Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах и улицах «Добрая дорога детства» 2
Скачать 0.64 Mb.
|
19 находить (вычислять) одни информационные единицы через другие, третьи задают причинно - следственные связи, четвертые соответствуют всем остальным отношениям. Между информационными единицами могут устанавливаться и иные связи, например, определяющие порядок выбора информационных единиц из памяти или указывающие на то, что две информационные единицы несовместимы друг с другом в одном описании. Перечисленные три особенности знаний позволяют ввести общую модель представления знаний, которую можно назвать семантической сетью, представляющей собой иерархическую сеть, в вершинах которой находятся информационные единицы. Эти единицы снабжены индивидуальными именами. Дуги семантической сети соответствуют различным связям между информационными единицами. При этом иерархические связи определяются отношениями структуризации, а неиерархические связи - отношениями иных типов.
20 ют знания, имеющиеся в системе. Таким образом, выполнение программ в ИС должно инициироваться текущим состоянием информационной базы. Появление в базе фактов или описаний событий, установление связей может стать источником активности системы. Перечисленные пять особенностей информационных единиц определяют ту грань, за которой данные превращаются в знания, а базы данных перерастают в базы знаний (БЗ). Совокупность средств, обеспечивающих работу с знаниями, образует систему управления базой знаний (СУБЗ). В настоящее время не существует баз знаний, в которых в полной мере были бы реализованы внутренняя интерпретируемость, структуризация, связность, введена семантическая мера и обеспечена активность знаний. Существуют два типа методов представления знаний (ПЗ): Формальные модели ПЗ и неформальные (семантические, реляционные) модели ПЗ. Очевидно, все методы представления знаний, которые рассмотрены выше, включая продукции (это система правил, на которых основана продукционная модель представления знаний), относятся к неформальным моделям. В отличие от формальных моделей, в основе которых лежит строгая математическая теория, неформальные модели такой теории не придерживаются. Каждая неформальная модель годится только для конкретной предметной области и поэтому не обладает универсальностью, которая присуща моделям формальным. Логический вывод - основная операция в СИИ - в формальных системах строг и корректен, поскольку подчинен жестким аксиоматическим правилам. Вывод в неформальных системах во многом определяется самим исследователем, который и отвечает за его корректность. Каждому из методов ПЗ соответствует своя модель описания знаний. 1. Логические модели. В основе моделей такого типа лежит формальная система, задаваемая четверкой вида: М = <Т, Р, А, В>. Множество Г есть множество базовых элементов различной природы, например слов из некоторого ограниченного словаря, деталей детского конструктора, входящих в состав некоторого набора и т.п. Важно, что для множества Т существует неко- 21 торый способ определения принадлежности или непринадлежности произвольного элемента к этому множеству. Процедура такой проверки может быть любой, но за конечное число шагов она должна давать положительный или отрицательный ответ на вопрос, является ли х элементом множества Т. Обозначим эту процедуру ЩТ). Множество Р есть множество синтаксических правил. С их помощью из элементов Т образуют синтаксически правильные совокупности. Например, из слов ограниченного словаря строятся синтаксически правильные фразы, из деталей детского конструктора с помощью гаек и болтов собираются новые конструкции. Декларируется существование процедуры П(Р), с помощью которой за конечное число шагов можно получить ответ на вопрос, является ли совокупность X синтаксически правильной. В множестве синтаксически правильных совокупностей выделяется некоторое подмножество А. Элементы А называются аксиомами. Как и для других составляющих формальной системы, должна существовать процедура П(А), с помощью которой для любой синтаксически правильной совокупности можно получить ответ на вопрос о принадлежности ее к множеству А. Множество В есть множество правил вывода. Применяя их к элементам А, можно получать новые синтаксически правильные совокупности, к которым снова можно применять правила из В. Так формируется множество выводимых в данной формальной системе совокупностей. Если имеется процедура П(В), с помощью которой можно определить для любой синтаксически правильной совокупности, является ли она выводимой, то соответствующая формальная система называется разрешимой. Это показывает, что именно правило вывода является наиболее сложной составляющей формальной системы. Для знаний, входящих в базу знаний, можно считать, что множество А образуют все информационные единицы, которые введены в базу знаний извне, а с помощью правил вывода из них выводятся новые производные знания. Другими словами формальная система представляет собой генератор 22 порождения новых знаний, образующих множество выводимых в данной системе знаний. Это свойство логических моделей делает их притягательными для использования в базах знаний. Оно позволяет хранить в базе лишь те знания, которые образуют множество А, а все остальные знания получать из них по правилам вывода. 