Автор: Пользователь скрыл имя, 14 Декабря 2011 в 08:02, контрольная работа
Механизм логического вывода — неотъемлемая часть СОЗ (ЭС), реализующая функции вывода (формирования) умозаключений (новых суждений) на основе информации из базы знаний (БЗн) и рабочей памяти (РП).
1. Механизм логистического вывода в продукционных системах
2. Понятие о механизме логистического вывода в сетевых системах
3. МЛВ во фреймовых системах
4. МЛВ в диагностических системах байесовского типа
Тема: Построение и использование механизмов логистического вывода.
Содержание:
Основы построения и использования механизмов логического вывода.
Механизм логического вывода — неотъемлемая часть СОЗ (ЭС), реализующая функции вывода (формирования) умозаключений (новых суждений) на основе информации из базы знаний (БЗн) и рабочей памяти (РП).
Как следует из определения, для работы МЛВ необходима как "долговременная" информация, содержащаяся в БЗн в выбранном при разработке ЭС виде, так и "текущая", оперативная информация, поступающая в РП после обработки в лингвистическом процессоре запроса пользователя. Таким образом, БЗн отражает основные (долговременные) закономерности, присущие предметной области. Запрос пользователя, как правило, связан с появлением каких-либо новых фактов и/или с возникновением потребности в их толковании.
Перед рассмотрением конкретных МЛВ подчеркнем несколько важных обстоятельств:
♦ единого МЛВ для произвольных СОЗ (ЭС) не существует; ♦ МЛ В полностью определяется моделью представления знаний, принятой в данной системе;
♦ существующие МЛВ не являются строго фиксированными ("узаконенными") для каждого типа СОЗ (ЭС).
1. Механизм логического вывода в продукционных системах.
Из всех известных механизмов вывода данный механизм является наиболее формализованным (предопределенным). Различают два типа логического вывода:
♦ прямой вывод (прямая цепочка рассуждений);
♦ обратный вывод (обратная цепочка рассуждений).
Сущность прямого логического вывода в продукционных ЭС состоит в построении цепочки выводов (продукций или правил), связывающих начальные факты с результатом вывода.
В терминах "факты — правила" формирование цепочки вывода заключается в многократном повторении элементарных шагов "сопоставить — выполнить".
Рассмотрим следующий пример .В базе знаний некоторой ЭС содержатся три правила, а в рабочей памяти до начала вывода — пять фактов: В, С, Н, G, Е (см. рис. 1, а). Пусть на вход системы (в РП) поступил факт А. Механизм вывода "просматривает" левые части правил с целью нахождения таких из них, которые позволяют извлечь новые факты (процедура "сопоставить"). В нашем примере на основе третьего правила выводится факт D. Происходит элементарный шаг "выполнить" — данный факт заносится в РП (рис1, б). Процедура "сопоставить" по фактам С и D выявляет факт F. После шага "выполнить" в РП попадает этот факт (рис. 1, в). По фактам F и В выводится факт Z, и дальнейший "просмотр" правил БЗн новой информации не дает.
Таким образом, прямая цепочка рассуждений состоит из следующих фактов: А — D — F — Z. Иными словами, из факта А на основе имеющихся в БЗн правил "получен" факт Z.
Рис. 1. Иллюстрация прямой цепочки рассуждений
Отметим, что, несмотря на очевидную простоту прямого
вывода для пользователя ЭС, от которого требуется лишь сообщить системе о вновь поступивших или интересующих его фактах, для БЗн со значительным числом правил могут возникнуть две проблемы:
♦ когда завершить вывод;
♦ как обеспечить непротиворечивость правил.
Последнее обстоятельство требует формирования и хранения в ЭС так называемых метаправил — правил "работы с правилами". Кроме того, прямая цепочка рассуждений иногда требует значительного времени.
Механизм обратного вывода имеет совершенно иной алгоритм. Его идея заключается в проверке справедливости некоторой гипотезы (некоторого суждения, факта), которая выдвигается пользователем и проверяется ЭС. При этом осуществляется проверка истинности не левых, а правых частей продукций, а вопрос формулируется так: "Что нужно, чтобы правая часть данного правила была справедлива, и есть ли необходимые суждения в рабочей памяти?" На рис. 2 показана работа механизма обратного вывода для того же примера, что для прямой цепочки рассуждений (в предположении, что факт А занесен в РП).
При реализации данного механизма пополнения РП новыми (выведенными) фактами не производится, а лишь проверяется наличие необходимых суждений на очередном шаге алгоритма. Как следует из рис. 2, а, поскольку непосредственно факта Z в РП нет, производится анализ правых частей правил до поиска такого правила, которое обосновывает справедливость суждения Z. Чтобы факт Z был истинным, необходимы факты F и В. Факт В есть, факта F — нет (рис. 2, б). Чтобы факт F был истинным, необходимы факты С и D. Факт С есть, факта D — нет (рис. 2, в). Наконец, чтобы был справедлив факт D, нужно наличие факта А, и так как он в РП имеется, обратный вывод закончен. Окончательный результат — на основании имеющихся в ЭС правил и фактов гипотеза о справедливости факта Z подтверждается.
