Интеллектуальные диалоговые системы / 21-40 лицо

Знания – это закономерности предметной области (принципы, законы, связи), полученные в результате практической деятельности и профессионального опыта, позволяющие специалистам ставить и решать задачи в данной области.

На состав и структуру знаний, используемых в СОЗ, влияет ряд факторов. Наиболее значимые:

1.Тип ПРО. 1.1 Х-ки предм.области. Понятийная структура: простые или сложные понятия. Простые – тройка <N,I,E> N-имя понятия, I-интенсионал (класс), E-экстенс.(образец класса). Сложные – образованы из простых путем применения некоторых правил.

1.2 Фиксир. или переменный состав сущностей (меняются ли сущ. от консультации к консультации). 1.3 Способы рассуждений, принятые в предм.Обл.: дедуктивный/индуктивный способ, рассуждение по аналогии или прецедентам, рассужд.путем выдвижения гипотез. Дедуктивным способом рассуждений наз-ся способ получения достоверных знаний на основе перехода от знаний большей общности к знаниям меньшей общности, а также установление достоверности честных случаев на основании общих утверждений.Индуктивный–правдоподобных, и наоборот.По аналогии – получ.правдопод. знаний о св-х некот. элементов на основании из сходства с другими элементами.

1.4 Тип предм.Обл.Статический (входные данные не изменяются во время сеанса работы СОЗ), динамический (вх.данные, поступающие от внешних источников, изменяются во времени.) 1.2.Х-ки типов решаемых задач.Задачи анализа/синтеза, статические/динамич., частность/общность задач, представляемость в виде исполняемых утверждений(правил. формул).

2.Особенности структуры СОЗ: простая/интегрированная СОЗ, структурированная/неструкт. БЗ, возможности средств создания и отладки БЗ.

3.Требования и цели пользователя СОЗ: к очередности решения наборов задач, к структуре диалога, к объяснительным способностям, к форме общения: ЕЯ/формальный язык/система меню/ многооконная графика.

21

База знаний в G2 может состоять из 1 или неск. компонентов, называемых подулями.Под модулем БЗ понимается элемент физической декомпозиции БЗ на компоненты.Каждый модуль может разрабатываться независимо от других.Файлы модульной БЗ имеют расширение .kb Для того чтобы при загрузке модуля автоматически загружались другие – их имена указываются в атрибуте directly required modules системной таблицы этого модуля. Таким образом образуется иерархия модулей, просмотреть которую можно командой inspect главного меню.

Для логического группирования компонентов БЗ используется понятие рабочего пространства (workspace).РП – контейнер, на котором могут быть размещены все прочие элементы БЗ. Идентификация РП производится по его имени.Существует возможность для любого постоянного объекта в БЗ создать его подпространство, таким образом появляется понятие иерархи подпространств; просмотреть ее – тоже inspect. <далее вода>

Сущности в БЗ с тз их использования м.б. разделены на структуры данных (объекты и их классы, связи, отношения, переменные, параметры и тд) и исполняемые утверждения (правила, процедуры, формулы, ф-ции). Объект – объект реального мира в приложении. Выд постоянные и врем объекты. Пост объекты заносятся БЗ разработчиком в процессе диалога с сист. Врем об создаются после выполнения спец команд в правилах и процедурах. С каждым об ассоциир табл атрибутов, элемент этой табл – пара «атрибут - эначение». Объекты могут иметь графич образы, отбраж на экране дисплея – пиктограммы.

Связь – класс для изображения путей между объектами; - взаимосвязь между двумя сущностями, задаваемая разработчиком приложения и имеющая графич представление. Отношение – поименованная взаимосвязь между двумя сущностями. Отличия связей и отношений: - св задаются разработчиком в процессе создания ЭС, а отнош устанавливаются динамически после выполнения спец операторов в правилах или процедурах; - св имеют графич представление, а отнош нет; - отнош нецелесообразно хранить в качестве постоянной части БЗ.

