Логические модели 1 страница

Логические модели используют язык исчисления предикатов. Первому предикату соответствует имя отношения, а термину аргументы - объекты. Все логические выражения, используемые в логике предикатов, имеют значения истина или ложно.

Пример: рассмотрим выражение Джон является специалистом по информационным технологиям. Это выражение может быть представлено следующим образом: является (Джон, специалистом по информационным технологиям). Пусть Х - объект (Джон), который является специалистом по информационным технологиям. Тогда используется следующая форма записи: является (Х, специалистом по информационным технологиям).

Выражение: Смит работает на фирме IBM в качестве специалиста может быть представлено в виде предиката с тремя аргументами: работает (Смит, фирма IBM, специалист).

При работе с логическими моделями необходимо соблюдать следующие правила:

1. Порядок аргументов должен всегда задаваться в соответствии с интерпретацией предикатов принятой в данной предметной области. Программист принимает решение о фиксированном порядке аргументов и соблюдает его от начала до конца.

2. Предикат может иметь произвольное число аргументов.

3. Отдельные высказывания, состоящие из предиката и связанных с ним аргументов, могут объединяться в сложные высказывания с помощью логических связок: И(END, ), ИЛИ (or, ), НЕ (not, ~), → - импликация используемые для формулирования правил по форме: ЕСЛИ…, ТО …

Рассмотрим несколько примеров:

1) Название предиката – является.

Является (Смит, специалист по ИТ) ∩ читает (Смит, литература).

Смит является специалистом по ИТ и читает литературу.

2) Название предиката – отчитывается.

Отчитывается (Смит, Джон)→руководит (Джон, Смит).

Если Смит отчитывается перед Джоном, то Джон руководит Смитом.

3) Название предиката – написал.

Написал (Смит, программа) ∩ NOT работает (программа)→отладить (Смит, программа, вечер) OR передать (программа, программист, следующий день).

ЕСЛИ Смит написал программу И она не работает, ТО Смиту следует отладить программу вечером ИЛИ передать программисту на следующий день.

В высказываниях в качестве аргументов могут быть использованы и переменные. В этом случае для работы с переменными вводится понятие квантор.

Кванторы бывают двух типов:

1. Квантор всеобщности .

2. Квантор существования .

(x) означает, что все значения переменной в скобках, относящиеся к некоторой области должны быть истинными.

(x) означает, что только некоторые из значений x истины.

и могут входить в состав друг друга.

Примеры:

1. (x) (специалист по ИТ (X)→ программист (X)).

Все специалисты по ИТ являются программистами.

2. (x) (специалист по ИТ (X)→ хорошие программисты (X)).

Некоторые специалисты по ИТ – хорошие программисты.

3. (x) (y) (служащий (X)→руководитель (Y, X)).

У каждого служащего есть руководитель.

4. (Y) (X) (служащий (X)→руководитель (Y, X)).

Существует некоторое лицо, которое руководит всеми.

Вопросы:

1. Что такое искусственный интеллект?

2. Что такое экспертная система?

3. Этапы развития систем искусственного интеллекта.

4. Компетентность ЭС, в сравнении системы человеческого интеллекта и системы ИИ;

5. Отличие логических моделей от эвристических?

Лекция 11.

Представление знаний.

Сетевые семантические модели. В основе этих моделей лежит понятия сети, вершины, дуги. Сети бывают: простые и иерархические, где вершины – это некоторые понятия, сущности, объекты, события, процессы или явления. Отношения между этими сущностями выражаются дугами. Понятиями обычно выступают абстрактные или конкретные объекты, а отношения – это связи типа это, имеет частью, принадлежит, любит. Простые сети не имеют внутренней структуры, а в иерархических сетях некоторые вершины обладают внутренней структурой.

Характерной особенностью семантических сетей является обязательное наличие трех типов отношений:

1. класс-элемент класса;

2. свойство-значение;

3. пример элемента класса.

В иерархических семантических сетях предусматривается разделение сетей на подсети (пространство) и отношения устанавливаются не только между вершинами, но и между пространствами.

Дерево пространств.

Для пространства P₆ видимы все вершины пространства, лежащие в пространстве предков P₄, P₂, P₀, а остальные невидимы. Отношения «видимости» дает возможность сгруппировать пространство в упорядочении множества «перспективы».

