3.2. Пополнение знаний

3.2.1. Общие сведения

К результатам решения задач пополнения знаний относят как вынесение выводов об истинности фактов, так и получение новых знаний (связей между сущностями в семантической сети, продукционных правил и т.п.) в результате обработки имеющихся фактов и знаний.

Задача пополнения знаний возникла при решении задач понимания естественного языка, обучения, анализа ситуаций, сцен и др. Знания могут быть представлены в виде фактов, хранящихся в базе знаний, или в виде описаний ситуаций, поступающих на вход ИС.

Существуют различные подходы к пополнению знаний. Выбор подхода осуществляется в зависимости от специфики предметной области, из соображений эффективности и целесообразности организации и обработки знаний.

Система продукций отражает закономерности, присущие заданной проблемной области (аксиоматику). Например, для ситуаций, описывающих статические пространственные отношения между объектами, можно выбрать следующие продукции:

x<содержится в>y,y<содержится в>zx<содержится в>z(свойство вложенности);

x<находится на>y,z<находится на>xz<находится над>y.

При этом большинство подходов использует идею продукционных правил. Процедуры пополнения знаний отличаются друг от друга структурой продукционных правил и стратегиями управления в системе продукций.

3.2.2. Использование различных моделей знаний

3.2.2.1. Модели псевдофизических логик

Общие сведения о псевдофизических логиках (ПФЛ) см. в п. 2.3. Рассмотрим конкретные примеры пополнения знаний на ПФЛ.

Логика времени

Введем множество моментов времени T = {t₁, t₂, ...}, и множество событий P={p₁, p₂,, ..., p_п}. Событие р_j происходит в момент времени tj. Если для р_j существует лишь один момент времени, в который оно происходит, то событие р_j называется точечным, если оно сопоставляется с некоторой непрерывной последовательностью моментов, то оно называется интервальным.

На множестве P₁ точечных событий зададим шесть временных отношений трех типов: неметрические (r₀ — одновременно, r₁ —быть раньше, r₂ — быть позже); метрические (r₃^n,L —быть раньше на п единиц (n=1, 2, 3, ...) по шкале L, r₄^Lt —происходить в момент t на шкале L); и частотные (r₅^L — происходить с частотой  на шкале L, где L принадлежит множеству шкал).

На множестве P₂ интервальных событий зададим следующие отношения: R₁ — строго предшествовать во времени; R₂ — строго следовать; R₃ — пересекаться и др.

Выбранная базовая система временных отношений не является минимальной и единственно возможной. Стремление к минимальности не всегда оправданно. Чем меньше отношений, тем более громоздко представление ситуаций и тем -больше длина вывода.

Приведем примеры схем аксиом в логике времени:

(p_i r₃^n,L p_j), (p_j r₃^m,L p_k) ├ (p_i r₃^n+m,L p_k), (1)

(p_i r₄^Lt), (p_i r₃^n,L p_j) ├ (p_j r₄^L(t+n)), (2)

(p_i r₃^n,L p_j) ├ (p_i r₁ p_j), (3)

(p_i r₁ p_j), (p_j r₁ p_k) ├ (p_i r₁ p_k). (4)

Пусть на вход ИС поступает следующее описание ситуации в виде текста на естественном языке: «Самолет совершил посадку в аэропорту в 15 ч 20 мин. Через 10 мин был подан трап. Затем прибыл автобус. Пассажиры покинули самолет. Через 3 мин автобус доставил их в здание аэровокзала». Для простоты будем считать, что события данного текста точечные. Выделим их: р₁ — «посадка самолета», p₂ — «подача трапа», рз—«прибытие автобуса», р₄ — «выход пассажиров из самолета», p₅ — «доставка пассажиров в здание аэровокзала». Формализованное описание ситуации выглядит так:

TS = (p₁ r₄^L t)&(p₁ r₃^10,L p₂)&(p₂ r₁ p₃)&(p₄r₃^3,L p₅),

где t==15 ч 20 мин на шкале L с единицей измерения «минута».

Формальное представление событий текста обрабатывается процедурой пополнения, которая выведет следующие факты:

(p₁ r₄^Lt), (p₁ r₃^10,L p₂) ├ (p₂ r₄^L t_*) (по схеме 2),

где t_*=l5 ч 30 мин на шкале L;

(p₁ r₃^10,L p₂) ├ (p₁ r₁ p₂) (по схеме 3);

(p₁ r₁ p₂), (p₂ r₁ p₃) ├ (p₁ r₁ p₃) (по схеме 4);

(p₄ r₃^3,L p₅) ├ (p₄ r₁ p₅) (по схеме 3).

