Модели представления знаний Логическая модель Продукционная модель

Модели представления знаний Логическая модель Продукционная модель

Модели представления знаний l l Логические модели. Эти модели опираются на представление всех знаний в виде синтаксически правильных формул какой либо формальной логической системы. Продукционные модели. Здесь используются некоторые элементы логических и сетевых моделей. Из логических моделей заимствована идея правил вывода, которые здесь называются продукциями, а из сетевых моделей – описание знаний в виде семантической сети. В результате применения правил вывода к фрагментам сетевого описания происходит трансформация семантической сети за счёт смены её фрагментов, наращивания сети и исключения из неё ненужных фрагментов. Вывод в продукционных моделях называется выводом на знаниях. В общем виде под продукцией понимается выражение следующего вида: (i) Q; P; A B; N.

Логическая модель основана на формальных логических правилах. Знания представляются в ней в виде предикатов первого порядка, над которыми можно выполнять логические операции. Для логики предикатов: - атомы, термы, предикаты, формулы - логические связки (или), (отрицание), (импликация) - кванторы общности или существования

В общем виде логическая модель представлена S = < B, F, A, R > , где: B — счетное множество базовых символов (алфавит); F — множество, называемое формулами; A — выделенное подмножество априори истинных формул (аксиом); R — конечное множество отношений между формулами, называемое правилами вывода. l l l

Логическая модель (пример) P: Все импортные товары требуют таможенного оформления Q: Товар Х – импортный товар Над этими предикатами можно выполнить логическую операцию, приводящую к появлению нового верного утверждения: R: Товар Х требует таможенного оформления Используя для обозначения высказываний логические переменные Р, Q, R, можно составить формулу: То есть: «Если все импортные товары требуют таможенного оформления И товар Х является импортным, то товар Х требует таможенного оформления» .

Достоинства и недостатки Достоинства: l Возможность непосредственно запрограммировать механизм вывода высказываний l Высокой уровень формализации, обеспечивающий возможность реализации системы формальных точных определений и выводов. l Согласованность знаний как единого целого, облегчающее решение проблема верификации базы знаний, оценки независимости и полноты системы аксиом. l Единое средство описания как знаний о предметной области, так и способов решения, что позволяет любую задачу свести к поиску логического вывода некоторую формулу.

Достоинства и недостатки Недостатки: l Отсутствие наглядности и удобочитаемости. l Громоздкость записи, которая приводит к трудности нахождения ошибок. l Написание знаний в виде логических формул не позволяет появиться преимуществам, которые имеются при автоматизированной обработке структурных данных. l Детерминированность логического вывода, т. е. отсутствие возможности оперирования с нечеткими знаниями. l Невозможность применения в качестве параметров предикатов других предикатов, т. е. невозможность формулирования знаний о знаниях.

Продукционная модель ● Первоначально предло женные Постом в 1943 г. , они были впервые применены в системах ИИ в 1972 г. ●получила наибольшее распространение благодаря своей структурной простоте и универсальности. В этой модели знания представлены совокупностью так называемых продукционных правил вида «если – то» , которые могут быть дополнены логическими операторами. Пример продукционного правила: если (СПРОС НА ТОВАР неэластичен по цене) и (ЦЕНА понижается) то (ВЫРУЧКА падает)

Система продукций Поста l l l l Система продукций Поста задаётся алфавитом и системой базисных продукций. Алфавит С = {c 1, c 2, …, cn} Xi. W →WYi, где Xi, Yi – слова в С Пусть некоторое слово Ψ начинается с Xi, тогда, применить к слову Ψ продукцию означает вычеркнуть из Ψ начальный отрезок Xi и к оставшейся части слова Ψ приписать Yi. aba – слово, ab. W → Wc – продукция. aba → ac На системе продукций Поста строится вывод информации.

Продукционная модель l l Продукционные модели — это набор, правил вида «условия — действие» , где условиями являются утверждения о содержимом некой базы данных, а действия представляют собой процедуры, которые могут изменять содержимое БД. Каждая продукция состоит из двух частей: условий (антецендент); в этой части определяются некоторые условия, которые должны выполняться в БД для того, чтобы бы ли выполнены соответствующие действия; действий (консеквент); эта часть содержит описание действий, которые должны быть совершены над БД в случае выполнения соответствующих условий. В простейших продукционных системах они только определяют, какие элементы следует добавить (или иногда удалить) в БД.

Продукционная модель Содержимое базы знаний изменяется в процессе решения задач по мере срабатывания правил, то есть при возникновении такой ситуации, когда предпосылки правила совпадают с имеющимися фактами, и, следовательно, это правило можно применить к решению данной задачи. При этом заключение сработавшего правила заносится в рабочую память. Тем самым реализуется принцип самообучения: база пополняется в процессе решения прикладных задач, и становится способной решать принципиально новые задачи.

В общем виде продукция представлена i; Q; P; A => B; N l где: i - имя продукции. В качестве имени может выступать порядковый номер или выражение из символов, отражающее суть данной продукции. Пример: покупка книг. l Q – элемент, характеризующий сферу применения (предусловие). Он позволяет разделить знания на области, что экономит время поиска нужных знаний. l P – условие применимости ядра продукции. Обычно представляет собой логическое выражение типа предиката. Если Р – истина, то ядро продукции активируется, если Р – ложно, то ядро продукции не может быть использовано (условие). l

А => В - основной элемент продукции, называемый ядром. Под ним понимаются выражения типа: если А, то В. l N - описание постусловия продукции. Здесь описываются действия и процедуры, которые необходимо выполнить после реализации. Например: уменьшить количество вещей на складе после соответствующей покупки. l

Пример l l l Имя продукции i – интерпретация результатов психологического тестирования. Предусловие Q – использовать в первую очередь. Условие P – шкала лжи L < 70. Ядро A => B если (шкала ошибок – шкала коррекции) < 11, то сообщение: «Результаты недостоверны» . Постусловие N закончить интерпретацию результатов.

