2.6.7. Представление знаний

Теперь рассмотрим, каким образом знания струк­турированы в программах, то есть способы представления знаний. Существует много стандартных способов представления зна­ний, и при построении экспертной системы может быть ис­пользован любой из них, сам по себе или в сочетании с дру­гими. Каждый способ позволяет получить программу с неко­торыми преимуществами – делает ее более эффективной, облегчает ее понимание и модификацию. В современных экспертных системах чаще всего используются три самых важных метода представления знаний: правила (самый популярный), семан­тические сети и фреймы.

Представление знаний с использованием правил

Правила обеспечивают формальный способ представления рекомен­даций, указаний или стратегий; они часто подходят в тех слу­чаях, когда предметные знания возникают из эмпирических ас­социаций, накопленных за годы работы по решению задач в данной области. Правила выражаются в виде утверждений типа ЕСЛИ – ТО:

- Если горючая жидкость была разлита, вызовите пожарных.

- Если рН жидкости меньше 6, разлившийся материал – кислота.

- Если разлившийся материал – кислота, и он пахнет уксусом, разлившийся материал – уксусная кислота.

В экспертных системах, основанных на правилах, предметные знания представляются набором правил, которые проверяются на группе фактов или знаний о текущей ситуации. Когда часть правил ЕСЛИ удовлетворяет фактам, то действие, указанное в части ТО, выполняется.

Представление знаний с использованием семантических сетей

Термин семантическая сеть применяется для описания ме­тода представления знаний, основанного на сетевой структуре. Семантические сети были первоначально разработаны для использования их в качестве психологических моделей человеческой памяти, но теперь это стандартный метод представления знаний в ИИ и в экспертных системах. Семантические сети состоят из точек, называемых узлами, и связывающих их дуг, описывающих отношения между узлами. Узлы в семантической сети соответствуют объектам, концепциям или событиям

В качестве простого примера рассмотрим предложения «Куин Мери является океанским лайнером» и «Каждый океанский лайнер является кораблем». Они могут быть представлены через семантическую сеть, как показано на рис. 12. Этот пример использует важный тип дуг: является.

Представление знаний с использованием фреймов

Фрейм по своей организации во многом похож на семантическую сеть (фактически мы рассматриваем и семантические сети, и фреймы как системы, основанные на фреймах). Фрейм является сетью узлов и отношений, организованных иерархически, где верхние узлы представляют общие понятия, а нижние узлы более частные случаи этих понятий. В системе, основанной на фреймах, понятие о письменном отчете может быть организовано так, как показано на рис.13.

Рис. 13

Пока что это выглядит точно так же, как семантическая сеть. Но в системе, основанной на фреймах, понятие в каждом узле определяется набором атрибутов (например, имя, цвет, размер), а также значениями этих атрибутов (например, Сергей, красный, маленький).Атрибуты называются слотами. Каждый слот может быть связан с процедурами (произвольными машинными программами), которые выполняются, когда информация в слотах (значения атрибутов) меняется.

Наиболее важные термины данной темы собраны в табл. 7.

Таблица 7

Термин	Значение
Алгоритм	Формальная процедура, которая гарантирует полу­чение оптимального или корректного решения.
База знаний	Часть системы, основанной на знаниях, или эксперт­ной системы, содержащая предметные знания.
Диспетчер	Часть механизма вывода, которая решает, когда и в каком порядке применять различные «куски» предметных знаний.
Знания	Информация, необходимая программе для того, чтобы эта программа вела себя интеллектуально.
Интерпретатор	Часть механизма вывода, которая решает, каким об­разом применять предметные знания.
Коэффициент уверенности	Число, которое означает вероятность или степень уверенности, с которой можно считать данный факт или правило достоверным или справедливым.

Продолжение таблицы 7

Термин	Значение
Механизм вывода	Та часть экспертной системы, в которой содержатся общие знания о схеме управления решением задач.
Правило	Формальный способ задания рекомендаций, дирек­тив или стратегий, выраженных в виде ЕСЛИ пред­посылка ТО заключение, или ЕСЛИ условие, ТО действие.
Предметные знания, зна­ния о предметной области	Знания о предметной области, например геологиче­ские знания в экспертной системе для поиска место­рождений.
Представление знаний	Процесс структурирования предметных знаний с це­лью облегчить поиск решения задачи.
Семантическая сеть	Метод представления знаний посредством сети уз­лов, соответствующих концепциям или объектам, связанных дугами, которые описывают отношения между узлами.
Система, основанная на знаниях	Программа, в которой предметные знания предста­влены в явном виде и отделены от прочих знаний программы.
Фрейм	Метод представления знаний, когда свойства связы­ваются с вершинами, представляющими концепции или объекты. Свойства описываются в терминах атрибутов (называемых слотами).
Эвристики	Правило, которое упрощает или ограничивает поиск решений в предметной области, которая является сложной или недостаточно изученной.