Логика действий

Псевдофизическая логика действий (ПФЛД) представляет собой логическую систему, описывающую семантические и прагматические свойства физических действий, условия их протекания во времени и пространстве, их взаимодействие, а также цели и мотивы действующих лиц. Основные разновидности связей между действиями: временная, пространственная, посредством одного и того же исполнителя, одного объекта, на который направлено действие. Возможны и более сложные зависимости. Например, каузальная.

Различаются следующие типы каузальных отношений между действиями:

₁ - необходимая и достаточная причина. Действия d₁, d₂ связаны отношением ₁, если реализация d₁ всегда вызывает реализацию d₂, и, наоборот, появление d₂ всегда вызывается d₁; чаще всего ₁ отражает различные физические законы реального мира (например, сверкнула молния — грянул гром).

₂ - достаточная причина, которая означает, что реализация d₁ всегда вызывает d₂, однако из появления d₂ не всегда следует появление d₁ (например, «нырнул в реку, оказался в воде»).

₃ - обусловливающая причина. Действия d₁, d₂ связаны отношением ₃, если реализация d₁ обеспечивает необходимые условия для реализации d₂, которое, однако, может и не произойти (например, «вошел в комнату, включил свет»).

Опишем действия в виде предикатов d_i (S, О, I, t, 1), где

S - субъект,

О - объект,

I - инструмент,

t - время реализации действия,

1 - его локализация.

Введем следующие множества: множество действий D={d_i}; множество объектов О={O_i}; множество инструментов I={I_i}, множество моментов времени T={t_i}, множество локализаций L=={l_i}.

На множестве действий рассмотрим множество из восьми отношений, характеризующих их взаимосвязь: R₁^D — действие d_i является частью действия d_j, R₂^D — действие d_i приводит к результату d_j; R₃^D — действие d_i сопровождается действием d_j, R₄^D — субъект действия d_i имеет цель d_j; R₅^D — субъект действия d_i имеет мотив d_j (считается, что в качестве результатов, целей и мотивов выступают другие действия). Сюда же относятся три каузальных отношения _i между действиями. Выделенная группа отношений составляет базовую систему отношений ПФЛД.

Примеры схем правил, описывающих действия:

1) d'(S, l, t’) ├ d' R₂^D d"(S, l, t’’), где t’’ = t’ +t, где d' = {переместиться внутрь; войти; ... и т. п.}, d" = {находиться в};

2) d'(S, l, t’) ├ d' R₂^D d"(S, l, t’’), где t’’ = t’ +t, где d' = {переместиться из; выйти; ... и т. п.}, d" = {находиться вне};

3) d'(S, l’, t), (l’ <часть>l’’) ├ d' (S, l’, t), где d' = {войти; ... и т. п.);

4) d'(O, l, t), d''(S, O, t) ├ d'(S, l, t), где d' = {двигаться к ; ... и т. п.}, d" = {находиться в}.

3.2.2.2. Сценарные модели

Создание сценариев возможно не только в сетевой модели, но и в других, в первую очередь, во фреймовой. Наиболее ярким и понятным примером использования сценариев является программирование поведения робота. Сценарий каждой программируемой операции представляет собой фрейм, основными слотами которого должны быть: деятель, цель деятеля, посылки, ключ, следствие.

В слоте ключа описывается действие, непосредственно выполняемое деятелем в ходе данного сценария. Посылки есть условия выполнимости ключа. В частности, через посылки организуется вложенность сценариев: в их качестве могут указываться имена сценариев процедур, выполняемых в качестве подготовки к выполнению данной. Следствие описывает условие прекращения выполнения ключа деятелем.

Общая схема построения плана достижения цели по сценариям:

1. Из описания проблемной области выбирается сценарий, значение слота «цель» которого соответствует поставленной цели.

2. Анализируются значения всех слотов указанного сценария и строится последовательность П₁, являющаяся значением слотов «посылки» и «ключ» с их спецификациями.

3. Выполняется .последовательное обращение к сценариям, указанным в П₁. При этом фрагмент последовательности П₁, содержащий отсылку ко вложенному сценарию, заменяется соответствующей последовательностью П₂, построенной аналогично П₁.

Полученная расширенная последовательность П₁ представляет собой план действий во времени, состоящий из имен конкретных процедур, реализация которых приводит к достижению цели.