1.5.2. Представление знаний в рабочей памяти эвм

Представление знаний в рабочей памяти складывается из двух компонентов:

• текущих значений данных;

• агенды (списка активных конфликтующих в данный момент правил).

В соответствии с текущей ситуацией утверждение на основе значений данных (пространства утверждения) настраивается на текущую ситуацию. В соответствии с этим приобретают смысл отношения пространства утверждения (см. рис. 1.2), формирующие агенду.

Пространство утверждения содержит совокупность релевантных (соответствующих) правил для выполнения заданной в утверждении процедуры, которая реализуется с помощью внешних ссылок пространства на значениях данных.

1.5.3. Представление знаний в базе знаний

Интеллектуальность экспертной системы оценивается на основе релевантности агенды. Релевантность заключается в выборе необходимых правил для принятия решения.

Релевантность обеспечивается:

1. используемой технологией. Например, при использовании ООП вся совокупность объектов подразделяется на классы, а выбор знаний из базы осуществляется на основе определения требуемых объектов и происходит в два этапа:

   • на первом этапе искомый объект сопоставление с объектами, хранящимися в базе знаний (например, по имени утверждения − см. рис. 1.2);

   • на втором этапе выбор объекта уточняется на основе значений данных, содержащихся в рабочей памяти и во внешних ссылках пространства утверждения. Если значения данных совпадают, то выбранный объект может быть использован для данного утверждения;

2. механизмом доступа к базе знаний;

3. механизмом сопоставления с образцами, хранящимися в БЗ.

Механизм сопоставления может быть:

• синтаксическим, сопоставляющим выделенные значения данных со значениями данных пространства утверждения по написанию (значению);

• параметрическим, сопоставляющим выделенные значения данных со значениями пространства утверждения по параметрам (понятиям) предметной области;

• функциональным, сопоставляющим заданные значения данных по выполняемым функциям;

• принудительным, при котором механизм сопоставления назначается разработчиком экспертной системы.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение системы искусственного интеллекта.

2. В каких случаях оправдано создание системы искусственного интеллекта?

3. Охарактеризуйте понятие «знание».

4. В чем заключаются различия между декларативными и процедурными знаниями?

5. Назовите архитектурные компоненты экспертных систем.

6. Сравните возможности инструментальных средств разных классов − оболочек, языков программирования высокого уровня и многофункциональных сред − применительно к проектированию ЭС для задач планирования, проектирования и интерпретации.

2. Формализация знаний о проблемной области

2.1. Таксономическая классификационная схема

Описание проблемной области начинается с представления информации обо всех объектах, классах, объединенных объектах и понятиях, их определяющих, а также данных, которые могут потребоваться в разрабатываемом приложении. Для формализованного представления этой информации используется таксономическая классификационная схема понятий, или таксономия. Термин «таксономия» происходит от греческих слов taxis (порядок, чередование, следование) и nomos (закон).

Таксономия используется для упорядочивания информации в ИнС. Она имеет вид иерархического дерева (рис.2.1), ветвями которого являются обобщенные понятия, соответствующие рассматриваемой проблемной области. В корне таксономической схемы лежит основное понятие, описывающее проблемную область. Основное понятие таксономической схемы не должно иметь предшествующих понятий.

Рис. 2.1. Таксономия

Перечень понятий утверждается разработчиком системы или когнитологом. Таксономия является структурой из трех компонентов:

1. элементы;

2. дуги;

3. подсети / узлы.

Кроме этого, каждая дуга в таксономической схеме определяет назначение понятия. Дуга S является множеством. Дуга E является составным элементом, ds является подмножеством, а de – составной частью элемента.

При описании предметной области с помощью таксономической схемы должны быть представлены все понятия (рис. 2.2), формирующие пространство утверждения для стереотипных ситуаций. Описания ситуаций с помощью одних и тех же понятий образуют класс.

Рис. 2.2. Фрагмент таксономической схемы

Каждый узел или каждая подсеть могут функционировать в таксономической области с описывающими их понятиями. На основе выделенных в таксономической схеме отношений, ориентированных на заданную предметную область, строятся правила вывода (продукции). Каждый узел таксономической схемы представляет собой понятие, которое конкретизируется, уточняется и дополняется понятиями нижних уровней, причем каждое понятие более низкого уровня наследует все свойства понятий верхнего уровня и добавляет свои. Узел таксономической схемы отражает отношение между объектами и понятиями (рис. 2.3).

Основные виды отношений, используемых в системе ИИ, также могут быть представлены в виде таксономии:

1. каузальные:

   1. причина и следствие (прямая цепочка логических рассуждений);

   2. следствие и причина (обратная цепочка логических рассуждений);

2. логико-арифметические:

   1. арифметические;

   2. логические;

3. теоретико-множественные:

   1. отношение принадлежности (часть целого или целое части);

   2. классификационные:

      • вид→род (быть подмножеством);

      • род→вид (супермножество);

4. характеристические (присущие всем БД):

   1. атрибутивные:

      • иметь свойство;

      • быть свойством;

   2. идентифицирующие:

      • быть именем;

      • иметь имя;

5. квантифицирующие:

   1. иметь количественное значение;

   2. иметь лингвистическое значение;

6. динамические:

   1. изменить положение;

   2. изменить ориентацию (на 90);

7. временные:

   1. быть раньше;

   2. быть позже;

   3. быть одновременно;

8. пространственные:

   1. быть расположенным;

   2. расстояние между;

9. инструментальные:

   1. выполняться посредством;

   2. выполняться с помощью.

Рис. 2.3. Фрагмент таксономии отношений

Корнем таксономической схемы является основной узел. Таксономическая классификационная схема определяет совокупность узлов подсетей и элементов. Уточним назначения ее дуг. Дуги имеют заданные значения.

Дуги типа S/dE определяют назначение текущего узла, как «является множеством» / «состоит из элементов». Дуги dS/E определяют назначение узла, как «является подмножеством» / «является составным элементом».

Таким образом, каждая ветвь таксономической схемы может представлять собой самостоятельную таксономию в зависимости от детализации области представления информации. При этом в корень нового образующего дерева ставятся участвующие в экспертизе понятия.

Каждый объект представляется как в таксономии, так и в утверждении двумя группами характеристик:

I-я группа определяет внутреннюю структуру объекта, т.е. отношения со своими аргументами в пространстве утверждения;

II-я группа определяет понятие пространства утверждения на основании внешних ссылок пространства, служащих для экспертизы.

Соответственно, изначально выбор и сопоставление осуществляется на основе внутренней структуры объектов, а затем на основе внешних ссылок пространства.