Классы описаний классов – определяют классы, экземпляры котор содержат созданные пользователем описания классов. Классы языка G2 – исп для определения разли элементов языка G2 (правила, отношения и тд). Основа исполняемых утверждений БЗ – правила и процедуры.

23

Знания – закономерности ПрО (принципы, законы, связи), полученные в результате практич. деятельности и проф.опыта, позволяющие специалистам ставить и решать задачи в данной области.

Знания имеют более сложную структуру,чем данныеУровни существования знаний(слева) и данных:

1	знания в памяти чел‑ка	результат наблюдений над объектами или данными в памяти чел‑ка
2	материализированные знания (учебники, справочники и т.д.)	фиксация данных на материальном носителе (таблицы, графики)
3	поле знаний (структур. полуформ. описание ЗН1 и ЗН2)	модель данных (некоторая схема описания, связывающая несколько объектов
4	знания на ЯПЗ	данные на языке описания данных
5	база знаний в ЭВМ (на машинных носит. информации)	база данных на машинных носителях информации
	выделяют три уровня знаний: знания, поле знаний и база знаний	выделяют три уровня данных: 1 (внешний), 3 (логический) и 5 (физический)

Общая совокупность специфичных признаков знаний:

1) имеют более сложную структуру чем данные

2) задаются как экстенсионально (через набор фактов) так и интенсионально (через свойства)

3) внутренняя интерпретируемость (возможность хранения "избыточной" системы имен)

4) рекурсивная структурированность (возможность расчленения и объединения как "матрешку")

5) взаимосвязь единиц знаний (можно устанавливать различные отношения, отражающие семантику и прагматику связей отдельных явлений и смысл системы в целом)

6) наличие семантического пространства с метрикой (возможность определять близость/удаленность различных информ. единиц)

7) активность знаний (можно ставить и достигать цели,строить процедуры решения задач)

8)функциональная целостность(возможность выбора желаемого результата, времени и средств его получения) 25

БЗ знаний в G2 может состоять из 1 или неск. компонентов, называемых подулями. Под модулем БЗ понимается элемент физической декомпозиции БЗ на компоненты. Каждый модуль может разрабатываться независимо от других. Файлы модульной БЗ имеют расширение .kb Для того чтобы при загрузке модуля автоматически загружались другие – их имена указываются в атрибуте directly required modules системной таблицы этого модуля. Таким образом образуется иерархия модулей, просмотреть которую можно командой inspect главного меню.

Для логического группирования компонентов БЗ используется понятие рабочего пространства (workspace).РП – контейнер, на котором могут быть размещены все прочие элементы БЗ. Идентификация РП производится по его имени.Существует возможность для любого постоянного объекта в БЗ создать его подпространство, таким образом появляется понятие иерархи подпространств; просмотреть ее – тоже inspect.

Класс – основа представления знаний в G2. Структуры данных представл в виде классов объектов (определений объектов), имеющих определенные атрибуты. Классы наслед атрибуты от суперклассов и передают свои атриб подклассам. Каждый класс (кроме корневого) может иметь конкретные экземпляры.Сущности в БЗ с тз их использования м.б. разделены на структуры данных (объекты и их классы, связи, отношения, переменные, параметры и тд) и исполняемые утверждения (правила, процедуры, формулы, ф-ции). Объект – объект реального мира в приложении. Выд постоянные и врем объекты. Временные объекты создаются после выполнения спец команд в правилах и процедурах. С каждым объектом ассоциир табл атрибутов, элемент этой табл – пара «атрибут - эначение».Основа исполняемых утверждений БЗ – правила и процедуры. 5 типов правил: if-правило, initially, unconditionally, when, whenever. Каждый из типов правил м.б. как общим (относ ко всему классу), так и специализированным (относ к конкретным экземплярам класса).Процедурный подход предпочтителен, когда необход вып жесткую посл-ть действий. Кроме стандартных управляющих конструкций Паскаля, язык G2 расширен элементами, учит работу процедуры в реальном вр, + итераторы – позвол организовать цикл над мн-вом экземпляров класса. 27

Представление знаний в СОЗ: состав и организация знаний

Знания – это закономерности предметной области (принципы, законы, связи), полученные в результате практической деятельности и профессионального опыта, позволяющие специалистам ставить и решать задачи в данной области.

