Интеллектуальные диалоговые системы / 41-66 лицо

Характеристика основных классов исполняемых утверждений базы знаний G2 Основа исполняемых утверждений БЗ – правила и процедуры. 5 типов правил: if-правило, initially, unconditionally, when, whenever. Способы применения правил (определяется синтаксисом правила): <правило>::= {|<префикс for>|{<правило if>|<правило unconditionally>|<правило when>|< правило whenever >}|< правило initially>} <префикс for>::= for {any | the} <item>… <правило if>::= if <логическое выражение> then <список действий> <правило unconditionally>::= unconditionally <список действий> <правило when>::= when <логическое выражение> then <список действий> < правило whenever >::= whenever <описание события> | or <описание события>| | and when <логическое выражение>| < правило initially>::= initially |if <логическое выражение> then |<список действий> Каждый из типов правил м.б. как общим (относ. ко всему классу), так и специализированным (относ. к конкретным экземплярам класса). Процедуры в G2 по синтаксису напоминают Pascal, но могут возвращать значения. Функции отличаются способом вызова Под функциями понимаются довольно простые в вычислительном плане выражения. <процедура>:=<имя процедуры>"("<список параметров>){"=("<тип возвращаемого значения>")"} begin <список действий> end <список параметров>:=<описание параметра>(,<описание параметра)* <описание параметра>:=<имя параметра>":"<тип параметра> <список действий>:=<действие>";"(<действие>";")* 41	Анализ современного состояния работ по основным направлениям ИИ. Фундаментальный аспект. 1. Модели и методы представления знаний: 1) усовершенствование уже существ. моделей представления достоверных зн. (от поверхностных зн. к абстрактным); 2) развитие моделей представления и обработки недостоверных зн.; 3) иссл. факторов времени в зн. и механ. Вывода (временные и темпоральные логики и др.); 4) распределенные знания и распр. обработка. 2. Моделирование рассужд. на знаниях: 1) усовершенствование уже существующих (индукт. и дедукт., по аналогии и прецедентам, путем выдвижения гипотез и др.); 2) создание новых, в т.ч. гибридных моделей рассуждения. 3. Мягкие вычисления (нечеткие нейронные сети, генетические алгоритмы и др.). 4. Модели и методы обработки ЕЯ: 1) создание моделей, методов и алгоритмов СЕА и интерпретации ЕЯ; 2) обработка слитных текстов; 3) обработка речевых актов. 5. Визуальные модели действительности: 1) когнитивная и трехмерная графика; 2) анализ трехмерных сцен. 6. Модели и методы логической перестройки оборудования и т.д. Прикладной аспект. 1. Прикладные СОЗ(ЭС): 1) статические; 2) динамические; 3) интегрированные; 4) распределенные; 5) web-ориентированные; гибридные. 2. ЕЯ-системы: 1) доступа к большим БД; 2) для поиска и извлечения информации в Интернете; 3) доступа к большим пакетам прикладных программ; 4) обработки слитных текстов; 5) речевые ЕЯ-системы. 3. Программные агенты и многоагентные системы: 1) интеллектуальные (когнитивные) агенты; 2) реактивные агенты. 4. Нейрокомпьютеры и нейросетевые технологии. 5. Системы управления знаниями. 6. Интеллектуальные предприятия и организации. 7. Интеллектуальные роботы. 8. Системы с эволюционирующей аппаратурой и т.д. 43
Основные средства разработчика системы G2 ЕЯ текстовый редактор. Позволяет редактировать тексты правил, процедур, функций и т.д. на ограниченном англ.яз. Процесс редактирования сопровождается процедурой грамматического разбора, что гарантирует введение синтаксически правильных конструкций. Возможность ссылаться на любую сущность в БЗ многими способами: 1. По имени: pump (насос). 2. for any <имя класса> (ссылка на группу сущностей): for any pump. 3. Как на одну из сущностей класса объектов, связанных с другим объектом: the tank connected to the pump (цистерна, связанная с насосом). 4. Как на объект, ближайший на графич. модели к некот. объекту: the pump nearest to the tank (насос, ближайший к цистерне). Интерфейс с пользователем. 