Практические занятия по ИИ / Занятие 4

Занятие № 4

Продукционная экспертная система

Продукционная система – это модель вычислений, обеспечивающая управление процессом решения задачи по образцу и состоит из набора продукционных правил, рабочей памяти и цикла управления «распознавание-действие».

1. Набор продукционных правил. Их часто просто называют продукциями. Продукция – это пара «условие-действие», «ситуация-действие», «причина-следствие», «условие-заключение» и т.п., которая определяет одну порцию знаний, необходимых для решения задачи. Условная часть правила – это образец (шаблон), который определяет, когда это правило может быть применено для решения какого-либо этапа задачи. Часть действия определяет соответствующий шаг в решении задачи.

Обычно, правило-продукцию записывают в обобщенной форме:

,

где - идентификатор -продукции в -наборе продукций; - приоритет правила продукции; - предусловие применимости ядра продукции, представляющее предикат, при выполнении которого активизируется ядро продукции; - ядро продукции; - постусловия продукции, определяющие действия и процедуры, которые необходимо выполнить после выполнения ядра продукции.

Ядра продукций можно классифицировать по различным основаниям. Прежде всего все ядра делятся на два больших типа: детерминированные и недетерминированные. В детерминированных ядрах при актуализации ядра и при выполнимости правая часть ядра выполняется обязательно; в недетерминированных ядрах может выполняться и не выполнятся. Таким образом, секвенция в детерминированных ядрах реализуется с необходимостью, а в недетерминированных – с возможностью. Интерпретация ядра в этом случае может, например, выглядеть так: ЕСЛИ А, ТО ВОЗМОЖНО В.

Возможность может определяться некоторыми оценками реализации ядра.

Например, если задана вероятность выполнения В при актуализации А, то продукция может быть такой: ЕСЛИ А, ТО С ВЕРОЯТНОСТЬЮ р РЕАЛИЗОВАТЬ В. Возможны иные способы задания оценки реализации ядра.

Детерминированные продукции могут быть однозначными и альтернативными. Во втором случае в правой части ядра указываются альтернативные возможности выбора, которые оцениваются специальными весами выбора. В качестве таких весов могут использоваться вероятностные оценки, лингвистические оценки, экспертные оценки и т.п. (например, ЕСЛИ А, ТО ЧАЩЕ ВСЕГО НАДО ДЕЛАТЬ В₁, РЕЖЕ В₂).

Особым типом являются прогнозирующие продукции, в которых описываются последствия, ожидаемые при актуализации А, например ЕСЛИ А, ТО С ВЕРОЯТНОСТЬЮ р МОЖНО ОЖИДАТЬ В.

В системе, базирующейся на правилах, количество продукционных правил определяет размер базы знаний. Некоторые наиболее сложные системы имеют базы знаний с более чем 5000 продукционных правил. Поэтому, при составлении правил, необходимо:

 1. Использовать минимально достаточное множество условий при определении продукционного правила.

 2. Избегать противоречащих продукционных правил.

 3. Конструировать правила, опираясь на структуру присущую предметной области.

2. Рабочая память содержит описание текущего состояния мира в процессе рассуждений. Это описание является образцом, который сопоставляется с условной частью продукции с целью выбора соответствующих действий при решении задачи. Если условие некоторого правила соответствует содержимому рабочей памяти, то может выполняться действие, связанное с этим условием. Действия продукционных правил предназначены для изменения содержания рабочей памяти.

3. Цикл «распознавание-действие» (поиск по образцу). Текущее состояние моделируемой предметной области отражается в рабочей памяти в виде совокупности образов, каждый из которых представляется посредством фактов. Затем выбираются те правила, для которых образцы, представляемые предпосылками правил, сопоставимы с образами в рабочей памяти. Если таких правил больше одного, то они образуют конфликтное множество, а продукции, содержащиеся в конфликтном множестве, называются допустимыми. В соответствии с выбранным механизмом разрешения конфликта выбирается и активизируется одна из продукций конфликтного множества. Активация правила означает выполнение его действия. При этом изменяется содержание рабочей памяти. После того, как выбранное правило сработало, цикл управления повторяется для модифицированной рабочей памяти. Процесс заканчивается, если содержимое рабочей памяти не соответствует никаким условиям.

Таким образом, процесс вывода, основанный на поиске по образцу, состоит из четырех шагов:

• выбор образа;

• сопоставление образа с образцом и формирование конфликтного набора правил;

• разрешение конфликтов;

• выполнение правила.

Стратегии разрешения конфликтов могут быть достаточно простыми, например, выбор первого правила, условие которого соответствует состоянию мира.