Очевидно, что обратная цепочка рассуждений предъявляет к квалификации пользователя ЭС определенные требования — он должен уметь формулировать "правдоподобные" гипотезы. В противном случае легко представить весьма непродуктивную работу ЭС, проверяющей и отвергающей одну гипотезу за другой (в качестве примера аналогичной ситуации представим себе врача, ставящего один диагноз за другим и пользующего пациента лекарствами от самых разных болезней). Платой за выполнение данного требования служит, как правило, сокращение времени реакции ЭС на запрос пользователя.
Для
обеспечения уверенности
На рис. 3 представлен фрагмент блока "Контроль" ЭС (решающей задачи обучения), позволяющий оценивать ответы студентов на зачетах и экзаменах по следующей схеме: обучаемый получает три основных вопроса и отвечает на них.
1. ЕСЛИ по одному из вопросов получена оценка 2 ТО итоговая оценка не может быть выше 3.
2. ЕСЛИ по двум и более вопросам получены оценки 2 ТО итоговая оценка — 2.
3. ЕСЛИ по итогам ответов на основные вопросы обучаемый набрал 14 баллов
ТО необходимо задать дополнительный вопрос.
ЕСЛИ ответ на дополнительный вопрос оценивается 5
ТО итоговая оценка — 5.
ЕСЛИ ответ на дополнительный вопрос оценивается 4
ТО итоговая оценка — 4.
ЕСЛИ ответ на дополнительный вопрос оценивается 3
ТО итоговая оценка — 4.
4.
ЕСЛИ по итогам ответов на
основные вопросы обучаемый
ТО необходимо задать дополнительный вопрос
ЕСЛИ ответ на дополнительный вопрос оценивается 5
ТО итоговая оценка — 3.
ЕСЛИ ответ на дополнительный вопрос оценивается 4
ТО итоговая оценка — 3.
ЕСЛИ ответ на дополнительный вопрос оценивается 3
ТО итоговая оценка — 3.
5. ЕСЛИ по одному из вопросов получена оценка 3 ТО итоговая оценка не может быть выше 4.
6. ЕСЛИ по итогам ответов на основные вопросы набрано 9—10 баллов
ТО итоговая оценка — 3.
7. ЕСЛИ по итогам ответов на основные вопросы набрано 11—13 баллов
ТО итоговая оценка — 4.
Рис. 3. Фрагмент продукционной базы правил блока "Контроль" автоматизированной обучающей системы
Преподаватель оценивает каждый ответ по четырехбалльной шкале.
Экспертная система либо сразу рекомендует выставить итоговую оценку, либо "советует" задать дополнительный вопрос и уже по результату ответа на него рекомендует итоговую оценку. В ЭС хранятся знания о существующих в институте правилах оценивания уровня подготовленности обучаемых. Так, например, если на экзамене некий студент на "отлично" ответит два вопроса билета, а третий будет оценен на "хорошо", рекомендуется задать ему дополнительный вопрос. Если на него дается отличный ответ, общая оценка — "отлично"; хороший или удовлетворительный ответ — "хорошо"; неудовлетворительный ответ — "удовлетворительно".
2. Понятие о механизме логического вывода
в сетевых системах
Механизм логического вывода в сетевых системах основан на использовании двух ведущих принципов:
♦ принцип наследования свойств;
♦ принцип сопоставления по совпадению.
Первый принцип, в свою очередь, базируется на учете важнейших связей, отражаемых в семантической сети. К таким связям относятся:
♦ связь "есть", "является" (англ. IS-A);
♦ связи "имеет часть", "является частью" (англ. HAS-PART, PART-OF).
Последовательно переходя от одного узла сети к другому по направлению соответствующих связей, можно выявить (извлечь) новую информацию, характеризующую тот или иной узел. На рис. 4, а показан малый фрагмент некоторой семантической сети и обозначена так называемая ветвь наследования свойств. Из этого фрагмента можно вывести заключения типа "Иван — человек", "у Ивана есть голова", "мужчина имеет голову" и т. п.
Принцип сопоставления по совпадению основан на представлении вопроса к системе в виде фрагмента семантической сети с использованием тех же названий сущностей (узлов) и связей, что и в основной сети, и реализации процедуры "наложения" вопроса на сеть и поиска такого его положения, которое соответствует ответу на вопрос. На рис. 4, б, помимо уже известной связи "есть", представлено отношение владения (связь "владеет"). Вопрос "Чем владеет Иван?" формализуется с помощью узла "Иван" и отношения "владеет". Далее в простейшем случае осуществляется перебор узлов сети, имеющих имя "Иван" (если они имеются), и поиск такого из них, который имеет связь "владеет". Далее может быть задействован принцип наследования свойств. Ответами на поставленный в примере вопрос будут суждения "Иван владеет автомобилем" и "Иван владеет (автомобилем) ВАЗ 2105". Понятно, что в практике использования ЭС такого типа приходится реализовывать значительно более сложную процедуру поиска, включающую элементы семантического анализа.
3.Понятие о механизме логического вывода во фреймовых системах
Обычно фреймовая модель знаний имеет сложную иерархическую структуру, отражающую реальные объекты (понятия) и отношения (связи) некоторой предметной области. Механизм логического вывода в таких ЭС основан на обмене значениями между одноименными слотами различных фреймов и выполнении присоединенных процедур "если-добавлено"> " если-удалено" и "если-нужно". Условная схема таких действий для простейшего варианта представлена на рис. 5.
Информация о работе Построение и использование механизмов логистического вывода