Лекции - Интеллектуальные системы

Подождите немного. Документ загружается.

можно решить поставленную задачу. Языки этого типа (COMEX,

имеют характер универсальных языков FMX) программирования

более высокого уровня чем Пролог и Лисп. На рис.27 рассмотрена

схема использования этих 3 методов и языков представления

знаний.

В качестве инструментария для создания ЭС могут служить:

 процедурные языки программирования, ориентированные на

обработку символьной информации (LISP, INTERLISP и др.);

 языки инженерии знаний, т.е. языки ориентированные на

разработку любой ЭС (PROLOG, OPS-5, KRL, LOOPS, ПЛЭНЕР

и др.);

 средства автоматизации процесса конструирования,

использования и модификации ЭС (RLL, HEARSAY-III,

TEIRESIAS и др.);

 пустые базовые ЭС, не содержащие знаний конкретной области

(EMYCIN, KAS, GURU, ЭКСПЕРТ-МИКРО).

Рис.27. Методы представления знаний.

Проблема

Прикладная ЭС

А Модель ЭС B

Язык представления

знаний

Универсальные языки

программирования

Лисп, Си, Pascal

Они приведены в порядке убывания трудоемкости,

требуемой для создания с их помощью прототипов.

При толковании ‘инструментарий’ включает не только

программные средства, но и аппаратные. Наибольшее

распространение получила аппаратная реализация диалектов

языков LISP, PROLOG, т.е. разработка ЭВМ, внутренним языком

которых являет LISP, PROLOG.

Под инструментарием понимается также и специализации

участников создания ЭС. Это:

1) эксперт той предметной области;

2) инженер по знаниям – специалист по разработке ЭС;

3) программист, осуществляющий модификацию и

согласование инструментальных средств.

Контрольные вопросы:

1. Какие средства называются основными?

2. В чем отличия алгоритмических языков программирования

от логических?

3. Какие функции выполняют вспомогательные

инструментальные средства?

4. Какие средства поддержки вы знаете?

5. Какой из методов разработки ЭС наиболее быстрый?

6. Какой из методов разработки ЭС наиболее трудоемкий?

Лекция 12 СПОСОБЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЗНАНИЙ И МЕТОДЫ

РАЗРАБОТКИ

План лекции:

1. Описание основных инструментальных средств.

2. Средства, ориентированные на доступ.

3. Средства, ориентированные на объекты

4. Средства, ориентированные на логику.

Ключевые слова:

Лисп-процедура, логика предикатов, средства, ориентированные на

объекты, методы ориентированные на доступ, графические шкалы.

Таблица 4.

Инструменталь-

ные средства

Способы

представления

знаний

Описание

1. EMYCIN Основанный на

правилах

Реализует прямую и обратную

цепочку рассуждений

2. SRL Основанный на

фреймах

Использует иерархию фреймов

для наследования свойств и

привязки процедур

3. KAS Семантические

сети + правила

Использует семантические сети

4. LISP Ориентирован на

процедуры

Использует вложенные

подпрограммы для организации

и управления ее выполнением

5. ROSIE правила + Лисп-

процедуры

6. SMALL-TALK Ориентирован на

объекты

(используется для

моделирования

ситуации в

военной

стратегии)

Использует элементы,

называемые объектами, которые

связаны с другими объектами

через сообщения

7. PROLOG Основан на логике Использует исчисление

предикатов для структуризации

программы и управления ее

выполнением

8. LOOPS Ориентирован на

доступ

(использование

законов)

фреймовые

системы

Использует датчики,

включающие новые вычисления

при изменении данных или их

для того чтобы следить за

выполнением программы или

внешних устройств

Инструментальное средство может поддерживать один или

несколько способов представления знаний и организации

программ.

Можно разбить поддерживаемые методы на 6 категорий.

1. Основанные на правилах. Используют правила ЕСЛИ-ТО для

реализации прямой и обратной цепочки рассуждений. Средство:

EMYCIN).

2. Основанные на фреймах. Используют иерархию фреймов для

наследования свойств и привязки процедур. Средство: SRL.

3. Ориентированные на процедуры. Использует вложенные

подпрограммы для организации и управления ее выполнением.

