Обработка знаний в интеллектуальных системах

6.3. Обработка знаний в интеллектуальных системах с фреймовым представлением

В интеллектуальных системах с фреймовым представлением знаний используются три способа управления логическим выво­дом: демоны, присоединенные процедуры и механизм наследо­вания. Последний можно назвать единственным основным механизмом вывода, которым оснащены фреймовые (объектно-ори­ентированные) системы.

Управленческие функции механизма наследования заключа­ются в автоматическом поиске и определении значений слотов фреймов нижележащих уровней по значениям слотов фреймов верхних уровней, а также в запуске присоединенных процедур и демонов.

Присоединенные процедуры и демоны позволяют реализо­вать любой механизм вывода в системах с фреймовым представ­лением знаний. Однако эта реализация имеет конкретный харак­тер и требует значительных затрат труда проектировщиков и про­граммистов. Рассмотрим простой пример. В табл. 6.2 показана структура фрейма «Научная конференция».

Таблица 6.2

Фрейм «Научная конференция»

Демон ЗАКАЗ - это процедура, которая автоматически запус­кается при попытке подстановки значения в слот с именем Мес­то проведения. Ее главное назначение состоит в проверке возможности заказа аудитории на нужное время. Такая процеду­ра на языке LISP может выглядеть примерно так:

LISPprocЗАКАЗ(Название конференции, Место проведения, Дата)

if возможно(Место проведения, Дата)

then заказать (Название конференции, Место проведения, Дата)

else сообщение («Заказ невозможен», Название конференции)

end.

Демон КТО? автоматически запускается при обращении к слоту Докладчик, если значение этого слота не определено. Ос­новное содержание данной процедуры — генерация запроса к пользователю типа «Кто выступает?», получение ответа и его за­пись в качестве значения слота.

Реализация вывода с помощью присоединенных процедур требует наличия механизма обмена информацией между фрейма­ми. В качестве такого механизма обычно используется механизм сообщений.

На рис. 6.6 схематично показан обмен информацией между фреймами АА и ВВ во время исполнения присоединенной проце­дуры САLС, при этом вызывается процедура МЕАN, располо­женная в фрейме ВВ.

Рис. 6.6. Обмен информацией между фреймами

Допустим, что процедура САLС(result) выполняет расчет, в процессе которого происходит обращение к фрейму ВВ с исполь­зованием команды MSG, реализующей передачу сообщения в другой фрейм.

LISPproc САLС(result)

………..

MSG (cреднее, ВВ, X)

…………

end.

Команда MSG имеет три параметра: 1 — имя слота, к которо­му происходит обращение (в данном случае значением слота Среднее является присоединенная процедура МЕАN): 2 — имя фрейма, в котором содержится необходимая информация (ВВ); 3 — имя слота-параметра, в котором находятся данные для расче­та (X). Таким образом, запуск процедуры САLС вызовет исполне­ние следующих действий: передача сообщения во фрейм ВВ на запуск процедуры МЕАN, которая найдет среднее арифметичес­кое чисел, записанных в слоте X; вычисленное значение будет за­писано в переменную result и передано в САLС как ответ на сооб­щение MSG.

Итак, в интеллектуальных системах с фреймовым представ­лением знаний невозможно четко отделить процедурные знания от декларативных, поскольку присоединенные процедуры и де­моны одновременно являются и знаниями, и средствами управ­ления логическим выводом. На рис. 6.7 схематично показаны средства управления выводом во фреймовой системе.

Возмож­ность организации выводов любого типа является существен­ным преимуществом фреймовых систем по сравнению с продук­ционными и логическими. Не менее важным достоинством яв­ляется большее сходство этой модели представления знаний со структурой знаний в памяти человека. Вместе с тем практическая реализация фреймовых систем сопряжена со значительной трудоемкостью как на этапе проектирования, так и при реализа­ции. Поэтому стоимость промышленных экспертных систем фреймового типа на порядок превосходит стоимость продукци­онных систем.

Рис. 6.7. Средства управления выводом в интеллектуальной системе фреймового типа

Контрольные вопросы

1.   Докажите предложенную тавтологию семантическим (синтакси­ческим) методом.

2. Расскажите о теоремах логики и их использовании в ИИС. При­ведите примеры.

3. Опишите возможности применения в логическом выводе опера­ции эквивалентности. Приведите примеры тавтологий с эквивалентностями.

4. Опишите стратегию доказательства с введением допущения. Приведите пример.

5. Рассмотрите пример доказательства путем приведения к проти­воречию.

6. Расскажите о стратегии доказательства методом резолюции. Приведите пример.

Обратите внимание на лекцию "Биохимия крови".

7. Опишите функционирование механизма вывода продукционной ЭС и охарактеризуйте его составляющие: компоненту вывода и управляющую компоненту.

8. Сформулируйте собственные примеры прямого и обратного вы­вода в ЭС продукционного типа.

9. Приведите пример представления знаний в виде         И-ИЛИ-графа.

10. Опишите и представьте в графическом виде стратегии поиска ре­шений: в глубину, ширину, разбиением на подзадачи, на основе a-b-алгоритма.

11. Расскажите о способах организации логического вывода в ин­теллектуальных системах с фреймовым представлением знаний.

12. Разработайте программную реализацию интеллектуальной сис­темы с продукционным представлением знаний и механизмом вывода на базе правила Modus Ponendo Ponens.