Рассмотрим правила или соглашения графического изображения иерархических сетей:

1. вершины и дуги, лежащие в одном пространстве ограничиваются прямо или многоугольником;

2. дуга принадлежит тому пространству, в котором находится ее имя;

3. пространство P_i, изображаемое внутри пространства P_j, считается потомком (внутренним уровнем), т.е. из P_i «видимо» P_j. P_i может быть рассмотрено как «супервершина», которая лежит в P_j.

Проблема поиска решения в БЗ типа семантической сети сводится к задаче поиска фрагмента сети, соответствующего некоторой подсети, отвечающей поставленной сети.

Основное преимущество сетевых семантических моделей – в соответствии с современными представлениями об организации долговременной памяти человека.

Недостаток моделей – сложность поиска вывода в семантической сети.

Фреймовые модели.

Стремлением разработать представления, соединяющие в себе достоинства различных моделей, привело к возникновению фреймовых представлений.

Фрейм (англ. Frame – каркас или рамка) – это структура знаний, предназначенная для представления некоторой стандартной ситуации или абстрактного образа.

С каждым фреймом связана следующая информация:

1. о том как пользоваться фреймом;

2. каковы ожидаемые результаты выполнения фрейма;

3. что делать, если ожидания не оправдались.

Верхние уровни фрейма фиксированы и представляют собой сущности или истинные ситуации, которые описываются данным фреймом. Нижние уровни представлены слотами, которые заполняются информацией при вызове фрейма. Слоты – это незаполненные значения некоторых атрибутов.

Фреймом называется также формализованная модель для отображения образа или ситуации.

Структуру фрейма можно представить так:

ИМЯ ФРЕЙМА:

(имя 1-го слота: значение 1-го слота),

(имя 2-го слота: значение 2-го слота),

…………………………………………

(имя N-го слота: значение N-го слота),

Системы фреймов обычно представляют в виде информационной поисковой сети, которая используется, когда предложенный фрейм не удается привести в соответствие с определенной ситуацией, т.е. когда слотам не могут быть присвоены значения, удовлетворяющие условиям, связанным с этими слотами.

В подобных ситуациях сеть используется для поиска и предложения другого фрейма.

Важнейшим свойством теории фреймов является заимствованное из теории семантических сетей. И во фреймах и в семантических сетях наследование происходит по АКО-связям (A-Kind-of = это). Слот АКО указывает на фрейм более высокого уровня иерархии, откуда не явно наследуются, т.е. переносятся значения аналогичных слотов.

Сеть фреймов.

Здесь понятие «ученик» наследует свойство фреймов «ребенок» и «человек», которые находятся на более высоком уровне. Тогда на вопрос: «Любят ли ученики сладкое?» следует ответить «Да» (т.к. этим свойством обладают дети). Наследование свойств может быть частичным, так возраст для учеников не наследуется из фрейма «ребенок» поскольку указан явно в своем собственном фрейме.

Основным преимуществом фреймов является способность отражать концептуальную основу организации памяти человека, а также ее гибкость и наглядность.

Продукционные модели.

В традиционном программировании, если i - ая команда не является командой ветвления, то за ней следует i + 1 - ая команда. Подобный способ программирования удобен в тех случаях, когда последовательность обработки мало зависит от обрабатываемых знаний.

В противном случае программу лучше рассматривать как совокупность независимых модулей, управляемых образцами. Такая программа на каждом шаге при анализе образцов определяет, какой модуль подходит для обработки данной ситуации. Управляемый образцами модуль подходит для обработки данной ситуации. Управляемый образцами модуль состоит из механизма исследования и модификации одной или нескольких структур. Каждый такой модуль реализует определенное продукционное правило. Функции управления при этом осуществляет интерпретатор. С точки зрения представления знаний подход, при котором, используются управляемые образцами модули характеризуется, следующими особенностями:

1. разделение постоянных знаний, хранимых в БЗ, и временных знаний из рабочей памяти;

2. структурная независимость модулей;

3. отделение схемы управления от модулей, несущих знания о проблемной области.

Это позволяет рассматривать и реализовывать различные схемы управления, облегчает модификацию системы и знаний.

Основные компоненты ЭС.

