ЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИЛогические модели реализуются средствами так называемой логики предикатов. Предикат – функция, принимающая только два значения – «истина» и «ложь» и предназначаемая для выражения свойств объектов и связей между ними. Выражение, в котором подтверждается или опровергается наличие каких-либо свойств у объекта наз. высказыванием. Константы логики предикатов служат для именования объектов предметной области. Логические выражения (или высказывания) образуют атомарные (простейшие) формулы. Интерпретация предикатов – множество всех допустимых связываний переменных с константами. При этом связывани я – подстановка констант вместо переменных. Высказывание логически следует из заданных посылок. Оно истинно всегда, когда истинны посылки. Наиболее простым языком логики является исчисление высказываний, в которых отсутствуют переменные. К каждому высказыванию можно приписать значение «истинно» или «ложно». Отдельные высказывания могут соединяться связками «и», «или», «не», которые называются бумейми операторами. Основу исчисления высказываний составляют правила образования сложных высказываний из атомарных. Пример сложных высказываний. А – истинно и В – ложно. А и В истинно.
А и В – логические высказывания, о которых можно сказать, что они истинны или ложны. Исчисление высказываний – недостаточно выразительное средство для обработки знаний, так как в нем не могут быть представлены выражения, включающие переменные с кванторами. Исчисление предикатов с кванторами (логика предикатов) является расширением исчисления высказываний, в которых для выражения отношений предметной области могут использоваться предложения, включающие не только константы, но и переменные.
Предикаты: clear (a), clear (c), ontable (a), ontable (c), on (c,b), cube(a), cube(b), pyram.de(c).
В общем случае модели, основанные на логике предикатов, описываются формальной системой, которая задается четверкой: М = {Т, Р, А, П} Т – множество базовых элементов (алфавит) Р – множество синтаксических правил, на которых можно строить синтаксически корректные предложения А – множество аксиом или несколько синтаксически правильных предложений, заданных априорно П – правила продукций (правило вывода или семантическое правило, с помощью которого можно расширить множество А, добавляя в него синтаксически правильные предложения Главное преимущество логических моделей: возможность непосредственно запрограммировать механизм вывода логически правильных предложений. Однако, с помощью правил, задающих синтаксис языка, нельзя установить истинность или ложность того или иного высказывания. Это распространяется на все языки программирования, реализующие логику предикатов. Высказывание может быть построено синтаксически правильно, но оказаться совершенно бессмысленным. Логические модели представления и манипулирования знаний были особенно популярны в 70-х годах 20 века, особенно с появлением языка пролог. По мере того, как в поле зрения исследователей включались все новые интеллектуальные задачи, стало ясно, что говорить о доказательном выводе можно в небольшом числе случаев, когда проблемная область, в которой решалась задача, формально описана и полностью известна. Но в большинстве задач, где интеллект человека позволяет найти решение, связанное с областями, где знания принципиально не полны, не точны и не корректны. При таких условиях речь может идти только о правдоподобном выводе, при котором окончательный результат получается лишь с некоторой оценкой уверенности в его истинности. Поэтому дальнейшее развитие баз знаний, использующих логические модели, шло по пути работ в области так называемых индуктивных логик, логик «здравого смысла», логик «веры» и др. логических систем, имеющих мало общего с классической логикой. ФРЕЙМ Фрейм – структура данных для представления стереотипных ситуаций. Модель представления данных на основе фреймов использует концепцию организации памяти понимания и обучения человека, предложена в 1979 году М. Минским. Фрейм (рамка) – единица представления знаний, детали которой могут изменятсяв соответствии с текущей ситуацией. Фрейм в каждый момент времени может быть дополнен различной информацией, касающейся способов его применения, последствий этого применения и т.п. Структура фрейма – характеристика описываемой стереотипной ситуации и их значения, которые называются слотами и заполнителями слотов. Структура: (Имя фрейма: Имя слота 1 (значение слота 1); Имя слота 2 (значение слота2);... Имя слота N (значение слотаN)) Значением слота может быть практически что угодно: числа, формулы, тексты на естественном языке, программы, правила вывода или ссылка на другие слоты данного фрейма или других фреймов. В качестве значения слота может быть значение слота более низкого уровня, что позволяет реализовать «принцип матрешки». Фрейм – структура данных, представляющая стереотипную ситуацию. К каждому фрейму присоединяется несколько видов информации. Часть этой информации о том, как использовать фрейм, другая часть – о том, что можно ожидать далее, еще одна часть – что следует делать, если ожидания не подтвердятся. Фрейм можно представить в виде своеобразной таблицы.
В таблице дополнительные столбцы предназначаются для описания способа получения слотом его значения и возможного присоединения к тому или иному слоту специальных процедур, что допускается в теории фреймов. В качестве значения слота может выступать имя другого фрейма. Так образуются сети фреймов. Существует несколько способов получения слотом значения во фрейм экземпляре: 1) по умолчанию от фрейма образца; 2) через наследование свойств от фрейма указанного в слоте АКО; 3) по формуле, указанной в слоте; 4) через присоединяющуюся процедуру; 5) явно из диалога с пользователем; 6) из БД. Важнейшим свойством теории фреймов является так называемое наследование свойств. Это наследование происходит по АКО – связям. A KIND OF (AKO) Слот АКО указывает на фрейм более высокого уровня иерархии, откуда неявно наследуются, т.е. переносятся, значения аналогичных слотов.
В сети фреймов на рисунке понятие «ученик» наследует свойства фреймов «ребенок» и «человек», которые находятся на более высоком уровне иерархии. Так, на вопрос «любят ли ученики сладкое», следует ответ «да», так как этим свойством обладают все дети, что указано во фрейме «ребенок». Наследование может быть частичным, так как возраст учеников не наследуется из фрейма «ребенок», так как указан явно в своем собственном фрейме. Различают статические и динамические системы фреймов. В статических системах фреймов фреймы не могут быть изменены в процессе решения задачи, а в динамических системах фреймов этот допустимо. В системах программирования, основанных на фреймах, говорят, что они являются объектно-ориентированными. Каждый фрейм соответствует некоторому объекту предметной области, а слоты содержат описывающие этот объект данные, т.е. в слотах содержатся значения признаков объекта. Фрейм может быть представлен в виде списка свойств, а если использовать средства БД, то в виде записи. Наиболее ярко достоинства фреймовых систем представления знаний проявляются в том случае, когда родовидовые связи изменяются нечасто и предметная область насчитывает немного исключений. Во фреймовых системах данные о родовидовых связях хранятся явно как и значения других типов. Значения слотов представляются в системе в единственном экземпляре, так как включаются только в один фрейм, описывающий наиболее общие понятия из всех тех, которые содержит слот с данным именем. Такое свойство систем фреймов обеспечивает экономное размещение базы знаний в памяти компьютера. Еще одно достоинства фреймов – значение каждого слота может быть вычислено с помощью соответствующих процедур или найдено эвристическими методами. Фреймы позволяют манипулировать как декларативными, так и процедурными знаниями. Недостатки фреймовых систем: относительно высокая сложность.
|
УЧЕНИК
