Реферат: Представление знаний предметной области ЭС

Представлениезнаний предметной области ЭС

План

1. Семантические сети

2. Фреймы

3. Правила продукций

4. Представление знаний при помощилогики предикатов

1. Семантические сети

Семантическая сеть отображает совокупность объектов предметной области иотношений между ними, при этом объектам соответствуют вершины (или узлы) сети,а отношения – соединяющие их дуги.

Базовый элемент семантической сети – это, например,конструкция вида:

работает в

/> СМИТ производственныйотдел,

где «СМИТ, производственный отдел» – это узлы (некоторыепонятия), а «работает в» – дуга (отношение между парами понятий).

Можно считать, что каждая из таких пар отношений представляетпростой факт, а узлы помечаются именем соответствующего отношения.

В рассмотренной схеме представлен факт:

«смит работает в производственном отделе».

В семантическую сеть включаются только те объекты предметнойобласти, которые необходимы для решения прикладных задач. В качестве объектовмогут выступать события, действия, обобщенные понятия.

Дуга имеет направленность, благодаря чему между понятиями врамках определенного факта выражается отношение «субъект-объект». Более того, любойиз узлов может быть соединен с любым числом других узлов, в результате этогообеспечивается формирование сети фактов.

При разумном выборе обозначений отношений можно выражатьочень сложные совокупности фактов. При этом вершины соединяются дугой, еслисоответствующие объекты предметной области находятся в каком-либо отношении.

Наиболее распространенными являются:

БЫТЬ ЭЛЕМЕНТОМ КЛАССА (ЯВЛЯТЬСЯ) – означает, что объект входит всостав данного класса, например

является

/> СМИТ руководитель,

что обозначает «СМИТ является членом класса руководителей».

ИМЕТЬ (ЕСТЬ) – позволяет задавать свойства объектов, отражает общиепредставления о них или указывает, что одно понятие представляет часть другого.Изобразим с помощью группу сложных фактов:

“СМИТ является руководителем”;

“СМИТ работает в производственном отделе, расположенном вздании 1”;

“СМИТУ 40 лет”;

“У СМИТА голубые глаза”.

Здание 1

местонахождение

/> производственныйотдел

работает в

/>/> голубые глаза СМИТ руководитель

есть

40 лет

Рис.1.

ЯВЛЯТЬСЯ СЛЕДСТВИЕМ – отражает причинно-следственные связи между двумя объектамив семантической сети, например:

“Увольнение Смита является следствием нарушения им трудовойдисциплины”.

Все приведенные ранее примеры представления знаний в видесемантической сети были ограничены отношениями между существительными илифразами, составленными из существительных. Однако, это слишком жесткие ограничения.

Например, если нужно представить следующую фразу:

«СМИТ1 проработал на СМИТА2 с апреля 2001 по май 2002»,

то ее невозможно представить при помощи введенных ранеедопущений.

В этом случае нужно разработать представление относительноглаголов в дополнение к существительным.

Введем вербальный узел признака для представления конкретногособытия, а узел типа – для представления «прообраза» события, получаем:

работа

действие

до от

/>/> май 2002 <раб1> апрель2001

/> /> /> /> /> /> <td/> />

датив (dative) агент

<см1> <см2>

Рис.2

Конкретное событие, заключающееся в работе у кого-то,обозначено <раб1>. Его происхождение от узла прообраза«работа» указывается при помощи дуги «действие», в угловых скобках – узелсобытия.

После идентификации события <раб1> можно произвести привязку других отношений, с помощью которыхпредставляются понятия о работе:

дата начала (через связь «с») и дата окончания работы (черезсвязь «до»).

Для отдельных ЭС были разработаны полные непротиворечивыенаборы вербальных отношений – падежных отношений (Ч. Филмор).

Примерный набор «падежных» отношений может включать:

1. Агент – исполнитель (инициатор) действия,выражаемого глаголом;

2. Объект – имя существительное, на котороераспространяется действие или состояние, выражаемые глаголом;

3. Местоположение – место действия или состояния,выражаемое глаголом;

4. Датив – лицо, к которому имеет отношениедействие или состояние, выражаемые глаголом.

Основной недостаток представления знаний предметной области ввиде семантической сети – это сложность при обработке больших объемов информациии различных исключений.

2. Фреймы

Если БЗ экспертной системы имеет сотни или тысячи правил, тоинженеру по знаниям достаточно затруднительно производить процесс обновлениясостава правил и контроль связей между ними.