Основными компонентами информационной технологии, используемой в экспертной системе, являются (рис. 1): интерфейс пользователя, база знаний, интерпретатор, модуль создания системы.

Рис. 1. Основные компоненты информационной технологии экспертных систем.

Интерфейс пользователя.

Менеджер (специалист) использует интерфейс для ввода информации и команд в экспертную систему и получения выходной информации из нее. Команды включают в себя параметры, направляющие процесс обработки знаний. Информация обычно выдается в форме значений, присваиваемых определенным переменным. Менеджер может использовать четыре метода ввода информации: меню, команды, естественный язык и собственный интерфейс. Технология экспертных систем предусматривает возможность получать в качестве выходной информации не только решение, но и необходимые объяснения. Различают два вида объяснений:

Ø объяснения, выдаваемые по запросам. Пользователь в любой момент может потребовать от экспертной системы объяснения своих действий;

Ø объяснения полученного решения проблемы. После получения решения пользователь может потребовать объяснений того, как оно было получено. Система должна пояснить каждый шаг своих рассуждении, ведущих к решению задачи.

Хотя технология работы с экспертной системой не является простой, пользовательский интерфейс этих систем является дружественным и обычно не вызывает трудностей при ведении диалога.

База знаний.

Она содержит факты, описывающие проблемную область, а также логическую взаимосвязь этих фактов. Центральное место в базе знаний принадлежит правилам. Правило определяет, что следует делать в данной конкретной ситуации, и состоит из двух частей: условия, которое может выполняться или нет, и действия, которое следует произвести, если условие выполняется. Все используемые в экспертной системе правила образуют систему правил, которая даже для сравнительно простой системы может содержать несколько тысяч правил. Все виды знаний в зависимости от специфики предметной области и квалификации проектировщика (инженера по знаниям) с той или иной степенью адекватности могут быть представлены с помощью одной либо нескольких семантических моделей. К наиболее распространенным моделям относятся логические, продукционные, фреймовые и семантические сети.

Интерпретатор.

Это часть экспертной системы, производящая в определенном порядке обработку знаний (мышление), находящихся в базе знаний. Технология работы интерпретатора сводится к последовательному рассмотрению совокупности правил (правило за правилом). Если условие, содержащееся в правиле, соблюдается, выполняется определенное действие, и пользователю предоставляется вариант решения его проблемы.

Кроме того, во многих экспертных системах вводятся дополнительные блоки: база данных, блок расчета, блок ввода и корректировки данных. Блок расчета необходим в ситуациях, связанных с принятием управленческих решений. При этом важную роль играет база данных, где содержатся плановые, физические, расчетные, отчетные и другие постоянные или оперативные показатели. Блок ввода и корректировки данных используется для оперативного и своевременного отражения текущих изменений в базе данных.

Модуль создания системы.

Он служит для создания набора (иерархии) правил. Существуют два подхода, которые могут быть положены в основу модуля создания системы: использование алгоритмических языков программирования и использование оболочек экспертных систем. Для представления базы знаний специально разработаны языки Лисп и Пролог, хотя можно использовать и любой известный алгоритмический язык.

Оболочка экспертных систем представляет собой готовую программную среду, которая может быть приспособлена к решению определенной проблемы путем создания соответствующей базы знаний. В большинстве случаев использование оболочек позволяет создавать экспертные системы быстрее и легче в сравнении с программированием.

Вопросы:

1. Характерная особенность семантических сетей?

2. Характерная особенность фреймовых моделей?

3. Характерная особенность продукционных моделей?

4. Перечислите основные компоненты ЭС?

5. Отличие базы знаний от базы данных?

Лекция 12.

Локальные и глобальные компьютерные сети, телекоммуникации.

Компьютерные сети. При физическом соединении двух или более компьютеров образуется компьютерная сеть. В общем случае, для создания компьютерных сетей необходимо специальное аппаратное обеспечение – сетевое оборудование и специальное программное обеспечение – сетевые программные средства.

Назначение всех видов компьютерных сетей определяется двумя функциями:

Ø обеспечение совместного использования аппаратных и программных ресурсов сети;

Ø обеспечение совместного доступа к ресурсам данных.

Для передачи данных компьютеры используют самые разнообразные физические каналы, которые обычно называются средой передачи.

Если в сети имеется специальный компьютер, выделенный для совместного использования участниками сети, он называется файловым сервером.

