивов (файлов) и баз данных.
Процедуральные знания описывают процедуры, т.е. указывают операции над понятиями, позволяющие получать новые понятия. В отличие от декларативных знаний они содержат описания процедур в явном виде. Примером процедуральных знаний является программа, хранящаяся в памяти ЭВМ. Иногда процедуральные знания называются алгоритмическими. Процедурные знания хранятся в памяти ИИС в виде описаний процедур, с помощью которых их можно получить. В виде процедурных знаний обычно описывается информация о предметной области, характеризующая способы решения задач в этой области, а также различные инструкции, методики и тому подобная информация. Другими словами, процедурные знания – это методы, алгоритмы, программы решения различных задач, последовательности действий (в выбранной проблемной области) – они составляют ядро баз знаний.
Для описания знаний на абстрактном уровне разработаны специальные языки описания знаний. Эти языки также делятся на языки процедурного типа и декларативного. Все языки описания знаний, ориентированные на использование традиционных компьютеров фон-неймановской архитектуры, являются языками процедурного типа. Разработка языков декларативного типа, удобных для представления знаний – очень актуальная проблема.
Кроме фактов и правил существуют еще метазнания - знания о знаниях. Они необходимы для управления БЗ и для эффективной организации процедур логического вывода. Метазнания - это знания об организации всех остальных типов знаний. Иначе они называются специальными. Метазнания содержат признаки декларативных и процедуральных знаний.
Обобщенная структура БЗ, соответствующая приведенному выше разбиению знаний по типам, представлена на рис. 1.
Рис. 1. Обобщённая структура базы знаний
Существует множество классификаций знаний. Как правило, с помощью классификаций систематизируют знания конкретных предметных областей. По своей природе знания можно разделить на декларативные и процедурные знания. Как мы уже знаем, декларативные знания - это описания фактов и явлений. Процедурные знания - это описания действий, которые возможны при манипулировании фактами и явлениями для достижения намеченных целей. Как информационно-смысловое понятие, знания могут быть классифицированы по таким признакам, глубина, степень определенности, этимология (источник происхождения).
По степени отображения сущностных аспектов того или иного объекта знания делятся на две категории: поверхностные и глубинные.
Поверхностные знания основаны на частных результатах или опытах и свидетельствуют о видимых (лежащих на поверхности) взаимосвязях между сущностями предметной области. Они не обязательно подтверждаются строгой теорией и, как правило, носят субъективный характер. Иначе можно сказать, что поверхностные знания объясняют видимые взаимосвязи между отдельными событиями и фактами в предметной области.
Глубинные знания основаны на общепризнанной теории и строгой аксиоматике, отображающих структуру и природу сущностей ПО и закономерности их связей. Как правило, глубинные знания носят характер абстракций, аналогий, схем и обобщений, фундаментальных законов и объективных закономерностей. Они более устойчивы, чем поверхностные. Эти знания объясняют явления и могут использоваться для прогнозирования поведения объектов.
По степени определенности знания принято делить на «жесткие» (определенные) и «мягкие» (расплывчатые). Определенные знания дают однозначные ответы на вопросы, которые могут возникнуть по поводу свойств сущностей ПО и характера отношений между ними. Расплывчатые знания на эти же вопросы дают, как правило, вариантные или неопределенные ответы.
По этимологии (источнику происхождения) различают знания концептуальные и экспертные. Концептуальные знания выражают свойства сущностей ПО и отношения между ними через описания базовых понятий конкретной ПО. Такие описания должны отражать понятийную часть каждого базового понятия (описание его структуры и описание структур или свойств его компонент), а также операционную часть – зависимость между компонентами базового понятия.
Экспертные знания основаны на знаниях высоко квалифицированного специалиста в конкретной предметной области, они часто носят характер оригинальных и субъективных. Понятийная (декларативная) и операционная (процедурная) части экспертных знаний могут существенно отличаться от понятийной и операционной частей концептуальных знаний.
Как правило, концептуальные и экспертные, жесткие и мягкие, глубинные и поверхностные знания используются совместно.
Знания о проблемной области материализуются в базе знаний и представляются в памяти ЭВМ с помощью специальных лингвистических средств. База знаний - это специальным образом организованная система знаний, содержащая сведения о проблемной области и предназначенная для многоаспектного использования в интересах решения задач средствами и методами ИИ. Концепция БЗ является результатом естественного дальнейшего научно-технического развития концепции (БД) в направлении увеличения независимости содержащейся информации от обрабатывающих программ и их целостности. База знаний - это целостная и независимая модель проблемной области.
База знаний (БЗ) является информационной моделью предметной области (ПО).
Декларативная компонента БЗ содержит информацию об известных свойствах сущностей ПО и об отношениях между ними, а процедурная компонента БЗ правила, применяемых для преобразования и обработки декларативной информации в ходе решения определенного класса (или классов) интеллектуальных задач.
Современный уровень развития ИИС в аспекте обеспечения естественного общения пользователя с системой еще далек от идеального. В современных реализациях ЭС общение пользователя с системой происходит в лучшем случае на слабо формализованном языке или профессиональном сленге с использованием диалога, построенного на системах «меню» или сценариев, сводимых к бесконфликтному завершению. Причиной этого является чрезвычайная сложность задачи создания компьютерных систем, безупречно (в семантическом и лингвистическом отношениях) «понимающих» естественный язык. Такое понимание предполагает точный перевод (интерпретацию) вопроса пользователя на внутренний язык (описания и обработки информации) системы и перевод результата работы системного компьютера (обработка вопроса и подготовке ответа) на язык пользователя. Отсюда понятно, что пользовательский интерфейс в идеальном представлении – это сложнейший комплекс программ, реализующий алгоритмы точного автоматического синтаксического, морфологического и семантического анализа и синтеза фраз и предложений естественного языка. Этот комплекс должен базироваться не только на весьма обширном лингвистическом обеспечении (двуязычные словари общего и специального назначения, фразеологические и толковые словари и тезаурусы), но и на информации, определяющей стиль и форму общения, предпочитаемые пользователем. Такая информация, наряду со знаниями о предметной области, должна размещаться в БЗ системы, в составе ее декларативной части.