Лекция 3. Прикладные системы, ориентированные на знания

Популярность и значимость искусственного интеллекта как основы новой информационной технологии определяются двумя обстоятельствами. Непрограммирующим специалистам (конечным пользователям) обеспечивается прямой доступ к современным вычислительным комплексам для решения своих задач в диалоговом режиме. В диалоговом режиме непрограммирующие пользователи могут производить оценку ситуаций и принятие решений в математически слабо формализованных отраслях знаний (медицина, биология, геология, химия, общественные науки, военное дело и т.п.).

1 Монитор

2 Система общения 3 Система накопления и ведения знаний 4 База знаний и база данных 5 Система логического вывода 6 Система объяснения 7 Исполнительная система

8 Планировщик решения прикладных задач 9 Библиотека прикладных программ и библиотека программных модулей 10 Функциональная семантическая сеть 11 Средства обеспечения санкционирования доступа к системе распределенных баз знаний и данных 12 Средства коллективного решения задач

Рис.8.

1,2,3,4,5 – интеллектуальные ИПС; 1,2,4,8,9,10 – интеллектуальные ППП;

1,2,3,4,5,6,7 – ЭС; 1,2,4,8,9,10 – РЛС; 1,2,3,4,5,6,7,11 – распределенные ЭС;

1,2,3,4,5,6,7,12 – ЭС коллективного пользования;

1,2.3,4,5,6,7,8,9,10,11,12 – обобщенные прикладные интеллектуальные системы.

На рис.8. представлены основные функциональные подсистемы, характерные для всех трех типов прикладных интеллектуальных систем.

Левая часть таблицы содержит подсистемы, характерные для ЭС, а правая – подсистемы, характерные для ИППП и РЛС. Пунктирные стрелки указывают на соответствие подсистем в левой и правой частях таблицы. Объединение этих двух таблиц приводит к ЭС с сильно развитой вычислительной компонентой или к РЛС с сильно развитой экспертной компонентой.

Основные проблемы искусственного интеллекта. Представление знаний.

Термин «знания» в применении к информации появился не слишком давно (на более раннем этапе в ходу были термины «программа» и «данные»). Для специалистов в области искусственного интеллекта термин знания означает информацию, которая необходима программе, чтобы она вела себя интеллектуально. Знания - это выявленные закономерности предметной области (принципы, связи, законы), позволяющие решать задачи в этой области. Знания представленные в интеллектуальной системе, образуют базу знаний.

Представления знаний – это соглашение о том, как описывать реальный мир. В естественных и технических науках принят следующий традиционный способ представления знаний. На естественном языке вводятся основные понятия и отношения между ними. Но при этом используются ранее определенные понятия и отношения, смысл которых уже известен. Далее устанавливается соответствие между характеристиками (чаще всего количественными) понятий знания и подходящей математической моделью. Основная цель представления знаний – строить математические модели реального мира и его частей, для которых соответствие между системой понятий проблемного знания может быть установлено на основе совпадения имен переменных модели и имен понятий без предварительных пояснений и установления дополнительных неформальных соответствий. Представление знаний обычно выполняется в рамках той или иной системы представления знаний.

Системой представления знаний (СПЗ) называют средства, позволяющие описывать знания о предметной области с помощью языка представления знаний, организовать хранение знаний в системе (накопление, анализ, обобщение и организация структурированности знаний), выводить новые знания и объединять их с имеющимися, выводить новые знания из имеющихся, находить требуемые знания, устранять устаревшие знания, осуществлять интерфейс между пользователем и знаниями.

Данные – это отдельные факты, характеризующие объекты, процессы и явления в предметной области, а также их свойства.

Можно указать четыре причины, которые позволяют говорить не о данных, а о знаниях, используемых в ЭВМ.

1. Внутренняя интерпретируемость. Каждая информационная единица должна иметь уникальное имя, по которому интеллектуальная система (ИС) находит её, а также отвечает на запросы, в которых это имя упомянуто. Когда данные, хранящиеся в памяти, были лишены имен, то отсутствовала возможность их идентификации системой. Данные могла идентифицировать лишь программа, извлекающая их из памяти по указанию программиста, написавшего программу. Что скрывается за тем или иным двоичным кодом машинного слова, системе было неизвестно. Для машины все эти сведения одинаковы и однотипны. ЭВМ их интерпретирует как двоичные числа, над которыми совершаются те или иные операции. Первый шаг на пути к знаниям заключается в том, чтобы сообщить ЭВМ эти сведения, дать ей возможность интерпретировать данные и свои действия с ними на содержательном уровне.