Группы сотрудников, работающих над одним проектом в рамках локальной сети, называются рабочими группами. В рамках одной локальной сети могут работать несколько рабочих групп. У участников рабочих групп могут быть разные права для доступа к общим ресурсам сети. Совокупность приемов разделения и ограничения прав участников компьютерной сети называется политикой сети. Управление сетевыми политиками называется администрированием сети. Лицо, управляющее организацией работы участников локальной компьютерной сети, называется системным администратором.

Основные характеристики и классификация компьютерных сетей.

По территориальной распространенности сети могут быть локальными, глобальными, и региональными.

Ø Локальная сеть (LAN – Local Area Network) – сеть в пределах предприятия, учреждения, одной организации.

Ø Региональная сеть (MAN – Metropolitan Area Network) – сеть в пределах города или области.

Ø Глобальная сеть (WAN – Wide Area Network) – сеть на территории государства или группы государств.

По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на:

Ø низкоскоростные сети – до 10 Мбит/с;

Ø среднескоростные сети – до 100 Мбит/с;

Ø высокоскоростные сети – свыше 100 Мбит/с.

По типу среды передачи сети разделяются на:

Ø проводные (на коаксиальном кабеле, на витой паре, оптоволоконные);

Ø беспроводные с передачей информации по радиоканалам или в инфракрасном диапазоне.

По способу организации взаимодействия компьютеров сети делят на одноранговые и с выделенным сервером (иерархические сети).

Одноранговая сеть. Все компьютеры равноправны. Любой пользователь сети может получить доступ к данным, хранящимся на любом компьютере.

Достоинство – простота установки и эксплуатации.

Недостаток – затруднено решение вопросов защиты информации.

Такой способ организации используется для сетей с небольшим количеством компьютеров и там, где вопрос защиты данных не является принципиальным.

Иерархическая сеть. При установке заранее выделяются один или несколько серверов – компьютеров, управляющих обменом данных и распределением ресурсов сети. Сервер – это постоянное хранилище разделяемых ресурсов. Любой компьютер, имеющий доступ к услугам сервера называют клиентом сети или рабочей станцией. Сам сервер также может быть клиентом сервера более высокого уровня иерархии. Серверы обычно представляют собой высокопроизводительные компьютеры, возможно, с несколькими параллельно работающими процессорами, винчестерами большой емкости и высокоскоростной сетевой картой.

Достоинство – позволяет создать наиболее устойчивую структуру сети и более рационально распределить ресурсы и обеспечить более высокий уровень защиты данных.

Недостатки:

Ø Необходимость дополнительной ОС для сервера.

Ø Более высокая сложность установки и модернизации сети.

Ø Необходимость выделения отдельного компьютера в качестве сервера.

По технологии использования сервера различают сети с архитектурой файл-сервер и архитектурой клиент-сервер.

Файл-сервер. На сервере хранится большинство программ и данных. По требованию пользователя ему пересылаются необходимая программа и данные. Обработка информации выполняется на рабочей станции.

Клиент-сервер. Хранение данных и их обработка производится на сервере, который выполняет также контроль за доступом к ресурсам и данным. Рабочая станция получает только результаты запроса.

Основные характеристики сетей.

Скорость передачи данных по каналу связи измеряется количеством битов информации, передаваемых за единицу времени – секунду. Единица измерения – бит в секунду.

Часто используется единица измерения скорости — бод. Бод — число изменений состояния среды передачи в секунду. Так как каждое изменение состояния может соответствовать нескольким битам данных, то реальная скорость в битах в секунду может превышать скорость в бодах.

Пропускная способность канала связи. Единица измерения пропускной способности канала связи – знак в секунду.

Достоверность передачи информации оценивают как отношение количества ошибочно переданных знаков к общему числу переданных знаков. Единица измерения достоверности: количество ошибок на знак – ошибок/знак. Этот показатель должен лежать в пределах 10 ^-6 -10 ^-7 ошибок/знак, т.е. допускается одна ошибка на миллион переданных знаков или на десять миллионов переданных знаков.

Надежность каналов связи коммуникационной системы определяется либо долей времени исправного состояния в общем времени работы, либо средним временем безотказной работы. Единица измерения надежности – час. Как минимум, несколько тысяч часов.