1) Использование растровой графики наряду с векторной для пиктограмм объектов и фоновых изображений; 2) различные типы графиков и удобный интерфейс для их конфигурирования; 3) возможность выбора между слоеной или полупрозрачной отрисовкой элементов интерфейса; 4) произвольное масштабирование графич. элементов; 5) разнообр. векторные шрифты; 6) разнообразные способы работы с меню, текстовыми и графич. редакторами. Ср-ва, предост. конечному пользователю: изображения – возможность увидеть значение переменных и выражений (отчет, циферблат, измеритель, график, диаграмма, таблица); управляющие воздействия– ср-ва взаимод. с приложением (кнопка действия, кнопка проверки, указатель, ввод); сообщения –информирование о к-л событиях; управление доступом –разраб. может влиять на то, что конечный пользователь видит и может делать с БЗ; создание опций меню; перевод опций меню. Ср-ва инспекции. Позвол. Осущ. поиск элементов на основе их типов, принадлежности к классу, атрибутов и местонахождения. Можно запустить процедуру поиска и замены текстовых фрагментов в БЗ. Средства отладки. Включают: отображение предупреждающих сообщений об ош. и состоянии приложения; отображение сообщений трассировки; установку контрольных точек. 45	Сетевые модели для представления знаний в СОЗ (ЭС) Целесообразно использовать, если: 1) понятия устроены сложным образом И есть большое число отношений на понятиях И способ рассуждений – выдвижение гипотез; 2) понятия устроены сложным образом И структура многих понятий не ясна И способ рассуждений – выдвижение гипотез; 3) понятия устроены сложным образом И большое число отношений на понятиях И способ рассуждения по аналогии или дедуктивный (фреймы). Семантическая сеть. Неоднородная сеть: разл. типы вершин и помеченных дуг. Выразитель (ядро) состояния ПрО – предикат, подчиняющий себе актанты ситуации. Бинарные связи между предикатом и актантом – семантич. валентности (глубинные падежи). Три типа вершин: 1) ситуации, выражаемые предикатами; 2) понятия (абстр. и физич.); 3) характеристики (опцион.). Осн. отношения: 1) теор.-множ. ("часть-целое", "элемент-множество", "множество-подмножество"); 2) логические (И, ИЛИ, НЕ); 3) квантифицированные; 4) лингвистические отношения (бин. именованные отношения между предикатами и актантами, т.е. "ролями", "действующими лицами" ситуации). Примеры: ПОЭТ: абстр. и конкр. семантич. сеть.; SIMER. Фрейм. F=<N, a1b1[P1], a2b2[P2], … aNbN[PN] >, где N – имя фрейма, ai – имя слота, – bi значение слота, [Pi] – привязанная к слоту процедура (опционально). Фреймы-прототипы хранятся в БЗ, фреймы-экземпляры – создаются для отобр. конкр. ситуаций на основе поступающих данных. Легко организуются в однородные (без учета имен слотов при отсылке к др. фреймам) и однородные. FRL (frame representation language). <фрейм> ::= (<имя фрейма> {<слот>}); <фрейм> ::= (<имя фрейма> <тело фрейма>); <тело фрейма> ::= {<слот>}; <слот> ::= (<имя слота> (<тип слота> <тело слота>)); <тело слота> ::= {<данные>}; <данные> ::= <накопитель данных>{<комментарии>}; <комментарии> ::= <места>{<сообщение>}; <сообщение> ::= <литерал>; <имя фрема> ::= <идентификатор>; <имя слота> ::= <идентификатор>; <тип слота> ::= <идентификатор>; <метка> ::= <идентификатор>; <накопитель данных> ::= <конкретоне данное> | <имя фрейма> | {<вызов процелуры>}; <конкретоне данное> ::= <число> | <текст>; <тип слота> ::= <декларативный> | <наследование> | <процедурный>; <декларативный> ::= <value> | <default>; <наследование> ::= <AKO> | <instance>; <процедуральный> ::= <require> | <if needed> | <if added> | <if removed> | <prefer> пример с.31 47
Механизмы вывода СОЗ (ЭС) Продукционная модель: БЗ состоит из правил вида ЕСЛИ <условие (антецедент)> ТО <действие (консеквент)>. Машина вывода – программа, упр. перебором правил. Действия: 1) промежуточные; 2) терминальные или целевые (завершают работу системы). Прямой вывод: от данных к поиску цели, обратный: от цели для ее подтверждения к данным. Машина вывода = компонент вывода (использ. modus ponens, должен функционировать в условиях недостатка информации) + управл. компонент. УК: 1. Сопоставление: образец (антецедент) правила сопоставляется с имеющимися в РП фактами. 2. Выбор: если можно применить несколько правил, применяется то, которое удовл. заданному критерию (разрешение конфликтов). 3. Срабатывание: если образец совпал с фактами РП, правило срабатывает. 4. Действие: РП подвергается изменениям путем добавления в нее заключения (правой части) сработавшего правила. При разработке стратегии упр. выводом важны: 1) исходная точка, от которой зависит метод осуществл. поиска; 2) метод и стратегия перебора (в глубину, в ширину, по подзадачам, метод ветвей и границ, альфа-бета-алгоритм), позволяющие минимизировать время поиска решений (важно в СОЗ(ЭС) с большими БЗ). Цикл работы решателя. 