Классифик знаний: 1.по «глубине»: поверхностные (совокупность эмпиричесикх ассоциаций и причинно-следств отношений между понятиями предмет обл); глубинные (абстракции, образы, аналогии, в котор отраж понимание структуры предмет обл и взаимосв отдел понятий).

2.по «жесткости»: жесткие (позволяют получать однозначные четкие рекомендации при заданных нач. усл.); мягкие (допускают несколько решений, нечеткие решения и.т.д.)

3.По поддержке функционирования компонентов ИнСист: 1.Знания о процессах решения задач (исп.решателем). 2.О языке общения и способах реализации диалога (исп.Средствами общения).

3.О способах представления и модификации знаний в БЗ (исп. подсистемой приобретения знаний).

4.Знания о способах объяснений (исп.подсистемой объяснений).

Выделяют несколько уровней представления знаний.<рисуем дерево слева направо> 1.Концептуальный. Представление лингвистич. знаний (т.е. о языке общения).+ Представление проблемных знаний (зн. о ПрО). 2.Модельный. 2.1 Логические модели: дедуктивные, индуктивные, псевдофизические логики. 2.2Эвристические модели: сетевые[функциональные сети, сценарии, семантич.сети, фреймы] и <отдельная ветка> продукционные.

3.Инструментальный. Языки предст. лингвистических знаний + яз.предст.проблемных знаний.

Состав знаний ЭС определяется следующими факторами:1)проблемной средой. 2)архитектурой экспертной системы. 3)потребностями и целями пользователя. 4)языком общения

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

Способ представления знаний в ИнСист характеризуется моделью представления знаний.

29

Термин «фрейм» ввел М.Минский, описавший фрейм как «структуру данных для отображения стереотипной ситуации». С точки зрения модели представления знаний, фрейм – это сеть, у которой одна часть всегда заполнена, а другая содержит незаполненные подструктуры-слоты. Т.е. фиксируются постоянные имена актантов (ролей) ситуации, описываемой фреймом – это имена слотов, а значения слотов определяются в зависимости от выполнения условий. Эти условия могут быть заданы разным способом – допускается использование привязанных процедур, умолчаний, имен других фреймов. Допускается рекурсивное вложение слотов друг в друга, что может порождать иерархическую структуру взаимосвязанных слотов и фреймов.

Фрейм м.б.описан в виде: F=<N, a1 b1 [P1], a2 b2 [P2],…, an bn [Pn]>, где N-имя фрейма, ai – имя i-го слота, bi – значение i-го слота, [Pi]- процедура, привязанная в i-му слоту (опционально).

Выделяют фреймы-прототипы, хранящиеся в БЗ и фреймы-экземпляры, которые создаются на основе прототипов для отображения конкретных ситуаций на основе поступающих данных. Пример прототипа: <заголовок Сдача экзамена в вузе> <таблица 2 столбца> <Сдающий | (студент,аспирант,абитуриент,группа)> <Принимающие | (лектор,ассистент,комиссия)> <Дисциплина | (название дисциплины)> <Результат | (оценка,баллы)> <Место/время | (расписание сессии)> В фреймы можно включать различные предположения и ожидания, что позволяет моделировать ситуации, в которых отсутствует упоминание о различных деталях.

Существует множество ЯПЗ, использующих фреймы в качестве базовой единицы представления знаний, например ЯПЗ FRL (frame representation language).Пример фрейма-экземпл. в нотации FRL:

(Попов Э.В.