2. Структурированность. Одной из фундаментальных особенностей человеческого познания окружающего мира является его способность к декомпозиции наблюдаемых объектов, умению выделять в них отдельные элементы и связи между ними. Это позволяет человеку воспринимать любой объект как некоторую структуру. Именно это свойство позволяет представлять объекты в виде совокупности более простых и познавать свойства нового объекта через свойства тех, что входят в его структуру. Информационные единицы должны были обладать гибкой структурой. Для них должен выполняться “принцип матрешки”, т.е. рекурсивная вложенность одних информационных единиц в другие. Каждая информационная единица может быть включена в состав любой другой, и из каждой единицы можно выделить некоторые её составляющие. Другими словами должна существовать возможность произвольного установления между отдельными информационными единицами отношений типа “часть – целое”,” род – вид” или “элемент – класс”.

Свойство структурированности отражается в том, что соответствующие понятия оказываются соединенными между собой связями типа «часть-целое», «класс-элемент», «род-вид» и т.п. Такие связи образуют в нашей памяти иерархии понятий и позволяют вводить новые понятия, объединяющие в себе множества понятий, соответствующих реальным объектам внешнего мира. Так возникают понятия типа «дерево», «млекопитающее», «мебель». Знания, представимые в ЭВМ, должны обладать такой же способностью к образованию иерархий, введению новых обобщенных понятий на составляющие их понятия и отношения между ними. Сделать это можно различным и способами. Один из них – явное указание хранящихся в базе информации тех ее единиц, которые являются для них видовыми. На рис.9 показано, как организуется такая взаимосвязь. Описание каждой информационной единицы на этом рисунке состоит из двух частей: информации, относящейся к данной единице, и ссылок на родовые единицы (видовые единицы).

Мебель

Стулья
	Столы

Сиденья

Шкафы

Ножки

Зеркала

Дверцы

Рис.9.

Важной особенностью такой организации является возможность однократной записи информации. Например, вся информация, общая для всех стульев, записана только один раз в единице информации, названной стулья, а вся информация, общая для всей мебели, записана также только один раз в единице мебель и не повторяется в единицах стулья, столы, шкафы и т.д. При необходимости получения на данном уровне детализации всей информации, относящейся к выбранной информационной единице, нужно пройти от нее вверх до самой последней в иерархии родовой единицы и собрать на этом пути всю недостающую информацию. Допускаются и такие связи, при которых видовая единица связана с несколькими родовыми единицами. Такая ситуация в нашем примере имеет место для информационной единицы ножка.

3. Связанность. Особое значение имеют для нас те связи между знаниями, которые устанавливают закономерности между отдельными единицами информации – фактами, процессами, явлениями, а также определяют структуру той ситуации, в рамках которой наблюдаются сущности, которым соответствуют эти информационные единицы. В информационной базе между информационными единицами должна быть предусмотрена возможность установления связей различного типа. Прежде всего, эти связи могут характеризовать отношения между информационными единицами. Например: две или более информационные единицы могут быть связаны отношением «одновременно», две информационные единицы - отношением «причина – следствие» или отношением «быть рядом».

Поясним это на примере описания такой ситуации: «Среди сада в тени развесистых кленов, стояла старенькая серенькая беседка – три ступеньки вверх, обомшелый помост, низенькие стены, шесть точеных пузатых столбов и шестискатная кровелька. Марта сидела в беседке…». Выделим в этой ситуации основные единицы информации и установим между ними связи. Здесь имеется целый комплекс единиц, связанных между собой родовой единицей «беседка». В отношении часть-целое к ней находятся «ступеньки», «помост», «стены», «столбы» и «кровелька». Кроме этих единиц, можно выделить следующие: «сад». «тень», «клены», «Марта». Эти единицы связаны между собой и с единицей «беседка» связями иного типа, чем родо-видовая связь. Эти связи носят ситуативный характер. Например, между «Мартой» и «беседкой» имеется пространственная связь типа «находиться в», а между «кленами» и «тенью» – связь «причина – следствие».

Полная структура взаимосвязей показана на рис.10. По умолчанию между всеми вершинами в этой сети имеется также отношение «быть одновременно».

Приведенные отношения характеризуют декларативные знания. Если между двумя информационными единицами установлено отношение «аргумент – функция», то он характеризует процедурное знание, связанное с вычислением определенных функций. Существуют - отношения структуризации, функциональные отношения, каузальные отношения и семантические отношения. С помощью первых задаются иерархии информационных единиц, вторые несут процедурную информацию, позволяющие вычислять (находить) одни информационные единицы через другие, третьи задают причинно следственные связи, четвертые соответствуют всем остальным отношениям.

Перечисленные три особенности знаний позволяют ввести общую модель представления знаний, которую можно назвать семантической сетью, представляющей собой иерархическую сеть в вершинах которой находятся информационные единицы.

Сад находится в центре

находится в

Тень

причина-следствие

	Клены

находится в Беседка

	Марта

Рис.10

Дата добавления: 2014-01-07