Вивчення нового матеріалу .

Дата добавления: 2015-10-15; просмотров: 488

В данном разделе будут рассмотрены вопросы организации (структурирования) знаний, не зависящие от используемой модели представления знаний. Вопросы организации знаний необходимо рассматривать в любом представлении, и их решение в значительной степени не зависит от выбранного способа (модели) представления. Выделим следующие аспекты проблемы организации знаний:

1) организация знаний по уровням представления и по уровням детальности;

2) организация знаний в рабочей памяти;

3) организация знаний в базе знаний.

Организация знаний по уровням представления и по уровням детальности

С точки зрения организации знания целесообразно рассматривать, по крайней мере, в двух аспектах: 1) по уровням представления, 2) по уровням детальности. Каждый из аспектов образует свою иерархию уровней.

Для того чтобы ЭС могла управлять процессом поиска решения, была способна приобретать новые знания и объяснять свои действия, она должна уметь не только использовать свои знания, но и обладать способностью "понимать" и исследовать их. Говоря иными словами, ЭС должна иметь знания о том, как представлены ее знания о проблемной области. Если знания о проблемной области назвать знаниями нулевого уровня представления, то первый уровень представления содержит метазнания, т. е. знания о том, как представлены во внутреннем мире системы знания нулевого уровня. Первый уровень содержит знания о том, какие средства используются для представления знаний нулевого уровня. Знания первого уровня играют существенную роль при управлении процессом решения, при приобретении и объяснении действий системы. В связи с тем, что знания первого уровня не содержат отсылок к знаниям нулевого уровня, знания первого уровня не зависимы от проблемной области.

Число уровней представления может быть увеличено. Можно говорить о втором уровне представления, содержащем сведения о знаниях первого уровня, т. е. знания о представлении базовых понятий первого уровня. Разделение знаний по уровням представления обеспечивает расширение области применимости системы. Единый процесс интерпретации знаний может быть использован как с выбранным специфическим представлением в различных проблемных областях, так и с независимым представлением в различных представлениях.

Выделение уровней детальности позволяет рассматривать знания с различной степенью подробности. Количество уровней детальности во многом определяется спецификой решаемых задач, объемом знаний и способом их представления. Выделяется не менее трех уровней детальности, отражающих: 1) общую организацию знаний, 2) логическую организацию, 3) физическую организацию отдельных структур знаний. Введение нескольких уровней детальности обеспечивает дополнительную степень гибкости системы, т. к, позволяет производить изменения на одном уровне, не затрагивая другие. Изменения на одном уровне детальности могут приводить к дополнительным изменениям на том же уровне, что оказывается необходимым для обеспечения согласованности структур данных и программ. Однако наличие различных уровней препятствует распространению изменений с одного уровня на другие.

Организация знаний в рабочей памяти

Рабочая память (РП) экспертных систем предназначена для хранения данных. Данные в рабочей памяти могут быть однородны или разделяются на уровни по типам данных. В последнем случае на каждом уровне РП хранятся данные соответствующего типа. Выделение уровней усложняет структуру ЭС, но делает систему более эффективной. Например, можно выделить уровень планов, уровень агенды (конфликтного набора) и уровень данных предметной области (уровень решений).

В существующих ЭС данные в РП рассматриваются как изолированные или как связанные. В первом случае РП состоит из множества простых элементов, а во втором - из одного или нескольких (при нескольких уровнях в РП) сложных элементов. При этом сложный элемент соответствует множеству простых, объединенных в единую сущность. Теоретически оба подхода обеспечивают полноту, но использование изолированных элементов в сложных предметных областях приводит к потере эффективности. В случае РП, состоящей из изолированных элементов, операцию соотнесения данных правилам называют операцией сопоставления, а в случае РП, содержащей сложный элемент, эту операцию называют операцией классификации. Алгоритм классификации более сложен.

Данные в РП в простейшем случае являются константами и (или) переменными. При этом переменные могут трактоваться как характеристики некоторого объекта, а константы - как значения соответствующих характеристик. Если в РП требуется анализировать одновременно несколько различных объектов, описывающих текущую проблемную ситуацию, то необходимо указывать, к каким объектам относятся рассматриваемые характеристики. Одним из способов решения этой задачи является явное указание того, к какому объекту относится характеристика. Это приводит к появлению в РП объектов со списками свойств, содержащими имена характеристик и их значения. Так, например, в MYCIN используется тройка: "объект - атрибут - значение".

В случае РП, состоящей из сложного элемента, связь между отдельными объектами указана явно, например, заданием семантических отношений. При этом каждый объект может иметь свою внутреннюю структуру. Необходимо отметить, что для ускорения поиска и сопоставления данные в РП могут быть связаны не только логически, но и ассоциативно.

Организация знаний в базе знаний

В данном разделе будет рассмотрена организация предметных и управляющих знаний. Особое внимание уделяется именно этим знаниям по следующим причинам: во-первых, это основные знания системы как по значимости, так и по объему; во-вторых, именно эти знания оказывают наибольшее влияние на качество и эффективность работы системы; в-третьих, вопросы организации неинтерпретируемых знаний не представляются сложными в связи с простыми способами обработки этих знаний.