(AKO(VALUE(спец_по_ИИ)))

(Время_встречи(PREFER(во_второй_половине_дня)))

(Место_встречи(DEFAULT(кабинет_22)))

(Важные_встречи(DEFAULT(15_часов)(PREFER(по_пятницам)))))) 6 скобок

В ИнСист с фреймовым представлением использ. 3 подхода к обработке знаний – механизм наследования, присоединенные процедуры и демоны. 31

Знания – это закономерности предметной области (принципы, законы, связи), полученные в результате практической деятельности и профессионального опыта, позволяющие специалистам ставить и решать задачи в данной области.

Выделяют несколько уровней представления знаний.<рисуем дерево слева направо> 1.Концептуальный. Представление лингвистич. знаний (т.е. о языке общения).+ Представление проблемных знаний (зн. о ПрО). 2.Модельный. 2.1 Логические модели: дедуктивные, индуктивные, псевдофизические логики. 2.2Эвристические модели: сетевые[функциональные сети, сценарии, семантич.сети, фреймы] и <отдельная ветка> продукционные.

3.Инструментальный. Языки предст. лингвистических знаний + яз.предст.проблемных знаний.

Состав знаний ЭС определяется следующими факторами:1)проблемной средой. 2)архитектурой экспертной системы. 3)потребностями и целями пользователя. 4)языком общения

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

Способ представления знаний в ИнСист характеризуется моделью представления знаний.

Продукционная модель – модель. основанная на правилах, позволяет представлять знания в виде предложений типа ЕСЛИ {<условие>} ТО {<действие>} ИНАЧЕ {<действие>}.Эта модель привлекает своей наглядностью, высокой модульностью, простотой логического вывода; и стала лидером в разработках СОЗ для разных приложений (более 80%).

Модель в виде семантич.сети – ориентированный граф с помеченными фершинами (понятиями) и дугами (отношениями). Дост.: наиболее адекватное отображение окр.мира.Недост.: громоздкость и сложность реализации мех.вывода.Наибольшее распространение получила в ИДС.

Фрейм – абстрактный образ или ситуация, для отображения которых используется представление в виде сети.Верхние ее уровни – зафикс.,представляют сущности.Нижние – заканчив.слотами, заполняемыми конкретной информацией при вызове фрейма.Дост.: наглядность, гибкость, модульность, наследование св-в.Современная эволюция модели – объектно-ориентир.Знания – в виде объектов, имеющих определенные атрибуты. 33

G2 имеет набор интерфейсов для организации взаимодействия с такими внешними подсистемами, как G2 CorbaLink, G2 ActiveXLink, G2JavaLink, G2 WebLink.

CORBA (Common Object Request Broker Architecture — общая архитектура брокера объектных запросов) — технологический стандарт написания распределённых приложений. CORBA является механизмом в программном обеспечении для осуществления интеграции изолированных систем, который даёт возможность программам, написанным на разных языках программирования, работающих в разных узлах сети, взаимодействовать друг с другом так же просто, как если бы они находились в адресном пространстве одного процесса. Стандартизованы отображения для Ада, Си, C++, Лисп, Java, Кобол, Object Pascal, и Python.

G2-ActiveXLink – интерфейс, позволяющий приложениям, поддерживающим стандарт COM (component object model) от Microsoft, получать доступ к G2 и объектам G2. Среди таких приложений: Excel, Word и Visual Basic. Разработчик на Visual Basic может использовать G2-ActiveXLink для вызова процедур и доступа к методам и атрибутам объектов G2.

G2 WebLink позволяет использовать веб-браузеры, такие как <>, в качестве клиентской стороны для получения информации, доступной в приложении G2. используя веб-браузеры, огромное число людей может получить доступ к приложению G2 со своих персональных компьютеров.