1) РП; 2) БЗ; 3) сопоставление; 4) конфликтное множество; 5) разрешение конфликта; 6) выполняемое правило; 7) критерий выбора правил; 8) действие. Рисунок: 1–>3, 2–>3, 3–>4, 4–>5, 5–>6, 7–>5, 6 –>8, 8-->7, 8-->1, 8-->2. 49	Системный анализ предметной области на приемлемость технологий СОЗ Исследование на уместность (проверка всех требований): 1. Решение задачи опирается на использование операций с символами, а не с числами (не расчет, а логические рассуждения, анализ, перебор вариантов). 2. Решение опирается на использование эвристик (нет четкого алгоритмического решения). 3. Задача не слишком проста (простая – не требует больших усилий или даже обходится без ЭВМ). 4. Большой интерес для практики (практическая значимость). 5. Не является слишком крупной для решения на ЭВМ (комбинаторные задачи). Исследование на оправданность (проверка любого требования): 1. Решение задачи обещает приносить высокий доход. 2. Показано, что существует опасность постепенного утрачивания опыта решения задач в данной области. 3. Экспертов в данной области явно недостаточно. 4. Сходные специалисты нужны во многих физически разнесенных местах. 5. Условия, в которых решается, задача, опасны для человека (окружение враждебно для человека). Исследование на возможность (проверка всех требований): 1. Задача не имеет общедоступных решений, "здравого смысла" (опыта, который пока не выделен). 2. Требует только интеллектуальных навыков (рассуждения, а не действия). 3. Эксперты могут описать (вербализовать) применяемые ими методы работы и объяснить их. 4. В природе существуют люди – признанные специалисты по решению такого рода задач. 5. Эксперты единодушны в применяемых ими решениях (сходятся в оценке предлагаемого решения). 6. Задача не слишком трудна (эксперту не нужны недели или месяцы для ее решения). 7. Задача достаточно понятна (не требует разработки новых методов решения). 51
Продукционные модели, продукции в G2 Продукционная модель: знания представляются в виде предложений вида: ЕСЛИ {<условие>} ТО {<действие>} [ИНАЧЕ {<действие>}]. Система продукций Поста: Алфавит С={C1,…Cn}, система базисных продукций XiW  WYi (i=1..n), где Xi, Yi – слова в алфавите С, W – знак продукции. Пусть некоторое слово  начинается со слова Xi. Тогда применить к слову  продукцию XiWWYi означает вычеркнуть из  начальный отрезок Xi, к оставшемуся приписать Yi. Каждая сист-ма продукций понимается как формальная сист-ма с правилами вывода Pi, где Pi(F,Y) считается истинным (применимым), если слово Y получается из F при помощи продукции XiW→WYi. Продукционная система по Ньюэллу: тройка вида PS=<F (рабочая память), P (база знаний), I (интерпретатор, решатель)>, I=<V (мн-во процедур выбора из F и P мн-ва активных данных Fv и активных продукций Pv),S (процесс сопоставления, опр. мн-во означиваний: (pi) (правило из Pv){di} (данные из Fv)), R (процесс разр. конфликтов), W (процесс выполнения выбранного правила)>. Продукции в G2. Правила в G2 состоят из двух частей: антецедента (отвечает за проверку условия) и консеквента (действие, если условие в антецеденте истинно, and объединяет неск. действ.). Антецедент: if the level of the tank = 0 (подчеркнуто условие) , консеквент: then conclude that the status of the tank is empty (подчеркнуто действие). Типы правил: 1) if (выз. разными способами); 2) when (ан-но, но не участвуют ни в пр., ни в обр. выводах); 3) whenever (реаг. на события); 4) unconditionally (вып. всякий раз, когда вызываются); 5) initially (реаг. на активацию родительского РП). Правила: частные (конкр. эл-т или знач.) и общие (мн-во эл-тов или знач., используется for). 53	Характеристика базовых функциональных возможностей системы G2. Основное предназначение – помочь предприятиям сохранять и исп. знания и опыт их наиб. талантливых специалистов в ИЭС РВ. Классы задач, для кот. предназн. G2: 1) мониторинг в реальном масштабе вр.; 2) системы управл. верхнего уровня; 3) системы обнар. неиспр.; 4) диагностика; 5) составление расписаний; 6) планирование; 7) оптимизация; 8) системы-советчики оператора; 9) системы проектирования. Основн. достоинство оболочки G2 – возм. применять ее как интегрирующий компонент, позвол. за счет открытости интерфейсов и поддержки широкого спектра вычислит. платформ легко объединить уже сущ. разрозненные ср-ва автоматизации. G2 предназн. для разраб. и сопровожд. ИЭС РВ, т. к. кроме традиционных компонентов статических ЭС (БЗ, решатель, РП, диал. компонент, объяснит. компонент, компонент приобр. зн.) содержат подсис. моделир. внеш. мира и средства сопряж. с внеш. миром. Новые классы можно создавать не только в процессе разраб., но и динамически, во вр. работы приложения. Экземпляры классов имеют графич. форму представления. G2 предоставл. синтаксические конструкции, позвол. осущ. рассужд. на основе графич. схем. 61
