Пример. Модели представления знаний

Фреймы

Модели представления знаний

Способ представления знаний оказывает существенное влияние на характеристики и свойства разрабатываемой системы. Поэтому представление знаний является одной из наиболее важных проблем, характерных для систем, основанных на знаниях.

Принято выделять следующие формализмы представления знаний: фреймы, семантические сети, исчисление предикатов первого порядка, продукции и комбинированные модели. Все они являются эвристическими вместе с объектно-ориентированными моделями знаний для статических и динамических систем.

Фрейм – это структура данных, предназначенная для представления стереотипных ситуаций [9]. Пример фрейма показан на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Структура фрейма «Человек»

Фрейм определяется именем и совокупностью слотов. Слоты характеризуют объекты, классы и утверждения и могут иметь значение, либо оставаться незаполненными. Значением слота может быть имя другого фрейма.

Имена слотов постоянны, а их значения – переменная информация, описывающая текущее состояние БД прикладной системы и изменяющаяся в зависимости от текущей ситуации. Иногда в качестве связи между двумя фреймами используются имена фреймов. Для этого в исходном фрейме в значениях слотов имеется обращение к имени фрейма наследования (рис. 2.7).

Рис. 2.7. Структура фрейма наследования

Кроме декларативного и процедурного назначения слоты фрейма могут быть определены принудительно следующим образом:

· слоты, приводящие к выполнению действий в зависимости от полученных фреймом значений при сопоставлении, называются слотами-слугами;

· слоты, которые активизируются вне зависимости от значений других слотов, называются слотами-дьяволами.

Таким образом, фрейм может определять исходные состояния, например, состояние А и переход в новое состояние В на основе исходного описания с помощью фрейма А' в новое состояние, описываемое фреймом В'.

При использовании представления в виде фреймов предполагается, что значения верхних слотов фрейма заданы, а значения нижних − заполняются в соответствии с ситуацией. Фреймы можно сравнить с процедурами в традиционных языках программирования. Описание процедуры в программе соответствует понятию фрейма-прототипа, а выполняемое ей действие − понятию фрейм-реализации.

Использование фреймов предполагает реализацию информационной системы на основе объектно-ориентированного подхода, подразумевающем объединение классов в совокупности однотипных объектов. Объекты имеют свойства, характерные для данного класса. При построении иерархии классов устанавливается соответствие между классами, фреймами и характеристиками объектов со слотами. Родственные свойства объектов наследуются, т.е. объект, находящийся на нижнем уровне классификации, имеет все свойства, присущие данному классу объектов.

К главным и самым важным свойствам объектно-ориентированного подхода относятся:

· абстракция данных, в соответствии с которым объекты представляют собой упрощенное, идеализированное описание реальных сущностей предметной области. Если соответствующие модели адекватны решаемой задаче, то работать с ними намного удобнее, чем с низкоуровневым описанием всех возможных свойств и реакций объекта;

· в соответствии с принципом инкапсуляции, любой класс рассматривается как чёрный ящик. Пользователь класса видит и может использовать только интерфейсную часть класса (т.е. список декларируемых свойств и методов класса) и не вникает в его внутреннюю реализацию. Данные принято инкапсулировать в классе таким образом, чтобы доступ к ним по чтению или записи осуществлялся не напрямую, а с помощью методов. Принцип инкапсуляции (теоретически) позволяет минимизировать число связей между классами и, соответственно, упростить независимую реализацию и модификацию классов. Сокрытие данных — неотделимая часть ООП, управляющая областями видимости и являющаяся логическим продолжением инкапсуляции. Целью сокрытия является невозможность для пользователя узнать или испортить внутреннее состояние объекта. Применительно к представлению в виде фреймов доступ к определенным значениям слотов осуществляется при появлении или отсутствии значений данных в слотах-слугах и слотах-дьяволах;

· полиморфизм – свойство, позволяющее функции (методу) с одним и тем же именем иметь разный программный код (полиморфный код) в зависимости от того, объект какого класса используется при вызове данного метода. Полиморфизм обеспечивается тем, что класс-потомок изменяет реализацию метода класса-предка с обязательным сохранением сигнатуры метода;

· наследование – свойство, отражающее возможность порождать один класс от другого с сохранением всех свойств и методов класса-предка (прародителя или суперкласса) с добавлением, при необходимости, новых свойств и методов.

В отличие от описания процедур в традиционных языках программирования использование фреймов осуществляется не только по имени, но и по состоянию фрейма, описывающего ситуацию. В примере, рассмотренном ниже, это дает возможность получить модель состояния В', имея только часть информации о состоянии А'.

Слоты фрейма А'	Правило
ОПИСАНИЕ	Нахождение в токсичной зоне. Опасность для жизни.
ЕСЛИ (потенциальная релевантность)	Запах ядовитого вещества?
ЕСЛИ (истинная релевантность)	Нахождение в зоне источника токсичности?
ТО <сообщение пользователю>	<не дышать>/<покинуть зону>
ТО <включить в агенду>	<действия, указанные в экспертной системе, системные указания>
Приоритет	Высокий
Частота использования	Включение в агенду 945 Использование при выводе 4 (т.е. правило рассматривалось 945 в списке конфликтующих правил и не исключалось 4 раза)

Представление правила фреймом характеризуется:

· наличием не одного, а нескольких условий и действий для различных уровней анализа правила;

· наличием достаточного количества описательных (невыполняемых) слотов, которые могут быть использованы для реализации управления.

Информация о правиле хранится в нескольких слотах. Это позволяет использовать разную интерпретацию правил, в зависимости от целей разработки ЭС.

Все модели представления данных предназначены для воплощения их в правилах логического вывода. Это основное назначение модели. Модели в правилах представляются утверждениями.

Фрейм-прототип при реализации утверждения включает понятия пространства утверждения.

Фрейм-реализация – это внешние ссылки пространства утверждения и настройка на конкретную ситуацию (см. 1.5.1).

Сценарий (при обработке изображений) – это совокупность взаимосвязанных сцен (для систем обработки изображений) или фреймов.

Дата добавления: 2014-12-29