Программист может определить набор процедур высокого

уровня, который будет описывать действия программы и на

основании этих процедур написать программу. Процедуры

обеспечивают большую гибкость, программист может их

упорядочить самыми разными способами, но при этом

объяснять действия программы становится труднее. Средство:

Лисп, ROSIE (сочетает процедуры и правила).

4. Ориентированные на объекты. Использует элементы,

называемые объектами, которые связаны с другими объектами

через сообщения. Внешне это похоже на фреймовые сети, но все

объекты в сети общаются друг с другом через отправление и

получение сообщений. Когда объект получает сообщение он

консультируется со своей базой данных и правилами, чтобы

решить какое действие предпринять.

Например, в системе моделирования воздушным военным боем

SWIRL все объекты связаны в сеть. Например, конкретный

AWACS (радар) засёк нарушителя, он передает сообщение в

командный центр, командный центр решает, какие истребители

применить и отправляет сообщение на соответствующие

аэродромы.

Такой подход помогает моделировать много связанных

процессов, происходящих одновременно. Средство: SMALL-

TALK.

5. Основанные на логике. Использует исчисление предикатов

для структуризации программы и управления ее выполнением.

Каждое предложение записано в форме: предикат: -

предикат1, предикат2,…,предикат n.

предикат - консеквент;

предикат1, предикат2,…- антецеденты.

Программа, основанная на логике, берет поставленную цель и

сравнивает со всеми консеквентами запомненных предложений.

Когда она находит совпадение, она пытается цель, рассматривая

антецеденты совпавшего консеквента в качестве подцелей. Когда

доказана истинность всех подцелей, тем самым доказана и вся

цель. Этот поиск антецедентов для доказательства консеквента

похож на построение обратной цепочки рассуждений в системах

правил. Поиском жестко управляет интерпретатор, который

анализирует и обрабатывает предложения. Средство: ПРОЛОГ.

6. Ориентированные на доступ. Использует датчики, включающие

новые вычисления при изменении данных или их чтении. Эти

методы используют демонов, т.е. процедуры, вызываемые при

изменении данных или считывании, для того, чтобы следить за

Сообщение А

Объект 1 Объект 2

Сообщение В

данные/св-во данные/св-

во

правила/проц. правила/проц.

Рис. 28. Реализация подхода, ориентированного на

объект

работой программ или внешних устройств. Демоны ведут себя

подобно датчикам, связанным с конкретным значением

переменных. Если эти значения меняются, датчики включают

дополнительные вычисления, которые могут быть использованы

для графического вывода шкал, показывающих значения

переменных. Методы, ориентированные на доступ, облегчают

построение сложных визуальных образов, позволяющих следить

за поведением переменных в программе. Средство: LOOPS.

LOOPS имеет графические шкалы. Они разбиты на классы и

управляются датчиками. Шкалы: цифровые, циферблатные,

аналоговые, сегментные, вертикальные.

Контрольные вопросы:

1. Главное назначение инструментального средства small-talk.

2. Где используется средство LOOРS?

3. В каком инструментальном средстве используются

семантические и продукционные модели представления

знаний?

4. Основные понятия логических средств.

5. Какое из средств используется в реальном режиме времени?

6. Какие оболочки ЭС вы знаете?

Лекция 13 ПРИМЕРЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ.

EMYCIN.

План лекции:

1. Инструментальные средства, основанные на продукции

2. Инструментальные средства фреймового типа.

3. Инструментальные системы.

Ключевые слова:

Экспериментальные ИС, исследовательские ИС, коммерческие

системы.

Это скелетный язык инженерных знаний. В EMYCIN

использована схема представления знаний с жестким механизмом

управления, основанным на принципе обратной цепочки

рассуждений, что ограничивает его применение проблемами типа

диагностики и классификации.

Однако, эта система имеет совершенные средства объяснения и

приобретения знаний, которые ускоряют разработку экспертных

систем.

EMYCIN был использован для построения ЭС в медицине,

геологии, сельском хозяйстве, технике.

Правило в EMYCIN имеет форму: ЕСЛИ антецедент, ТО

консеквент.

Коэффициенты уверенности варьируют от –1 до +1 и

связываются с каждым выражением антецедента. Часть ЕСЛИ

правила рассматривается как истина только тогда, когда

коэффициент уверенности больше некоторого порога (например

0.5) и как ложь, если коэффициент уверенности меньше другого

порога.

