Лекции - Интеллектуальные системы

Подождите немного. Документ загружается.

фрейме верхнего уровня, если и там отсутствует, то поиск

осуществляется еще выше. Это поиск 3 типа (наследование).

Для организации поиска с помощью демонов рассмотрим

рис. 12

В данном фрейме для каждого слота можно указать 3 типа

демонов:

 If added c именем Бронирование

 If needed c именем Кто

 If removed …

Демон «If added» автоматически запускается при

подстановке в слот МЕСТО какого-то значения, например,

«конференц-зал».

Демон «If needed», присоединенный к слоту «докладчик».

Если значение слота NIL (пусто) генерирует запрос КТО? И

подставляет его значение из входных данных.

Таким образом, демоны запускаются автоматически.

Присоединенная процедура – это процедура, которая

позволяет конкретизировать слот на основе означенного фрейма

более низкого уровня.

Рис.12. Использование демонов во фреймах.

ЯЗЫКИ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЗНАНИЙ ФРЕЙМАМИ.

Рис.13. Фрейм «Конференция»

Конференци

IS-A IS-A

Коммерческ

ая

По

развитию

IS -A

4 конференция

экземпляр

ДатаМестоТемаТорговл

я ДокладчикЦель

ДатаМестоТемаДо

кладчик

ДатаМестоТемаРаз

витие

ДокладчикБюджет

Дата02.01.92МестоКонф

еренц-

залТемаДокладчикЯмако

Цель25 млн.

слот значени

нужен

needed

добавле

но

if added

удалено

removed

Дата02.01.92МестоКонференц-залБронирование

ТемаДокладчикЯмако Кто?Цель 25 млн.

декларативные

значения

процедурные

знания

proc Бронирование

if возможно (место, дата)

then забронировать

else известить

«бронирование

невозмо

жно»

end.

Существует множество языков представления знаний

фреймами. Например, язык FMS, на его основе реализованы

многие другие системы. В качестве языка разработки системы

FMS был использован LISP.

Система FMS состоит из 4 основных модулей: редактор

фреймов, модуль проверки правил, исполнительный механизм,

модуль системных функций.

Рис.14. Структура системы FMS

 Редактор используется для диалогового построения фреймовых

систем и обновления базы данных.

 Модуль проверки правил служит для выявления ошибок в базе

данных. Найденные ошибки простые исправляются

редактором. Обнаружение противоречий между фреймами –

это сложная задача, которую решает данный блок.

 Модуль системных функций содержит группу ЛИСП-функций,

облегчающих написание присоединенных процедур. Основные

системные функции:

 управление фреймом

 управление слотом

 вызов другого фрейма

 функции проверки типа данных, определен ли фрейм и

т. д.

 прочие функции (запись в файл, составление списка

единичной глубины).

База знаний

FMS

РедакторМодул

ь проверки

правилИсполни

тельный

механизмСисте

мные

функции

Фрейм

СлотПрисоедин

енные

процедуры

 Исполнительный механизм – запускает присоединенную

процедуру специального фрейма, которая в свою очередь

инициирует работу механизма вывода МВ. МВ передает

сообщение в некоторый фрейм в БЗ, БЗ возвращает в МВ

некоторое значение в качестве результата выполнения. МВ

оценивает это значение, снова передает в БЗ сообщение, но

теперь уже другому фрейму и так далее продвигается от

начального значения к целевому.

Примером реализации данного подхода является базовая

система RLL (1980г), предметная область которой – построение

ЭС. Цель RLL помочь инженеру по знаниям в конструировании и

модификации некоторой экспертной системы.

С помощью RLL реализована система EURISKO (1983г).

Фреймы используются для представления всех видов данных и

знаний более сложных, чем список значений. В виде фреймов

представляются все объекты, правила, слоты фреймов, механизмы

выводов. Фреймы организованы в сеть.

Пример представления правила в виде фрейма.

Правило 322

Тип Правило

Описание Сообщить пользователю об опасности для

здоровья

Если потенц. релев.: Химическая активность высока?

Если истин. релев.: Близость к хим. активному месту

ТО сказать пользователю: «не дышать»

ТО добавить: <соответствующие указания>

- приоритет: высокий

- среднее время выполнения: 0.1 секунды

- частота использования: рассм. 985 раз, использовалось

- обобщения: правила 899 и 45

- специализация: правило 366

- оправдания: дыхание  сценарий

смерти

- автор: Джонсон

- дата создания: 17.30 9.08.81

Особенность представления:

1. много описательных слотов

2. наличие нескольких условий и действий.

Контрольные вопросы:

1. Какой способ управления во фреймах является

обязательным?

2. Какие основные типы «демонов» используются во

фреймах?

3. Когда используются присоединенные процедуры?

4. Какие функции реализуются в языках представления

фреймовых моделей?

5. Каковы недостатки фреймовых моделей?

6. Когда используются присоединенные процедуры?

Лекция 8 СИСТЕМЫ ПРОДУКЦИЙ.

План лекции:

1. компоненты продукционной системы.

2. прямая цепочка рассуждений.

3. обратная цепочка рассуждений

4. представление фактов и правил

Ключевые слова:

Механизм логического вывода (МЛВ), рабочая память, база

правил, прямая цепочка рассуждений, обратная цепочка

рассуждений, дерево целей, факты, ядро продукции, стратегия

поиска

Продукционная система состоит из 3 основных компонент:

набор правил (база знаний), рабочая память (хранятся предпосылки

для решения конкретных задач и результаты выводов), механизм

логического вывода (использует правила в соответствии с

содержимым рабочей памяти).

Рис. 15. Конфигурация системы продукций.

