Підбір перерізу поздовжньої арматури .

Дата добавления: 2015-10-15; просмотров: 563

При изучении интеллектуальных систем традиционно возникает вопрос - что же такое знания и чем они отличаются от обычных данных, десятилетиями обрабатываемых ЭВМ. Можно предложить несколько рабочих операций, в рамках которых это становится очевидным.

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

При обработке на ЭВМ данные трансформируются, условно проходя следующие этапы:

данные как результат измерений и наблюдений;

данные на материальных носителях информации (таблицы, протоколы, справочники;

модели (структуры) данных в виде диаграмм, графиков, функций;

данные в компьютере на языке описания данных;

базы данных на машинных носителях.

Знания связаны с данными, основываются на них, но представляют результат мыслительной деятельности человека, обобщают его опыт, полученный в ходе выполнения какой-либо практической деятельности. Они получаются эмпирическим путем.

Знания - это выявленные закономерности предметной области (принципы, связи, законы), позволяющие решать задачи в этой области. При обработке на ЭВМ знания трансформируются аналогично данным:

знания в памяти человека как результат мышления;

материальные носители знаний (учебники, методические пособия);

поле знаний - условное описание основных объектов предметной области, их атрибутов и закономерностей, их связывающих;

знания, описанные на языках представления знаний (продукционные языки, семантические сети, фреймы - см. далее);

базы знаний.

Часто используются такие определения знаний:

знания - это хорошо структурированные данные, или данные о данных, или метаданные.

Особенности знаний:

Внутренняя интерпретируемость. Каждая информационная единица должна иметь уникальное имя, по которому ИС находит ее, а также отвечает на запросы, в которых это имя упомянуто. Система в состоянии ответить на вопросы типа "Что тебе известно о Петрове?" или "Есть ли среди специалистов сантехник?".

Структурированность. Информационные единицы должны обладать гибкой структурой. Для них должен выполняться "принцип матрешки", т.е. рекурсивная вложимость одних информационных единиц в другие. Каждая информационная единица может быть включена в состав любой другой, и из каждой информационной единицы можно выделить некоторые составляющие ее информационные единицы. Другими словами, должна существовать возможность произвольного установления между отдельными информационными единицами отношений типа "часть - целое", "род - вид" или "элемент - класс".

Связность. В информационной базе между информационными единицами должна быть предусмотрена возможность установления связей различного типа. Прежде всего эти связи могут характеризовать отношения между информационными единицами. Семантика отношений может носить декларативный или процедурный характер. Например, две или более информационные единицы могут быть связаны отношением "одновременно", две информационные единицы - отношением "причина - следствие" или отношением "быть рядом". Приведенные отношения характеризуют декларативные знания. Если между двумя информационными единицами установлено отношение "аргумент - функция", то оно характеризует процедурное знание, связанное с вычислением определенных функций. Между информационными единицами могут устанавливаться и иные связи, например, определяющие порядок выбора информационных единиц из памяти или указывающие на то, что две информационные единицы несовместимы друг с другом в одном описании.

Семантическая метрика. На множестве информационных единиц в некоторых случаях полезно задавать отношение, характеризующее ситуационную близость информационных единиц, т.е. силу ассоциативной связи между информационными единицами. Его можно было бы назвать отношением релевантности для информационных единиц. Такое отношение дает возможность выделять в информационной базе некоторые типовые ситуации (например, "покупка", "регулирование движения на перекрестке"). Отношение релевантности при работе с информационными единицами позволяет находить знания, близкие к уже найденным.

Активность. Как и у человека, в ИС актуализации тех или иных действий способствуют знания, имеющиеся в системе. Таким образом, выполнение программ в ИС должно инициироваться текущим состоянием информационной базы. Появление в базе фактов или описаний событий, установление связей может стать источником активности системы.

Перечисленные пять особенностей информационных единиц определяют ту грань, за которой данные превращаются в знания, а базы данных перерастают в базы знаний (БЗ). Совокупность средств, обеспечивающих работу с знаниями, образует систему управления базой знаний (СУБЗ). В настоящее время не существует баз знаний, в которых в полной мере были бы реализованы внутренняя интерпретируемость, структуризация, связность, введена семантическая мера и обеспечена активность знаний.

Существует множество способов определять понятия. Один из широко применяемых способов, основан на идее интенсионала. Интенсионал понятия - это определение через понятие более высокого уровня абстракции с указанием специфических свойств. Этот способ определяет знания. Другой способ определяет понятие через перечисление понятий более низкого уровня иерархии или фактов, относящихся к определяемому. Это есть определение через данные, или экстенсионал понятия.

Пример. Понятие "персональный компьютер". Его интенсионал: “Персональный компьютер - это дружественная ЭВМ, которую можно поставить на стол и купить менее чем за 30000 – 40000 тыс. руб".

Экстенсионал этого понятия: "Персональный компьютер - это Mac, IBM PC, Sinkler...".

Для хранения данных используются базы данных (для них характерны большой объем и относительно небольшая удельная стоимость информации), для хранения знаний - базы знаний (небольшого объема, но исключительно дорогие информационные массивы). База знаний - основа любой интеллектуальной системы.

Знания могут быть классифицированы по следующим категориям:

· поверхностные - знания о видимых взаимосвязях между отдельными событиями и фактами в предметной области;

· глубинные - абстракции, аналогии, схемы, отображающие структуру и процессы в предметной области.