Формальное описание правил (продукций) l l l <правило> : : = ( ЕСЛИ <условие> ТО <действие> ИНАЧЕ <действие> ) <условие> : : = ( И {<предложение>} ) <предложение> : : = ( ИЛИ {<предложение>} | (<предикат><тройка>) ) <тройка> : : = ( <объект><атрибут><значение> ) <действие> : : = { <заключение> | < процедура> }

Пример: БЗ: l П 1: ЕСЛИ отдых летом И человек активный ТО ехать в горы. l П 2: ЕСЛИ любит солнце ТО отдых летом. РП (рабочая память): l “человек активный” l “любит солнце” 1 проход: l Шаг 1: Пробуем П 1 → не подходит. Шаг 2: Пробуем П 2 → подходит. Применяем П 2. 2 проход: l Шаг 1: Пробуем П 1 → подходит. Применяем П 1. Цель: ехать в горы.

Классификация ядер продукции l l l Ядра продукции классифицируют различными способами. Прежде всего выделяются два типа: детерминированные и недетерминорованные. В детерминированных ядрах соотношение А=>В выполняется с необходимостью. В недетерминированных - если А, то возможно В с вероятностью Р.

Рассмотрим несколько стратегий управления выбора продукции: 1. Принцип “стопки книг”. Основная идея состоит в том, что наиболее часто используемая продукция является наиболее полезной. Готовые продукции образуют “стопку”, в которой порядок определяется наибольшей частотой ее использования в прошлом. Подобный принцип управления удобен при оценке исполнения. Его целесообразно применять при относительной неуязвимости продукции друг от друга.

2. Принцип наиболее длинного условия. Фронт Если А и В , то С Готовой Если А или В, или К, то М Продукции Если А, то L. Принцип заключается в выборе той продукции, у которой наиболее длинное условие выполнения ядра. Он опирается на соображения здравого смысла. Частные правила, относящиеся к узкому классу ситуаций важнее общих правил. Принцип целесообразно применять в случаях, когда названия и продукции хорошо структурированы и заданы соотношения “частное – общее”.

3. Принцип метапродукции. Основан на идее ввода в систему продукции управления продукциями, задача которых организовать выбор продукции из фронта готовых к актуализации. 4. Принцип “классной доски”. При реализации этого принципа в экспериментальной системе выделяют специальное рабочее поле – аналог классной доски. На этой доске параллельно выполняются процессы, находящие информацию, запускающую их, туда же они заносят результаты своей работы, которые могут быть полезны для других процессов. Однозначного выбора продукции часто не бывает, поэтому принцип “классной доски” может комбинироваться с другими методами, например, с принципом метапродукции.

5. Принцип приоритетного выбора. Связан с введением статистических и динамических приоритетов на продукции. Статистические приоритеты формируются заранее, а динамические в процессе работы. 6. Логический метод выбора. При этом методе существуют два типа управления системой продукции: прямой и обратный. В прямом случае поиск идет от левых частей продукции, то есть проверки условий А и их актуализации с последующим выбором ( восходящий тип ). Во втором случае поиск осуществляется по заключению продукции (нисходящий тип). 7. Управление по именам. В этом случае продукциям задают специмена, которые обеспечивают сужение фронта готовой продукции.

Преимущества и недостатки продукционных систем Достоинства: l Подавляющая часть человеческих знаний может быть представлена в виде продукций. l Системы продукции являются модульными. Удаление или добавление продукций приводит к изменению остальных продукций. l При необходимости системы продукций могут реализовывать сложные алгоритмы. l Наличие в продукциях указания на сферу применения позволяет эффективно реализовать память, сокращая время поиска необходимой информации. l Единообразие структуры (позволяет применять оболочку продукционных систем в различных проблемных областях)

Преимущества и недостатки продукционных систем l l Естественность вывода знаний Гибкость родовидовой иерархии понятий (изменение правил влечет изменения в иерархии) Объединение систем продукций с сетевыми представлениями позволяет создавать мощные экспериментальные системы. Параллельность и асинхронность работы системы продукций делает их наиболее подходящими для ЭВМ новой архитектуры (наличие нескольких процессоров ).

Преимущества и недостатки продукционных систем Недостатки: l при большом числе продукций (>1000) проверка непроворечивости становится сложнее l неоднозначность выбора из фронта готовой продукции l процесс вывода может быть менее эффективен, чем в других системах. l процесс вывода новых знаний трудно поддается управлению.

Применение l l Продукционная модель чаще всего применяется в промышленных экспертных системах. Она привлекает разработчиков своей наглядностью, высокой модульностью, легкостью внесения дополнений и изменений и простотой механизма логического вывода. Имеется большое число программных средств, реализующих продукционный подход (язык OPS 5; «оболочки» или «пустые» ЭС — EXSYS Professional, Kappa, ЭКСПЕРТ; ЭКО, инструментальные системы ПИЭС [Хорошевский, 1993]и СПЭИС [Ковригин, Перфильев, 1988] и др. ), а также промышленных ЭС на его основе