Модели представления знаний

В теории управления (область
прикладной математики) имеется ряд
задач, для решения которых
неприемлемы традиционные методы,
такие как:
 не все цели управления объектом
могут быть выражены в виде
количественных соотношений;
 между рядом параметров,
оказывающих влияние на процесс
управления, не удается установить
точных количественных зависимостей;


в многошаговых процессах
управления содержание каждого
шага не может быть заранее
однозначно определено;
существующие способы описания
объектов и протекающих в них
процессов приводят к столь
громоздким конструкциям, что их
практическое использование не
представляется возможным.
Если под объектом управления понимать
экономические и социальные объекты, то
к этому добавляются еще три причины:
 цель существования самого объекта не
может быть строго формализована;
 в результате эволюции меняется
структура и функции объекта, что должно
отражаться на эволюции процесса
управления;
 элементы, входящие в структуру
управляемого объекта, могут иметь
активную природу: их поведение может
противоречить целям управления.
В результате при моделировании таких объектов
используют логико-лингвистические модели, в которых
решающее значение имеют тексты на естественном
языке.
Под логико-лингвистической моделью управления
понимается такая модель управления сложным
объектом, в которой используется семантическая
(смысловая, качественная) информация.
Состояние объекта характеризуется столь большим
числом параметров и может зависеть от столь
большого количества ситуаций, что невозможно
заранее определить содержание каждого шага
управления. В этом случае вместо алгоритма,
предписывающего на каждом шаге его реализации
некоторое однозначное решение, можно использовать
совокупность указаний, представленных в виде
некоторого исчисления.
Языком исчисления выбирается язык,
называемый языком представления
знаний.
Аксиомами исчисления служат
описания объекта управления, среды
и начальных состояний.
Правила вывода – это правила
перехода из одного состояния объекта
управления и среды в другое.
Теоремы – промежуточные и конечные
состояния системы.
1.
2.
интерпретатор, который отражает изменение
блока знаний о среде, содержимое которого
меняется в процессе функционирования объекта
управления: обновляется, уточняется, пополняется.
модель знаний, которая отделена от механизма
порождения решений. Следствием этого факта
является существенное упрощение описания
системы управления и ее функционирования.
Такой способ представления знаний в области
интеллектуальных систем носит название
декларативного представления знаний в отличие
от процедурного способа представления знаний
в виде алгоритмов управления;
Для размещения базы знаний в
компьютере с целью ее использования
для решения прикладных задач,
необходимо ее формальное описание
с помощью математических моделей.
Представление знаний возможно с
помощью декларативных и
процедурных моделей.
Различие методов концептуального
моделирования определяется теми
формальными средствами, которые
используются для описания ситуаций,
происходящих в некоторой предметной
области:
в
семантических сетях и
фреймовых моделях – это
понятия и их взаимосвязи,
 в логических моделях –
предикаты и логические
формулы,
 в объектно-ориентированном
подходе – объекты, классы и
сообщения.
Совокупность взаимосвязанных понятий образует
семантическую сеть понятий. Эта сеть состоит из
понятий различных категорий: объектов, свойств,
операций, событий и т.д.
Если предметную область (ПО) рассматривать как
совокупность понятий и связей (отношений) между
ними, то семантические сети дают возможность
представлять знания о ПО в наглядной и
структурированной форме. Семантические сети
обеспечивают представление ПО в виде
ориентированного графа, вершинами которого
выступают понятия, а ребрами – связи между
ними. Связь между понятиями сетевой модели
выражает минимальный объем знаний,
простейший факт, относящийся к двум понятиям.
ПО в любой момент времени может
быть представлена в виде
совокупностей сущностей, понятий и
ситуаций, называемой ее
состоянием. Каждой ситуации можно
поставить в соответствие некоторое
утверждение или суждение об ее
истинности или ложности.
Основа семантической сети – события,
атрибуты, комплексы признаков и
процедуры.

События – это суждения, факты, результаты наблюдений,
рекомендации. Могут представляться словосочетаниями и
числами. Группируются тематически или функционально в
разделы. Делятся на характеризуемые и характеризующие
(события-признаки, например, «идет дождь» для события
«дождливая погода»).

Атрибут – это характеризующее событие, имеющее
несколько значений. (Например, «погода» атрибут «времени
года»).

Несколько признаков могут объединяться в комплекс,
характеризующий событие в большей степени, чем
отдельный признак.

Процедура – это специфический компонент сети,
выполняющий преобразование информации. Она позволяет
вычислять значения одних атрибутов на основании других,
оперируя как с числами, так и с символами.

Для вывода знания события в сетевой модели делятся на
исходные(признаки) и целевые(гипотезы).
Фрейм – это некоторая структура для
представления знаний, которая при ее
заполнении соответствующими
значениями превращается в описание
конкретного факта, события или
ситуации. Каждый фрейм можно
рассматривать как семантическую
сеть, состоящую из выделенных
вершин и связей.
Фреймовая модель основана на
принципе фрагментации знаний.
Основа фреймовой модели – слот,
который состоит из имени некоторого
признака, значений этого признака и
связи с другими слотами.
Фреймовую модель можно представить в виде
таблицы, у которой в отличие от
реляционной модели данных есть ряд
особенностей:

возможность смешанного заполнения
слотов константами и переменными;

возможность наличия пустых слотов;

размещение в слотах указателей на
другие фреймы для создания сети;

размещение в слотах имен выполняемых
процедур.
В основе логического способа представления
знаний лежит идея описания знаний о предметной
области в виде некоторого множества
утверждений, выраженных в виде логических
формул, и получение решения построением
вывода в некоторой формальной (дедуктивной)
системе.
Знания, которые могут быть представлены с
помощью логики предикатов, являются либо
фактами, либо правилами. При использовании
логических методов сначала анализируется
структура предметной области, затем
выбираются соответствующие обозначения и в
заключении формируются логические формулы,
представляющие собой закономерности
рассматриваемой области. Множество таких
формул является логической программой,
содержащей информацию о ПО.
Например, в качестве языка логического
программирования можно
использовать ПРОЛОГ, а совокупность
логических формул, состоящую из
запроса, множества предложений
программы и интерпретатора языка,
можно рассматривать как алгоритм
решения задач приложений.
Продукционная модель представления знаний
является развитием логических моделей в
направлении эффективности
представления и вывода знания.
Продукция – это выражение, содержащее
ядро, интерпретируемое фразой «Если А,
то В», имя, сферу применения, условие
применимости ядра и постусловие,
представляющее собой процедуру,
которую следует выполнить после успешной
реализации ядра. Все части, кроме ядра,
являются необязательными.
Взаимосвязанный набор продукций
образует систему. Основная
проблема вывода знания в системе
продукций является выбор для анализа
очередной продукции.
Конкурирующие продукции образуют
фронт.

простота и ясность основной единицы
– продукции;

независимость продукций и легкость
модификации БЗ;

строгость, простота и изученность
механизма логического вывода.

малая степень стуктуризации БЗ;

неясность взаимных отношений
продукций;

неуниверсальность.
Наибольшее применение для
реализации продукционных моделей
получил язык ПРОЛОГ.
Контрольные вопросы
Что такое интерпретатор в логиколингвистической модели ?
2. Что такое декларативное представление
знаний?
3. Логический способ представления
знаний
4. Что такое продукция?
5. Приведите пример логического языка
программирования
1.