Языки представления знаний в СОЗ (ЭС) (основанные на продукциях и фреймах) Продукционная модель: знания представляются в виде предложений вида: ЕСЛИ {<условие>} ТО {<действие>} [ИНАЧЕ {<действие>}]. Формальное описание продукционной модели (на прим. ЯПЗ сист. EMYCIN): <правило> ::= (если <условие> то <действие> иначе <действие>); <условие> ::= (И {<предложение>}); <предложение> ::= (ИЛИ {<предложение>}) | (<предикат> <тройка>); <тройка> ::= (<объект> <атрибут> <значение>); <действие> ::= {<значение> | <процедура>}; <значение> ::= (<тройка> <коэффициент неопределенности>). Фрейм. F=<N, a1b1[P1], a2b2[P2], … aNbN[PN] >, где N – имя фрейма, ai – имя слота, – bi значение слота, [Pi] – привязанная к слоту процедура (опционально). Формальное описание фрейма (на прим. ЯПЗ FRL – frame representation language): <фрейм> ::= (<имя фрейма> {<слот>}); <фрейм> ::= (<имя фрейма> <тело фрейма>); <тело фрейма> ::= {<слот>}; <слот> ::= (<имя слота> (<тип слота> <тело слота>)); <тело слота> ::= {<данные>}; <данные> ::= <накопитель данных>{<комментарии>}; <комментарии> ::= <места>{<сообщение>}; <сообщение> ::= <литерал>; <имя фрема> ::= <идентификатор>; <имя слота> ::= <идентификатор>; <тип слота> ::= <идентификатор>; <метка> ::= <идентификатор>; <накопитель данных> ::= <конкретоне данное> | <имя фрейма> | {<вызов процелуры>}; <конкретное данное> ::= <число> | <текст>; <тип слота> ::= <декларативный> | <наследование> | <процедурный>; <декларативный> ::= <value> | <default>; <наследование> ::= <AKO> | <instance>; <процедуральный> ::= <require> | <if needed> | <if added> | <if removed> | <prefer> 63	Инструментальный комплекс для создания СОЗ (ЭС) реального времени на пр. системы G2 Основное предназначение – помочь предприятиям сохранять и исп. знания и опыт их наиб. талантливых специалистов в ИЭС РВ. Классы задач, для кот. предназн. G2: 1) мониторинг в реальном масштабе вр.; 2) системы управл. верхнего уровня; 3) системы обнар. неиспр.; 4) диагностика; 5) составление расписаний; 6) планирование; 7) оптимизация; 8) системы-советчики оператора; 9) системы проектирования. Основн. достоинство оболочки G2 – возм. применять ее как интегрирующий компонент, позвол. за счет открытости интерфейсов и поддержки широкого спектра вычислит. платформ легко объединить уже сущ. разрозненные ср-ва автоматизации. G2 предназн. для разраб. и сопровожд. ИЭС РВ, т. к. кроме традиционных компонентов статических ЭС (БЗ, решатель, РП, диал. компонент, объяснит. компонент, компонент приобр. зн.) содержат подсис. моделир. внеш. мира и средства сопряж. с внеш. миром. Новые классы можно создавать не только в процессе разраб., но и динамически, во вр. работы приложения. Экземпляры классов имеют графич. форму представления. G2 предоставл. синтаксические конструкции, позвол. осущ. рассужд. на основе графич. схем. Требования к ЭС РВ: представлять измен. во вр. данные, поступ. от внеш. источников, обеспечивать хранение и анализ изменяющихся данных; вып. одновр. временные рассуждения о неск. различ. асинхронных процессах (задачах); обеспечивать механизм рассуждения при огранич. ресурсах; предсказуемость поведения системы (гарантия того, что каждая задача будет запущена и завершена в строгом соотв. с временными огранич.); моделировать окр. мир, рассм. в данном приложении; протоколировать свои действия и действия персонала; обеспечивать восстановление после сбоя; наполнение БЗ для приложений реальной степени сложности с мин. затратами времени и труда; настройка системы на решаемые задачи; создание и поддержка пользовательских интерфейсов для различ категорий пользователей; обеспечение уровня защиты инф. и предотвращение несанкционированного доступа. 65