Пример: фрагмент правила из консультационной ЭС SACON

для инженера конструктора, написанная на языке EMYCIN.

ЕСЛИ материал, из которого изготовлена конструкция, один из

металлов И допустимая погрешность анализа (%) составляет от 5

до 30 И безразмерное напряжение конструкции 0.9; ТО с

вероятностью (1.0) усталость является одним из факторов

поведения конструкции под нагрузкой.

На рис. 29 представлены области применения языка EMYCIN.

Рис. 29.Приложения системы EMYCIN в других ЭС.

E X P E R T.

Это скелетный язык инженерии знаний использует схему

представления знаний, основанную на правилах и имеет

ограниченный механизм вывода, организованный по принципу

прямой цепочки рассуждений и делающий его пригодным для

задач типа диагностики и классификации. У языка EXPERT есть

встроенные блоки построения объяснений, приобретения знаний и

SAKON

Помогает определить стратегии

решения

задач анализа конструкций

PLANT/cdP BLUE

BOX

EMYCIN

Предсказывает, пострадают ли

посевы зерновых от вредителей

Помогает выбирать лечение

госпитализированных

больных с депрессией

LITHO

Помогает охарактеризовать

подземные породы,

интерпретируя данные из

нефтяных скважин.

PUFF

Диагностирует заболевания

легких по исследованиям

дыхательных проб

контроля непротиворечивости, которые ускоряют разработку. Блок

контроля непротиворечивости информации хранит базу данных

для правильных заключений и использует ее при тестировании ЭС

после добавлений новых правил.

EXPERT используется в диагностике медицины, геологии и

других областях.

Рис.30. Применение языка EXPERT

Поскольку EXPERT была разработана для ЭС в медицине, то

при структуризации знаний различают факты и гипотезы. Факты –

это наблюдения, а гипотеза – это заключение из фактов или других

гипотез. В EXPERT факты записываются в форме:

f(название, значение истинности) ,

а гипотезы:

h(название, интервал уверенности), интервал

уверенности изменяется от –1 до +1.

Пример правила на языке EXPERT :

AI-RHEUM.

Диагностика

ревматологических

заболеваний

Модель герпеса

глаза

Диагнозирует и

лечит герпес глаза

MI.

Диагностика

инфаркта

миокарда.

ELAS

Интерпретируем

результаты

каротажного

зондирования

SPE

Диагностирует

воспалительные

заболевания по

анализу.

ЕXPERT

CNS – у пациента заболевание нервной системы /* гипотеза */

SEIZ – припадки.

PSYCH – психоз.

OBSYN – присут. Синдром гол. Мозга. /* факты */

COMA – кома.

/* правило

ЕСЛИ [ 1:f(seiz,t), f(psych,t), f(obsyn,t), f(coma,t)]

h(cns,1.0)

ROSIE.

Универсальный язык сочетает схему представления знаний,

основанную на правилах со структурой языка, ориентированного

на процедуры.

Программы на ROSIE являются вложенными процедурами и

функциями, каждая из которых определяется как правило. У

ROSIE синтаксис естественного языка, поэтому он читабелен, у

него мощные подпрограммы сопоставления с образцом для

сравнения посылок правил с данными.

Средства поддержки включают редактирование и средства

отладки, но у него нет средств объяснения и приобретения знаний.

ROSIE используется для построения ЭС в различных

предметных областях, включая юриспруденцию, управление

кризисными ситуациями и военное дело.

На этом языке возможно представить 6 основных типов отношений

естественного языка:

1. Принадлежность к классу: изделие – есть бутылка

шампанского.

2. Утверждение: бутылка шампанского была дефектна.

3. Непереходные глаголы: изделие взорвалось.

4. Переходные глаголы: изделие ранило истца.

5. Составные глагольные сказуемые: истец является частично

ответственным.

6. Предложное предложение: изделие взорвалось в зале

ресторана.

Правила представления аналогичны любой продукционной

системе без коэффициента уверенности. Набор правил

определяется как процедуры или как генератор, или как предикат.

Процедура, как подпрограмма, выполняет свою задачу и передает