35

СОЗ может функционировать в 2 режимах: режиме приобретения знаний (рабочий или служебный режим построения или пополнения БЗ СОЗ) и в реж.консультации.Процесс решения задачи в реж.консульт.: [задание вопросов пользователю для формирования начальных знаний и ситуации в ПрО][сопоставление этих знаний с БЗ, сформированной экспертом] [Опционально: задание вопросов с целью дополнения отсутствующих знаний о ситуации] [Осуществление вывода и выдача решений в виде рекомендаций, с объяснениями при необходимости]

Самый распр. класс ИнСист – базируется на понятии «продукционная система: PS = <F, P, I>, где

F – рабочая память (РП), содержащая текущие данные. P – база знаний (БЗ), содерж. мн‑во продукций. I – интерпретатор: механизм, реализующий процедуру вывода. (подробно см. вопрос 17)

Рассмотрим вывод на знаниях, опираясь на продукц.модель.При ее использ. БЗ состоит из правил вида ЕСЛИ<условие> ТО <действие>, а пр-ма, управляющая перебором правил, наз-ся машиной вывода. Вывод на такой БЗ м.б. прямой (от данных к поиску цели) и обратный (от цели, для ее подтверждения, к данным).Данные – это исходные факты, хранящиеся в РП, на основании которых запускается машина вывода (интерпретатор). Машина вывода включает 2 компонента. 1.Компонент вывода.Его действие основано на применении modus ponens: «если истинно A и существует правило вида «если А то B», тогда утверждение B истинно».Если в РП присутствует истинный факт А и в БЗ есть правило вида… то факт B признается истинным и заносится в РП.

2.Управляющий компнент.Определяет порядок применения правил и еализует 4 функции: Сопоставление – образец правила сопоставляется с фактами в РП.Получаем конфликтное множество.Выбор.Если в данной ситуации можно выбрать несколько правил, то применяется удовлетворяющее критерию (разреш.конфликтов).Срабатывание.Если образец нек.правила из БЗ совпал с фактами из РП, то правило срабатывает.Действие.РП подвергается изменениям путем добавления в нее заключения сработавш. правила. Интерпретатор работает циклически.Если прямой вывод – по изв.фактам отыскивается заключение и заносится в РП.Если обратный – выдвигается гипотеза (цель), а затем в РП ищутся факты, могущие подтвердить или опровергнуть гипотезу.

37

Знания – закономерности ПрО (принципы, связи, законы), полученные в результате практической деятельности и профессионального опыта, позволяющие специалистам ставить и решать задачи в данной области. Классификация:

1.По глубине: поверхностные (совокупность эмпирических ассоциаций и причинно-следственных отношений между понятиями предм. области) и глубинные (абстракции, образы, аналогии, в которых отражается понимание структуры предм.обл. и взаимоявязь отдельных понятий).

2.По жесткости.Жесткие (позволяют получать однозначные четкие решения и рекомендации при заданных начальных условиях) и мягкие (допускают несколько решений, нечеткие решения и.т.д.)

3.По поддержке функционирования компонентов ИнСист: зн.о процессах решения задач (исп.решателем); о языке и способах общения (исп.средствами общения); о способах представления и модификации знаний( исп.подсистемой приобретения знаний);о способах объяснений (исп.подсистемой объяснений).

Под простым понятием понимается тройка вида <N,I,E>, где N-имя понятия; I-интенсионал понятия (мн-во атрибутов понятия); Е-экстенсионал (мн-во кортежей значений, удовлетворяющих интенсионалу).Сложные понятия образованы из простых путем применения некоторых правил.

Понятийная структура предметной области – понятия (простые/сложные) + способы рассуждений на понятиях (дедуктивный/индуктивный/по аналогии/выдвижение гипотез/смешанный).<рисуется схемка в виде дерева>

Дедуктивный способ рассуждений – способ получения достоверных знаний на основе перехода от знаний большей общности к знаниям меньшей об., а также установление достоверности частных случаев на основании общих утверждений. Индуктивный -.. правдоподобных… <наоборот>

Способом рассуждений по аналогии – получение правдопод.знаний о существовании событий, связанных с данным событием некоторым отношением, с последующим обоснованием или опровержением гипотез.

39