С этой целью было введено представление знаний, основанное наиспользовании фреймов, что позволяет отражать родовидовую иерархию понятий в БЗв явной форме.

Фреймомназывается структура для описания стереотипной ситуации, состоящая изхарактеристик ситуации и их значений, причем характеристики называются слотами,а значения – заполнителями слотов.

Одно из достоинств системы, использующей фреймы – элементы,которые традиционно присутствуют в описании объекта или события, группируются,и благодаря этому, могут извлекаться и обрабатываться как единое целое.

Опишем сведения о служащем компании при помощи фреймовойструктуры.

Имя: РУКОВОДИТЕЛЬ

имя: __________________

возраст:________________

адрес: __________________

отдел:__________________

зарплата:________________

дата начала:______________

до: _____________________

Рис.3 – «скелетный» фрейм.

Проанализируем рис.3 – во-первых, фрейм имеет имя дляидентификации описываемого им понятия; во-вторых, он состоит из слотов (нарис.3 слева) – тут все слоты пустые. Заполним слоты – рис.4:

Имя: РУКОВОДИТЕЛЬ

имя: агрегат (фамилия, имя, отчество)

возраст: агрегат (годы)

адрес: АДРЕС

отдел: диапазон (производство, администрация)

зарплата: ЗАРПЛАТА

дата начала: агрегат (месяц, год)

до: агрегат (месяц, год) (по умолчанию: теперь)

Рис.4

Тут присутствуют различные типы заполнителей слов:

Ø константы,

Ø имена другихфреймов системы, накоторые делается ссылка (АДРЕС, ЗАРПЛАТА)

Ø обозначения агрегат,диапазон – называемые фасетами слота – используются для того, чтобы в процессеобработки систем фреймов можно было наложить ограничения на тип объекта,использованный при заполнения слота.

Заполним фрейм «ЗАРПЛАТА», относящийся к фрейму«РУКОВО-ДИТЕЛЬ», содержащий 4 слота, один из которых требует двойногозаполнения.

Имя: ЗАРПЛАТА

почасовая заработная плата: агрегат (у.е. в час)

код налога: агрегат: (код налога) (по умолчанию:непредвиденный)

налог на дату: агрегат (месяц, год)

вычислить ((ОПЛАТА НАЛОГА) (код налога))

Рис.5

Здесь демонстрируется возможности вставления во фреймыобычных программ – заполнение слота «налог на дату» (вычислить ((ОПЛАТА НАЛОГА)(налог)). Чтобы связать все фреймы системы воедино, они обычно организуются всети. Когда скелетный фрейм заполняется конкретной информацией, то емуприсваивается уникальное имя.

Заполним фрейм, изображенный на рис.3. – его уникальное имя«см-1»:

Имя: см-1

имя: смит, джон

возраст: 40

адрес: адр-1

отдел: производственный

зарплата: зар-1

дата начала: апрель 20001

до: теперь

Рис.6

В рассматриваемом примере имя «см-1» используется совместно сименами общего вида фреймов «зар-1» и «адр-1», служащих для идентификациисведений о зарплате и адресе субъектов «смит, джон».

Различают статические и динамические системы фреймов. В системахпервого типа фреймы не могут быть изменены в процессе решения задачи, всистемах второго типа это допустимо.

О системах программирования, основанных на фреймах, говорят,что они являются объектно-ориентированными. Каждый фрейм соответствует некоторомуобъекту предметной области, а слоты содержат описывающие этот объект данные,т.е. в слотах находятся значения признаков объектов.

Недостатки фреймовых систем:

· высокаясложность, что сказывается в снижении скорости работы механизма ввода-вывода ив увеличении трудоемкости внесений изменений в родовидовую иерархию;

· большая стоимостьЭС, где для представления знаний используются фреймы.

3.Правила продукций

Это один из самых распространенных форматов для представлениязнаний, основанный на продукционных правилах типа:

«ЕСЛИ условие, ТО действие»,

причем первая их часть – антецедент (посылка правил) –состоит из элементарных предложений, соединенных логическими связками И, ИЛИ,НЕ;

втораячасть, называется консеквент (заключение) – это одно или нескольких предложений,которые образуют выдаваемое правилом решение или указывают на действие,подлежащее выполнению.