Время реакции сети – время, затрачиваемое программным обеспечением и устройствами сети на подготовку к передаче информации по данному каналу. Время реакции сети измеряется миллисекундах.

Объем информации, передаваемой по сети, называется трафиком.

Топология сетей.

Физическая передающая среда ЛВС. Физическая среда обеспечивает перенос информации между абонентами вычислительной сети.

Физическая передающая среда ЛВС представлена тремя типами кабелей: витая пара проводов, коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель.

Витая пара состоит из двух изолированных проводов, свитых между собой. Скручивание проводов уменьшает влияние внешних электромагнитных полей на передаваемые сигналы. Самый простой вариант витой пары — телефонный кабель.

Достоинство витой пары – дешевизна. Недостаток витой пары – плохая помехозащищенность и низкая скорость передачи информации – 0,25-1 Мбит/с.

Коаксиальный кабель обладает более высокой механической прочностью, помехозащищённостью и обеспечивает скорость передачи информации до 10-50 Мбит/с. Для промышленного использования выпускаются два вида коаксиальных кабелей: толстый (»10 мм) и тонкий (»4 мм). Толстый кабель более прочен и передает сигналы нужной амплитуды на большее расстояние, чем тонкий. В то же время тонкий кабель значительно дешевле.

Оптоволоконный кабель – идеальная передающая среда. Он не подвержен действию электромагнитных полей и сам практически не имеет излучения. Последнее свойство позволяет использовать его в сетях, требующих повышенной секретности информации.

Скорость передачи информации по оптоволоконному кабелю более 50 Мбит/с. По сравнению с предыдущими типами передающей среды он более дорог, менее технологичен в эксплуатации.

Основные топологии ЛВС.

Вычислительные машины, входящие в состав ЛВС, могут быть расположены самым случайным образом на территории, где создается вычислительная сеть.

Топология ЛВС – это усредненная геометрическая схема соединений узлов сети. В топологии сетей применяют несколько специализированных терминов:

Ø Узел – любое устройство, непосредственно подключенное к передающей среде сети;

Ø Ветвь сети – путь, соединяющий два смежных узла;

Ø Оконечный узел – узел, расположенный в конце только одной ветви;

Ø Промежуточный узел – узел, расположенный на концах более чем одной ветви;

Ø Смежные узлы – узлы, соединенные, по крайней мере, одним путём, не содержащим никаких других узлов.

Топологии вычислительных сетей могут быть самыми различными, но для ЛВС сетей типичными являются всего три: кольцевая, шинная, звездообразная.

Кольцевая топология предусматривает соединение узлов сети замкнутой кривой – кабелем передающей среды. Выход одного узла сети соединяется со входом другого. Информация по кольцу передается от узла к узлу. Каждый промежуточный узел между передатчиком и приемником ретранслирует посланное сообщение. Принимающий узел распознает и получает только адресованные ему сообщения.

Кольцевая топология является идеальной для сетей, занимающих сравнительно небольшое пространство. В ней отсутствует центральный узел, что повышает надежность сети. В качестве передающей среды используются любые типы кабелей. Но последовательная дисциплина обслуживания узлов такой сети снижает ее быстродействие, а выход из строя одного из узлов нарушает целостность.

Шинная топология – одна из наиболее простых. Она связана с использованием в качестве передающей среды коаксиального кабеля. Данные от передающего узла сети распространяются по шине в обе стороны. Промежуточные узлы не транслируют поступающих сообщений. Информация поступает на все узлы, но принимает сообщение только тот, которому оно адресовано. Дисциплина обслуживания параллельная.

Высокое быстродействие ЛВС. Сеть легко наращивать, и конфигурировать, а также адаптировать к различным системам. Сеть устойчива к возможным неисправностям отдельных узлов, но имеет малую протяженность и не позволяет использовать различные типы кабеля в пределах одной сети. На концах сети устанавливают специальные устройства – терминаторы.

Звездообразная топология базируется на концепции центрального узла, называемого концентратором, к которому подключаются периферийные узлы. Каждый периферийный узел имеет свою отдельную линию связи с центральным узлом. Вся информация передается через центральный узел, который ретранслирует, переключает и маршрутизирует информационные потоки в сети.

Дата добавления: 2014-11-08