Показателем интеллектуальности системы с точки зрения представления знаний считается способность системы использовать в нужный момент необходимые (релевантные) знания. Системы, не имеющие средств для определения релевантных знаний, неизбежно сталкиваются с проблемой "комбинаторного взрыва". Можно утверждать, что эта проблема является одной из основных причин, ограничивающих сферу применения ЭС. С точки зрения доступа к знаниям можно выделить три аспекта проблемы: связность знаний (и , в частности, данных); механизм доступа к знаниям и способ сопоставления.

Связность (агрегация) знаний является основным способом, обеспечивающим ускорение поиска релевантных знаний. Все знания, характеризующие некоторый объект области, связываются и представляются в виде отдельного блока (unit). При подобной организации знаний, если системе потребовалась информация о некоторой сущности, то она ищет блок, описывающий эту сущность, а затем уже внутри блока отыскивает информацию о данной сущности. В блоках целесообразно выделить два типа связок между элементами: внешние и внутренние. Внутренние связки объединяют элементы в единый блок и предназначены для выражения структуры блока. Внешние связки отражают взаимозависимости, существующие между блоками в области экспертизы. Внешние связки логические и ассоциативные. Логические связки выражают семантические отношения между элементами знаний. Ассоциативные связки предназначены для обеспечения взаимосвязей, способствующих ускорению процесса поиска уместных решений. Введение ассоциативных связок обосновывается тем, что логические связки не могут успешно решать и задачи семантической обработки (понимания и вывода), и задачи поиска.

Основной проблемой при работе с большой базой знаний является проблема поиска знаний, релевантных решаемой задаче. В связи с тем, что в обрабатываемых данных может не содержаться явных указаний на значения, требуемые для их обработки, необходим более общий механизм доступа, чем метод прямого доступа (метод явных ссылок). Задача этого механизма состоит в том, чтобы по некоторому описанию объекта, имеющемуся в РП, найти в базе знаний блоки, удовлетворяющие этому описанию. Очевидно, что упорядочение и структурирование знаний может значительно ускорить процесс поиска. Нахождение нужных объектов в общем случае уместно рассматривать как двухэтапный процесс. На первом этапе, соответствующем процессу выбора, по ассоциативным связкам совершается предварительный выбор в базе знаний потенциальных кандидатов на роль нужных объектов. На втором этапе путем выполнения операции сопоставления потенциальных кандидатов с описаниями кандидатов осуществляется окончательный выбор нужных объектов. При организации подобного механизма доступа возникают определенные трудности: как выбрать критерий пригодности кандидата, как организовать работу в конфликтных ситуациях и т.п.

Операция сопоставления может использоваться не только как средство выбора нужного объекта из множества кандидатов. Данная операция может быть использована для классификации, подтверждения, декомпозиции и коррекции. Для идентификации неизвестного объекта он может быть сопоставлен с некоторыми известными образцами. Это позволит классифицировать неизвестный объект как такой известный образец, при сопоставлении с которым были получены лучшие результаты. При поиске сопоставление используется для подтверждения некоторых кандидатов из множества возможных. Если осуществлять сопоставление некоторого известного объекта с неизвестным описанием, то в случае успешного сопоставления будет осуществлена частичная декомпозиция описания. Иногда операция сопоставления может быть использована для коррекции, осуществляемой на основе вида неудачи, возникшей при сопоставлении.

Операции сопоставления весьма разнообразны. Можно выделить следующие их формы: синтаксическое сопоставление, параметрическое сопоставление, семантическое сопоставление и принуждаемое сопоставление. В случае синтаксического сопоставления соотносят формы (образцы), а не содержание объектов. Термин "форма" (образец) употребляется в классическом смысле. Чтобы упростить процесс сопоставления, все образцы хранятся в едином каноническом представлении. Успешным считается сопоставление, в результате которого образцы оказываются идентичными. Обычно считается, что переменная одного образца может быть идентична любой константе (или выражению) другого образца. Иногда на переменные, входящие в образец, накладывают требования, определяющие тип констант, с которыми они могут сопоставляться. Результат синтаксического сопоставления является бинарным: образцы сопоставляются или не сопоставляются. В параметрическом сопоставлении вводится параметр, определяющий степень сопоставления. В случае семантического сопоставления соотносятся не образцы объектов, а их функции. В случае принуждаемого сопоставления один сопоставляемый образец рассматривается с точки зрения другого. В отличие от других типов сопоставления здесь всегда может быть получен положительный результат. Вопрос состоит в "силе" принуждения. Принуждение могут выполнять специальные процедуры, связываемые с объектами. Если эти процедуры не в состоянии осуществить сопоставление, то система сообщает, что успех может быть достигнут только в том случае, если определенные части рассматриваемых сущностей можно считать сопоставляющимися.