Лекция по "Интелектуальным системам"

4. Редактор базы знаний – РБЗ. Предназначен для помощи инженеру по знаниям при заполнении БЗ в процессе работы с экспертами. БЗ – это файловая система, и РБЗ представляет транслятор с некоторого подмножества естественного языка, используемого инженером по знаниям, в специальный код, ориентированный на МЛВ.

Редактор БЗ должен:

• быть удобным для инженера по знаниям;
• реализовывать любую структуру знаний, предусмотренную составом БЗ;
• позволять корректировать элементы БЗ без изменения структуры;
• обеспечивать «дружественный интерфейс» с инженером по знаниям.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2. Структура идеальной ЭС.

 

5.  Модуль приобретения знаний служит для процесса извлечения знаний об узко специализированной предметной области. Эти знания носят эмпирический характер и приобретаются экспертом, работающим долго в данной области. Это узкое место при проектировании ЭС.

 

Контрольные  вопросы к главе 1

1.В чем отличие ЭС от других  программных продуктов?

2.Какие типы знаний содержатся  в базе знаний?

3.Каковы особенности ЭС второго  поколения?

4.Назовите основные типы задач,  решаемых ЭС.

5.Основные достоинства ЭС.

6.Какая характеристика соответствует  умелости ЭС?

7.Что понимается под термином  «самосознание» ЭС?

8.Какие основные функциональные  части ЭС?

 

Контрольные вопросы:

1. Какие знания хранятся в БЗ?
2. В какой подсистеме ЭС формируется решение?
3. Какая подсистема ЭС обеспечивает «прозрачность»?
4. Функция редактора БЗ.
5. В какой части ЭС организуется диалог с пользователем?
6. Кто использует модуль приобретения знаний?

 

Лекция 3. Структурирование знаний

План

1. Состав базы знаний
2. Обобщенная  схема интеллектуальной информационной системы
3. Зависимость состава знаний от требований
4. Предметная область. Задачи предметной области
5. Структурирование знаний

 

Ключевые слова: Предметная область, интерпретируемые знания, неинтерпретируемые знания, метазнания, уровни представления

 

Состав знаний в БЗ определяется следующими вопросами: какие  знания должны быть представлены и от чего зависит сам состав знаний.

Состав знаний БЗ зависит  от:

1. проблемной области
2. структуры системы БЗ
3. требований и целей пользователя
4. языка общения

Рассмотрим обобщенную схему интеллектуальной информационной системы:

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно, для функционирования интеллектуальной информационной системы требуются следующие знания:

1. Знания о процессе решения задачи (управляющие знания, используемые интерпретатором);
2. Знания о языке общения и способы организации диалога, используемые лингвистическим процессором;
3. Знания о способах представления и модификации знания, использующие компоненты приобретения знаний;
4. Поддерживающие структурные знания, используемые объяснительной компонентой.

 

Зависимость состава  знаний от требований проявляется в следующем:

1. Какие задачи от общего набора задач и с какими данными хочет работать пользователь;
2. Каковы предпочтительные способы и методы решения;
3. При каких ограничениях на количество результатов и способы их получения должна быть решена задача;
4. Каковы требования к языку общения и к организации диалога
5. Какова степень общности или конкретности о проблемной области
6. Каковы цели пользователя

 

Предметная область характеризуется совокупностью объектов, их характеристик и отношениями между ними. В зависимости от особенности предметной области данные об образующих её сущностях могут быть точными, приблизительными, многозначными, полными или ошибочными.

Предметная область подразделяется на: статическую и динамическую.

Большинство существующих интеллектуальных систем рассматривают  предметную область как статические, т.е. как области в которых динамикой можно пренебречь.

Примером статической  области является область, хранящая сведения о симптомах болезней и правилах постановки диагноза по этим симптомам.

Динамические области подразделяются на следующие типы:

1. Представления, в которых учитываются только местоположения объектов в пространстве, но сами объекты неизменны во времени (обычно используются в робототехнике, где источником динамик являются только изменения в пространстве);
2. Представления, в которых учитываются изменения объектов во времени, но не рассматриваются изменения пространственных взаимоотношений между ними (учитываются в системе, где учитывается состояние больного во времени);
3. Представления, в которых учитываются как изменения объектов во времени, так и изменения пространственных взаимоотношений между ними).

 

Задачи предметной области подразделяются на следующие типы:

1. Задача анализа предметной области
2. Задача преобразования предметной области
3. Задача определения или выбора предметной области

Задача анализа – это задача, которая осуществляет доопределение или переформулирование  текущего состояния предметной области. В точной статической предметной области можно решать только задачи анализа, которые являются простейшими из рассматриваемых задач. В ходе их решения данные только добавляются, но не изменяются и не устраняются.

Задача преобразования – это задача, при решении которой одно состояние предметной области преобразуется в другое. Правила вывода, используемые при решении этих задач, преобразуют предметную область, но не выводят систему за рамки данной предметной области. При этом возникают следующие проблемы: можно ли преобразовать предметную область и как её преобразовать, чтобы удовлетворить условиям решаемой задачи. При решении преобразования данные попадают и выбывают из рабочей области, т.к.  сведения при переходе в новое  состояние должны соответствовать этому новому состоянию предметной области.

Задачи определения – это задачи, в ходе решения которых система переходит из одной альтернативной области в другую. При решении задач определения необходимо использовать приложения, устраняющие неполноту информации и позволяющие продолжить процесс поиска решения. Это предположение не должно противоречить точным известным фактам. Нарушение этого соответствия вызывают необходимость перехода в другую альтернативную область.