ссылк

модификац

ия,

управление

рабоча

память

база

прави

механизм

логического

вывода

база

знаний

Рассмотрим, как взаимно действуют эти элементы на простом

примере.

Пусть в рабочей памяти хранятся образцы в виде набора

символов. Например, «намерение – отдых», «место отдыха – горы»

и т. п.

Правила, накапливаемые на базе правил, отражают

содержимое рабочей памяти. В их условной части находятся либо

одиночные образцы, либо несколько образцов, соединенных

предлогом «И», а в заключительной части – образцы,

дополнительно регистрируемые в рабочей памяти.

Например:

Правило 1: ЕСЛИ «намерение – отдых» И «дорога

ухабистая»,

ТО «использовать машину».

Правило 2: ЕСЛИ «место отдыха – горы»,

ТО «дорога ухабистая».

Сначала механизм вывода сопоставляют образцы из

условной части правила с образцами из рабочей памяти. Если все

образцы имеются в рабочей памяти, то условная часть считается

ИСТИННОЙ, иначе ЛОЖНОЙ.

В данном примере «дорога ухабистая» из первого правила

отсутствует в рабочей памяти. Поэтому его условная часть первого

правила считается ложной. Что касается правила 2, то его условная

часть истинна, и образец «дорога ухабистая» заносится в рабочую

память.

При попытке вторично применить эти правила получается,

что можно применить только правило 1, поскольку правило 2 уже

применено и исключается из числа кандидатов. К этому времени

содержимое рабочей памяти пополнилось результатом правила 2, и

первое правило становится истинным, и содержимое рабочей

памяти пополняется образцом заключительной части первого

правила – «использовать машину». В итоге правил больше не

остается, и система останавливается.

В приведенном примере для получения вывода совершалась

работа по извлечению предварительно записанного содержимого

рабочей памяти, применению правил и дополнения данных,

помещенных в память. Такие выводы называются прямыми.

Другой способ, при котором на основании фактов,

требующих подтверждения, исследуется возможность применения

правила, пригодного для подтверждения, называются обратным

выводом. (факты не пополняются).

В случаях и прямого и обратного вывода сигналы

останавливаются, если достигается первоначальная цель или

кончаются правила, применимые для достижения цели.

СПОСОБЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЦЕПОЧЕК РАССУЖДЕНИЯ.

Любую продукцию можно представить в виде дерева целей

(рис. 16.)

Рис.16. Дерево целей

1. Прямой способ рассуждения.

По известным фактам отыскивается заключение, которое

следует из этих фактов и накапливается рабочая память.

правила правила правила

сопоставить выполнить

A E

C B

F C

F  B  Z

C  D F

A  D

F  B  Z

C  D F

A  D

F  B  Z

C  D F

A  D

A D

C Z

Рис. 17. Реализация прямой цепочки рассуждений.

«А» в базе есть. Значит согласно 1 правилу есть и «D». И «D»

помещается в базу знаний. Это приводит к выполнению 2 правила.

C  D F, и факт «F» помещается в базу знаний. Тогда опять

проверяются правила из базы. Первое правило выполняется

F  B  Z , вследствие этого Z заносится в базу знаний. Этот метод

называется прямой цепочкой рассуждений, поскольку поиск новой

информации происходит в направлении стрелок, разделяющих

левые и правые части правил.

Но этот метод имеет недостаток. При большом количестве

правил, чтобы найти информацию, связанную с Z, нужно

выполнить много правил, не связанных с Z. При этом метод

оказывается напрасной тратой времени и денег.

В таких ситуациях более рентабельной является обратная

цепочка рассуждений.

При этом методе система начинает с того, что нужно

доказать, например, что ситуация Z существует, и нужно

выполнить только те правила, которые относятся к установлению

этого факта.

На рис. 18 показано, как обратная цепочка рассуждений

работает.

На шаге 1 системе говорится, чтобы она установила, что

ситуация Z существует. Она ищет Z в базе, а если его нет, будет

искать правило, приводящее к установлению Z. Она находит

правило F  B  Z и решает, что надо установить F и B.

На шаге 2 система пытается найти факт F или в базе данных

или среди правил. Находит правило C  D F и решает, что

необходимо установить существование фактов C и D.

На шагах 3-5 система находит C, затем находит А прежде,

чем получит заключение о D.

На шагах 6-8 система выполняет третье правило, чтобы

установить D, затем исполняет второе правило, чтобы установить F

и наконец – первое правило, чтобы установить основную цель –

факт существования Z.

Если на каждом этапе логического вывода существует

несколько применимых правил, то это множество называется

конфликтным набором, а выбор одного из этих правил –

разрешение конфликта.

Рис.18. Обратная цепочка рассуждений

На практике часто бывает недостаточно, чтобы в рабочей

памяти были только образцы, нужны и данные, уточняющие

смысл. В этом случае довольно часто используется способ

представления фактов с помощью триплета: объект, атрибут,

знания. Одним из преимуществ этого триплета является уточнение

контекста, в котором применяется правило. Например, собака –

кличка – Джон.

Если имеется правило, пригодное для любого объекта собаки

независимо от клички, то «атрибут» и «значение» не используются.

Однако, когда существует несколько объектов, для которых

применимо одно правило, то оно может быть использовано для

каждого объекта, но не более 1 раза. (в первом случае – только

один раз, так как «атрибут» и «значение» не используются).

Уточнение контекста позволяет повысить эффективность

поиска содержимого рабочей памяти. А если данные включают

показатель нечеткости, то можно в триплет ввести еще и

Шаг 1 Шаг 2 Шаг 3

правила правила правила

A E

C B

A E

C B

A E

C B

F  B  Z

C  D F

A  D

F  B  Z

C  D F

A  D

F  B  Z

C  D F

A  D

нужно С

С здесь