2. Сетевые модели. В основе моделей этого типа лежит конструкция, названная ранее семантической сетью. Сетевые модели формально можно задать в виде Н = <1, Сь Сг, .., Сп, Г>. Здесь I есть множество информацион ных единиц; Сь С2, ..., Сп - множество типов связей между информационны ми единицами. Отображение Г задает между информационными единицами, входящими в I, связи из заданного набора типов связей. В зависимости от типов связей, используемых в модели, различают классифицирующие сети, функциональные сети и сценарии. В классифицирующих сетях используются отношения структуризации. Такие сети позволяют в базах знаний вводить разные иерархические отношения между информационными единицами. Функциональные сети характеризуются наличием функциональных отношений. Их часто называют вычислительными моделями, т.к. они позволяют описывать процедуры "вычислений" одних информационных единиц через другие. В сценариях используются каузальные отношения, а также отношения типов "средство - результат", "орудие -действие" и т.п. Если в сетевой модели допускаются связи различного типа, то ее обычно называют семантической сетью. 3. Продукционные модели. В моделях этого типа используются неко торые элементы логических и сетевых моделей. Из логических моделей за имствована идея правил вывода, которые здесь называются продукциями, а из сетевых моделей - описание знаний в виде семантической сети. В резуль тате применения правил вывода к фрагментам сетевого описания происходит трансформация семантической сети за счет смены ее фрагментов, наращива ния сети и исключения из нее ненужных фрагментов. Таким образом, в про дукционных моделях процедурная информация явно выделена и описывается 23 иными средствами, чем декларативная информация. Вместо логического вывода, характерного для логических моделей, в продукционных моделях появляется вывод на знаниях. 4. Фреймовые модели. В отличие от моделей других типов во фреймовых моделях фиксируется жесткая структура информационных единиц, которая называется протофреймом. В общем виде она выглядит следующим образом: (Имя фрейма: Имя слота 1 (значение слота 1) Имя слота 2(значение слота 2) Имя слота К (значение слота К)). Значением слота может быть практически что угодно (числа или математические соотношения, тексты на естественном языке или программы, правила вывода или ссылки на другие слоты данного фрейма или других фреймов). В качестве значения слота может выступать набор слотов более низкого уровня, что позволяет во фреймовых представлениях реализовать "принцип матрешки". При конкретизации фрейма ему и слотам присваиваются конкретные имена и происходит заполнение слотов. Таким образом, из протофреймов получаются фреймы - экземпляры. Переход от исходного протофрейма к фрейму - экземпляру может быть многошаговым, за счет постепенного уточнения значений слотов. Например, структура табл. 1.1, записанная в виде протофрейма, имеет вид (Список работников: Фамилия (значение слота 1); Год рождения (значение слота 2); Специальность (значение слота 3); Стаж (значение слота 4)). 24 Если в качестве значений слотов использовать данные табл. 1.1, то получится фрейм - экземпляр (Список работников: Фамилия (Попов - Сидоров - Иванов - Петров); Год рождения (1965 - 1946 - 1925 - 1937); Специальность (слесарь - токарь - токарь - сантехник); Стаж (5 - 20 - 30 - 25)). Связи между фреймами задаются значениями специального слота с именем "Связь". Часть специалистов по ИС считает, что нет необходимости специально выделять фреймовые модели в представлении знаний, т.к. в них объединены все основные особенности моделей остальных типов. Система ИИ в определенном смысле моделирует интеллектуальную деятельность человека и, в частности, - логику его рассуждений. В грубо упрощенной форме наши логические построения при этом сводятся к следующей схеме: из одной или нескольких посылок (которые считаются истинными) следует сделать "логически верное" заключение (вывод, следствие). Очевидно, для этого необходимо, чтобы и посылки, и заключение были представлены на понятном языке, адекватно отражающем предметную область, в которой проводится вывод. В обычной жизни это наш естественный язык общения, в математике, например, это язык определенных формул и т.п. Наличие же языка предполагает, во - первых, наличие алфавита (словаря), отображающего в символьной форме весь набор базовых понятий (элементов), с которыми придется иметь дело и, во - вторых, набор синтаксических правил, на основе которых, пользуясь алфавитом, можно построить определенные выражения. Логические выражения, построенные в данном языке, могут быть истинными или ложными. Некоторые из этих выражений, являющиеся всегда истинными. Объявляются аксиомами (или постулатами). Они составляют ту базовую систему посылок, исходя из которой и пользуясь определенными 25 правилами вывода, можно получить заключения в виде новых выражений, также являющихся истинными. Если перечисленные условия выполняются, то говорят, что система удовлетворяет требованиям формальной теории. Ее так и называют формальной системой (ФС). Система, построенная на основе формальной теории, называется также аксиоматической системой. Формальная теория должна, таким образом, удовлетворять следующему определению: всякая формальная теория F = (А, V, W, R), определяющая некоторую аксиоматическую систему, характеризуется:
Исчисление высказываний (ИВ) и исчисление предикатов (ИП) являются классическими примерами аксиоматических систем. Эти ФС хорошо исследованы и имеют прекрасно разработанные модели логического вывода -главной метапроцедуры в интеллектуальных системах. Поэтому все, что может и гарантирует каждая из этих систем, гарантируется и для прикладных ФС как моделей конкретных предметных областей. В частности, это гарантии непротиворечивости вывода, алгоритмической разрешимости (для исчисления высказываний) и полуразрешимости (для исчислений предикатов первого порядка). ФС имеют и недостатки, которые заставляют искать иные формы представления. Главный недостаток - это "закрытость" ФС, их негибкость. Модификация и расширение здесь всегда связаны с перестройкой всей ФС, что для практических систем сложно и трудоемко. В них очень сложно учитывать происходящие изменения. Поэтому ФС как модели представления знаний используются в тех предметных областях, которые хорошо локализуются и мало зависят от внешних факторов. 26 Центральная парадигма интеллектуальных технологий сегодня - это обработка знаний. Системы, ядром которых является база знаний или модель предметной области, описанная на языке сверхвысокого уровня, приближенном к естественному, называют интеллектуальными. Будем называть такой язык сверхвысокого уровня - языком представления знаний (ЯПЗ). Чаще всего интеллектуальные системы (ИС) применяются для решения сложных задач, где основная сложность решения связана с использованием слабо-формализованных знаний специалистов-практиков и где логическая (или смысловая ) обработка информации превалирует над вычислительной. Например, понимание естественного языка, поддержка принятия решения в сложных ситуациях, постановка диагноза и рекомендации по методам лечения, анализ визуальной информации, управление диспетчерскими пультами и др. Фактически сейчас прикладные интеллектуальные системы используются в десятках тысяч приложений. А годовой доход от продаж программных и аппаратных средств искусственного интеллекта еще в 1989 г. в США составлял 870 млн. долларов, а в 1990 г. - 1,1 млрд. долларов. В дальнейшем почти тридцати процентный прирост дохода сменился более плавным наращиванием темпов. Наиболее распространенным видом ИС являются экспертные системы. Экспертные системы (ЭС) - это наиболее распространенный класс ИС, ориентированный на тиражирование опыта высококвалифицированных специалистов в областях, где качество принятия решений традиционно зависит от уровня экспертизы, например, медицина, юриспруденция, геология, экономика, военное дело и др. ЭС эффективны лишь в специфических "экспертных" областях, где важен эмпирический опыт специалистов. Только в США ежегодный доход от продаж инструментальных средств разработки ЭС составлял в начале 90-х годов 300-400 млн. долларов, а от применения ЭС -80-90 млн. долларов. Ежегодно крупные фирмы разрабатывают десятки ЭС типа "in-house" для внутреннего пользования. Эти системы интегрируют опыт 27 специалистов компании по ключевым и стратегически важным технологиям. В начале 90-х гг. появилась новая наука - "менеджмент знаний" (knowledge management), ориентированная на методы обработки и управления корпоративными знаниями . Современные ЭС - это сложные программные комплексы, аккумулирующие знания специалистов в конкретных предметных областях и распространяющие этот эмпирический опыт для консультирования менее квалифицированных пользователей. Разработка экспертных систем, как активно развивающаяся ветвь информатики, направлена на использование ЭВМ для обработки информации в тех областях науки и техники, где традиционные математические методы моделирования малопригодны. В этих областях важна смысловая и логическая обработка информации, важен опыт экспертов. Приведем некоторые условия, которые могут свидетельствовать о необходимости разработки и внедрения экспертных систем: нехватка специалистов, затрачивающих значительное время для оказания помощи другим; выполнение небольшой задачи требует многочисленного коллектива специалистов, поскольку ни один из них не обладает достаточным знанием; сниженная производительность, поскольку задача требует полного анализа сложного набора условий, а обычный специалист не в состоянии просмотреть (за отведенное время) все эти условия; большое расхождение между решениями самых хороших и самых плохих исполнителей; наличие конкурентов, имеющих преимущество в силу того, что они лучше справляются с поставленной задачей. Подходящие задачи имеют следующие характеристики: являются узкоспециализированными; не зависят в значительной степени от общечеловеческих знаний или соображений здравого смысла; не являются для эксперта ни слишком легкими, ни слишком сложными. (Время, необходимое эксперту для решения проблемы, может составлять от нескольких часов до нескольких недель.) |