Рассмотрим структуру знаний в  БЗ

Интерпретируемый  тип знаний – это тип, который способен определить или интерпретировать решатель, т.е. интерпретатор. Этот тип знаний включает в свой состав предметные знания, управляющие знания и знания о представления, которые объединяются в метазнания.

Знания о представлениях содержат информацию, о том, каким образом в системе представлены интерпретируемые знания. Т.о. описатели предметной области содержат определенную информацию о предметных знаниях, например коэффициенты определенности правил, данных, мер важности или сложности.

Операционные знания содержат информацию о том, как можно изменить описание предметной области в ходе решения задач. Это знания, задающие процедуры обработки.

Фокусирующие знания описывают, какие из них знания следует использовать в той или иной ситуации. Обычно фокусирующие знания содержат сведения о наиболее перспективных гипотезах и знаниях, которые наиболее целесообразно использовать при проверке соответствующих гипотез.

Решающие знания используются для выбора стратегии, наиболее эффективной  для решения данной задачи.

 

 

 

 

Знания второго типа (неинтерпретируемые) неизвестны решателю и делятся на вспомогательные и поддерживающие.

Вспомогательные знания хранят информацию о лексике и грамматике языка и информацию о структуре диалога.

Поддерживающие знания используются при создании системы и при выполнении объяснений.

Технологические знания содержат сведения о времени создания знаний и времени создания знаний.

Семантические знания – смысловое описание знаний. В их состав входит информация о причинах ввода знаний о назначении знаний, о способах их использования и полученном эффекте. Т.о. поддерживающие знания имеют описательный характер.

Организация знаний

Под организацией знаний понимается структурирование знаний. Они могут  быть организованы следующим образом:

1. организация знаний по уровням представления и детальности;
2. организация знаний в рабочей памяти системы
3. организация знаний в БЗ

 

Уровни представления могут содержать три уровня:

Нулевой уровень – содержит знания системы о проблемной области

Первый уровень содержит метазнания, т.е. знания о том, как представлены во внутреннем мире системы знания нулевого уровня

Второй уровень  – содержит сведения о знаниях первого уровня, т.е. знания о представлениях базовых понятий первого уровня.

Уровни детальности позволяют рассматривать знания с различной степенью подробности.  В основном выделяются три уровня детальности:

1. по общей организации
2. по логической организации знаний
3. по физической организации знаний

В рабочей памяти интеллектуальной системы хранятся определенные данные. Данные в рабочей памяти рассматриваются как изолированные (рабочая память состоит из множества простых элементов) или связанные (рабочая память состоит из одного или несколько сложных элементов). Для рабочей памяти, состоящей из сложных элементов, связь между отдельными элементами указана явно в виде семантических отношений. Система БЗ должна быть организована так, чтобы в необходимый момент можно было определить и использовать необходимые, т.е. релевантные знания.  В этой связи можно выделить три аспекта организации знаний:

1. связность знаний
2. механизм доступа к знаниям
3. способ сопоставления

Связность или агрегация знаний – основной способ, обеспечивающий ускорение поиска релевантных знаний. Знания организуются вокруг наиболее важных объектов или сущностей предметной области, т.е. связываются и представляются в виде отдельного блока, тогда при поиске знаний о некотором объекте разыскивается соответствующий блок и далее поиск осуществляется внутри него. Связи в блоках бывают внешние и внутренние. Внутренние связи выражают структуру блока, а внешние связи отражают взаимозависимости между ними (блоками).

Внешние связи подразделяются на логические и ассоциативные.

Логические связи выражают семантические отношения между элементами знаний.

Основной проблемой при работе с большой БЗ является проблема поиска знаний. Здесь более необходим общий механизм доступа. Задача механизма доступа состоит в том, что по некоторому описанию объекта, имеющегося в рабочей памяти найти в БЗ блоки, удовлетворяющие этому описанию.

В этом процессе могут  быть выделены два этапа:

1. по ассоциативным  языкам осуществляется выбор  из БЗ возможных кандидатов  на роль нужных объектов

2. путем выполнения  операций сопоставления возможных  кандидатов с описаниями объектов  осуществляется окончательный выбор объекта.

 

Способ сопоставления может быть использован для подтверждения и коррекции выбранного объекта. Для подтверждения неизвестного объекта он может быть сопоставлен с некоторыми известными образцами.

Операции сопоставления  выступают в следующих формах:

1. синтаксические
2. параметрические
3. семантические
4. принуждаемое

1. При синтаксическом  сопоставлении соотносятся образцы  или формы объекта, но не  его содержание

2. При параметрическом  сопоставлении вводится параметр, определяющий степень сопоставления

3. . При семантическом  сопоставлении соотносятся не  формы объектов, а их функции,  т.е. содержание

4. принуждаемое сопоставление  характеризуется тем, что один  сопоставляемый объект рассматривается  с точки зрения другого. В  отличие от других форм сопоставления здесь всегда может быть получен положительный результат. Вопрос состоит в том: какова сила принуждения? Принуждение выполняют специальные  процедуры, связанные с описаниями объектов. Если эти процедуры не в состоянии осуществить сопоставление, то система сообщает пользователю, что успех может быть достигнут только в том случае, если определенные характеристики рассматриваемых объектов можно считать сопоставлениями.