Современные интеллектуальные системы работают в основном с поверхностными знаниями. Это связано с тем, что на данный момент нет адекватных моделей, позволяющих работать с глубинными знаниями.

Кроме того, знания можно разделить на процедурные и декларативные. Исторически первичными были процедурные знания, т.е. знания, "растворенные" в алгоритмах. Они управляли данными. Для их изменения требовалось изменять программы. Однако с развитием искусственного интеллекта приоритет данных постепенно изменялся, и все большая часть знаний сосредоточивалась в структурах данных (таблицы, списки, абстрактные типы данных), т.е. увеличивалась роль декларативных знаний.

Сегодня знания приобрели чисто декларативную форму, т.е. знаниями считаются предложения, записанные на языках представления знаний, приближенных к естественному и понятных неспециалистам.

Все предметы и события, составляющие основу необходимой для решения задачи информации, называются предметной областью. Мысленно предметная область представляется состоящей из реальных компонент, называемых сущностями. Сущности каждой конкретной предметной области находятся между собой в определенных отношениях. Отношения между сущностями описывают посредством суждений. Суждения в каждом языке (как естественном, так и формальном) выражают в виде предложений.

Языки предназначенные для описания предметных областей называются языками представления знаний. Универсальным языком представления знаний является естественный язык, но применение естественного языка для машинного представления знаний наталкивается на ряд препятствий, главным из которых является отсутствие формальной семантики естественного языка. Семантика – это смысловое значение единиц языка.

Для представления математического знания пользуются формальными логическими языками – исчислением высказываний и исчислением предикатов. Эти языки имеют ясную формальную семантику и для них разработаны формальные методы логического вывода. Поэтому исчисление предикатов было первым логическим языком, который стали применять для формального описания пригодных для этого предметных областей. Описания предметных областей, выполненные в логических языках, называются логическими моделями. Логические модели, построенные с применением языков логического программирования, широко применяются в базах знаний систем искусственного интеллекта и экспертных систем.

Метод представления знаний – совокупность взаимосвязанных средств формального описания знаний и оперирования (манипулирования) этими описаниями (аналог модели данных в теории Баз Данных – понятие концептуального уровня)

Существуют десятки моделей (или языков) представления знаний для различных предметных областей. Большинство из них может быть сведено к следующим классам:

продукционные;

семантические сети;

фреймы;

формальные логические модели.

3.1. Формы представления знаний: императивные, декларативные, комбинированные формы представления знаний

Человек для решения какой-либо задачи использует собственные и другие знания. Для выполнения той же работы с помощью компьютера необходимо этим знаниям придать определенную форму, чтобы представить их в компьютере, а также составить программу для компьютера, решающую задачу с использованием знаний. В самом общем плане формы представления знаний делят на императивные, декларативные и комбинированные.

Императивные формы представления знаний - это традиционные (процедурные) способы описания процессов решения задач в виде последовательностей операций над данными, совершаемых согласно заданным алгоритмам или формулам (как, например, последовательность операций вычисления выражения ).

В процедурах знания (связи, зависимости, законы) представлены (учтены) неявно - в организации вычислительного процесса, в структуре программы решения задачи, в характере и последовательностях операций.

По этой причине императивная форма представления знаний наиболее эффективна с вычислительной точки зрения (по затратам времени и памяти на решение задачи), поскольку в процедурах поиска решения глубоко учитывается специфика конкретной проблемной области (ПО) и решаемой задачи, что является важным фактором при создании систем, работающих в реальных условиях (в системах реального времени).

Главный недостаток этой формы представления знаний - сложность внесения изменений, что делает ее непригодной для применения в слабо изученных и изменяющихся ПО.

Императивные формы представления - команды, требования - эта та форма знаний, которая используется в языка программирования (например, Паскаль, С++).

Декларативные формы представления знаний разработаны в рамках исследований по искусственному интеллекту.

Их отличительная особенность в том, что знания относительно ПО в этом случае описываются в виде совокупности утверждений, характеризующих состав, свойства, законы строения и поведения. Знания в этой форме можно использовать для решении любых задач, связанных с данной ПО. Постановка задачи в этом случае сводится к описанию свойств искомого решения (цели), способ же поиска решений (механизм поиска, "машина" вывода) универсален и не зависит ни от поставленной задачи, ни даже от ПО, что весьма важно при описании слабо изученных и изменяющихся ПО.

Главный недостаток этой формы представления знаний - низкая вычислительная эффективность (по затратам времени и памяти), поскольку в процедурах поиска решения не учитывается специфика решаемой задачи и ПО, что делает эту форму непригодной для применения в системах реального времени.

Декларативные формы представления знаний - знания представленные в виде утверждений, описывающих объекты, их свойства, но не дают инструкций, как решать задачу. Они используются в продукционных, редукционных, и логических языках (Пролог, Lisp).

Комбинированные формы описания знаний создаются, чтобы преодолеть недостатки и сохранить достоинства императивной и декларативной форм. Достигается это за счет того, что хорошо обоснованная, устойчивая и формализованная часть знания воплощается в эффективных процедурах, а слабо изученная и изменчивая составляющая знания представляется в декларативной форме.

Главный недостаток комбинированных форм представления знаний - трудность их теоретизации из-за их составного характера, что препятствует созданию теоретически обоснованных методов построения баз знаний с использованием таких форм представления знаний.