Антецедент представляет собой образец правила,предназначенного для распознавания ситуации. Причем правило срабатывает, еслифакты из памяти при сопоставлении совпали с образцом, после чего правилосчитается отработавшим.

В основе правил продукций лежит простой принцип: ониопределяют набор разрешенных преобразований, с помощью которых происходитпродвижение от начального состояния до окончательного решения поставленнойзадачи. Текущее (промежуточное) состояние отражается с помощью множествафактов, фиксируемых в БД. В ходе решения задачи происходит сопоставление однойиз частей правила с содержимым БД.

ЭС, базирующиеся на продукциях, состоят из трех компонентов:

1. БЗ, которая содержит правила продукций;

2. БД, которая отображает текущее состояние задачи;

3. Управляющей структуры – механизмвывода (интерпретатор правил), решающая, какое из правил продукции следуетприменить следующим.

Механизм вывода выполняет две функции:

· во-первых – просмотр существующих фактов израбочей памяти и правил из БЗ и добавление в рабочую память новых фактов;

· во-вторых – определение порядка просмотра иприменения правил.

Этот механизмуправляет процессом консультации, сохраняя для пользователя информацию ополученных заключениях, и запрашивает у него информацию, когда для срабатыванияочередного правила в рабочей памяти оказывается недостаточно данных.

4. Представление знаний при помощилогики предикатов

Логика предикатовбазируется на логике высказываний, причем высказывание – это предложение,принимающее только два значения:

истина или ложь.

Например,у нас есть высказывания: «цена высокая», «цена низкая», «в отделе работает 15человек». Из них можно получить:

Цена высокая или низкая.

Цена высокая и в отделеработает 15 человек.

Если Цена не высокая, то Цена низкая.

И наоборот, любое высказываниеможет быть разделено на несколько высказываний при помощи выделенныхслов-связок.

Элементарные высказыванияможно рассматривать как переменные, принимающие значения истина или ложь.

Обозначим элементарныевысказывания символами А и В, а для обозначения выделенных слов-связок применимследующие символы:

ù – «не», Ú – «или», Ù – «и», É – «если».

Например, естьвысказывание «Сидоров – бухгалтер».

Разобьем данноепредложение на части – Сидоров (субъект), бухгалтер (свойства субъекта):

бухгалтер (Сидоров).

Или «Василий – начальникПетра»: тут два субъекта, и отношение между ними «… – начальник .....»,получаем:

начальник (Василий,Петр).

Вместо имен можноподставить переменные х, у, z,тогда:

бухгалтер (х),

начальник (у, z).

Рассмотрим предложение: Укаждого бухгалтера есть начальник. Для формального представления этогопредложения необходимо использовать конструкции вида:

«существует такой х, что...», «для любого х ....».

Введенные допущенияназываются кванторами общности и существования:

«х( ),$у( ).

Тогда предложение можнозаписать: „х$у(бухгалтер(х) É начальник(х, у)).

Важна последовательностьпостановки кванторов: если переменим местами: $у“х (бухгалтер(х) É начальник(х, у)),

то это будет обозначать:

У всех бухгалтеров общийначальник.

Все принятые вышедопущения образуют математический аппарат, алгебру предикатов.

Введем понятие предиката.

Функцию /> от буквенных переменных/>, принимающуюлогические значения y (0 или 1), назовем n-местным предикатом или просто предикатом. Любой конечныйпредикат можно задать с помощью таблицы его значений, где каждому наборузначений аргументов /> ставится в соответствие значениепредиката у.

Алгебра предикатовхарактеризуется алфавитом букв А, состоящим из k различных символов /> и алфавитом переменных b, состоящим из n различных символов />.

Для построения любойформулы будем пользоваться символами:

– буквами – />

– переменными – />

– знаками дизъюнкции – ‘Ú ’ и конъюнкции – ‘Ù’;

– скобками – ‘(’ и ‘)’;

– логическими константами– ‘0’ и ‘1’.

Под любой формулойалгебры конечных предикатов будем понимать:

а) формула может бытьсимволом ‘0’ или ‘1’;

б) все выражения вида ai(xj), где индекс i изменяется от 1 до k, а индекс j – от 1 до n, также считаем формулами;

в) если выражения А и Вявляются формулами, товыражение /> (логическоесложение А и В) будет представлять из себя формулу.

г) если выражения А и В – формулы, то выражение /> (логическое умножение Аи В) – называем формулой.

Рассмотрим тождестваалгебры предикатов: