Lectures_8-9 (Конспекты - Методы поддержки принятия решений)

Вывод на з нанияхБаза nравил, рабочая nа мять и механизм в ывода . Комnонента вывод а и управляющая компо­нента . Операции цикла вывода . Демоны , присоединенные nроцедуры и механизм наследова­ния в ИС с фреймовой МПЗ . Пра вила в ывода в логических моделях.1.База правил , рабочая память и механ изм выводаБлагодаря простоте , модифицируемости и гибкости в nрименении знаний для ре шениязадач продукционная модель , как оказалось, может быть важным механизмом для конструи­рования экспертных систем и других приложений ИИ .База знаний в этом ~ае состоит из набора пра вил , а сама экспертная система долж­на содержать три основные комnоненты : базу правил, рабочую память и механизм вывода .База правил (БП)-формализованные с помощью п равил nродукций знания о конкрет­ной предметной обл асти .Рабочая память (РП)-область nамяти, в которой хранится множество фактов, описы­вающих текущую ситуацию , и все пары атрибут-значение, которые установлены к определен­ному моменту.

РП-это динамическая часть базы знаний, содержимое которой зав и сит отокружения решаемой задачи . В простейших ЭС факты РП не изменяются в nроцессе ре шениязадачи , но существуют системы , в которых допускается изменение фактов в РП .Механизм вывода выnолняет две основные функции : просмотр существующих в рабо­чей памяти фактов и правил из БП , а также добавление в РП новых фактов ; определениестратегии поиска и применения правил .2.Компонента вывода и управляющая компонентаДля выполнения указанных функций механизм вывода в ключает компоненту вывода иуправляющую компоненту .Действие компоненты вывода основ ано на применении правила вы вода, н а зываемогоModus PonendoPoneпs (правило отделения) , которое звучит в продукционных системах так:«если верно А и верно, что из А следует В, то верно В » .

То есть если в РП присутствует ф актА, и в БП существует пр а вило вида с ЕСЛИ А, ТО В», то факт В признается истинным и зано­сится в рабочую nа мять . Такой вы вод легко реализуется н а компьюте ре .Невысокие интеллектуальные возможности продукционных систем обусловлены тем ,что ЭС способны вы вести лишь небольшое количество заключений , используя заданное мно­жество правил . При этом компонента вывода ЭС должна иметь способность функциони роватьв усл овиях недостатка информации .3.Операции цикла выводаУnравляющая комnонента оnределяет, nорядок nрименения правил, а также уста навли­ва ет факты , которые могут быть изменены в сnучае п родоrокения работы. Механизм выводаработает циклически, при этом в одном цикле может срабатывать только одно правило .

Схемацикла показана на рис.8.1 .В цикле выnолняются сnедующие операции:1)сопоставление2}выбор- если- образец nравиласопоставляется с имеющимися в РП фактами;в конкретной ситуации может быть nрименено сразу несколь ко nра-вил, то из них выбирается одно , наиболее подходящее по заданному критерию, т. е . nроисхо­дит разрешение конфликтного выбора;З}срабатывание-есnи образец nравила nри соnоставлении совпал с какими -либофактам и из РП, то правило срабатывает, он о отмечается в БП ;4)действие-рабочая память nодверrается изменению путем добав~ления в неезаключения сработавшего правил а.1<онф11ик~оемножествоРазрешениеt<рмтермйконфликтав1116ора правилВЫПО/IНАемоеДейtтвl' еnрав1<110r-------------·····················Рабочая памятьБа за прёlВИЛ(ба~ данных)соnоставлениеРис.8.1.Цикл работы меха низма вы водаУсловием окончания цикла является либо исчерпание всех nравил из БП, либо вы пол­нение некоторого условия , которому удовлетворяет содержимое рабочей nамяти (наn ример,nоявление в ней какого-то образца), либо комбинация этих способов.Особенностью ЭС является то, что они не имеют процедур, способных построкrьв пространстве состояни й сразу весь путь решения задачи .

Траектория поиска решенияполностью определяется данными, получаемыми от пользователя в процессе вывода.Стратегия уnравления выводом зависит от выбранного метода поиска, описанного вы­ше, от неrо будет зависеть порядок применения и срабатывание правил. Процедура выводасводится к оnределению направления поиска и способа его осуществления. Процедуры , реа­лизующий nоиск, как правило, недостуnны инженерам по знаниям . При выборе стратегиинеобходимо решить, какую точку в nространстве состоянии принять в качестве исходной (впрямом или обратном наnравлении), какова стратегия перебора (в ширину, в глубину, по под­задачам или иначе} .4.Демоны, присоед.иненные процедуры и механизм наследования в ИС с фреймо­вой мпзВ интеллектуальных системах с фреймовым представлением знаний используютсятри способа уnравления логическим выводом: демоны, присоединенные процедуры и ме­ханизм наследования , которы й является основным механизмом вывода .Уnравляющие функции механизма наспедования заключаются в автоматическом nоискеи оnределении значений слотов фреймов нижележащих уровней по значениям спотов фрей~мов верхних уровней , а также в запуске присоединенных nроцедур и демонов .

Присоединен­ные nроцедуры и демоны могут реализовать любой механизм вывода, однако, эта реализацияимеет конкретный характер и требует значительных затрат труда nроектировщиков и програм­мистов .Итак, в интелпектуальных системах с фреймовым nредставлением знаний невозможночетко отделить процедурные знания от декларативных , поскольку демоны и присоединенныепроцедуры одновременно являются и знаниями , и средствами уnравления логическим выв~дом .П ример:Фрейм «Научная конференция»Имя слотаЗначение слотаДата1.06.10:10Место проведенияАудиторияТема докладаIF-NEDDEDIF-ADDEDIF-REMOVEDЗАКАЗ533Генетические алгоритмы nрирешении оnтимизац.

задачДокладчикТерехов В. И .КТО?П ри nопытке вставить значение в слот Место проведения автоматически запускаетсядемон ЗАКАЗ, который является nроцедурой. Демон КТО? автоматически запускается при об­ращении к слоту Докладчик. Если значение этого слота не определено , то nроисходит генера­ция заnроса сКто выступает? », получение ответа и его запись в качестве значения слота .Реализация вывода с помощью присоединенных процедур требует наличия механизмаобмена между фреймами , таким механизмом обычно бывает механизм сообщений.В семантических сетях, так же как nри фреймовом nредставлении знаний, декларатив­ные и процедурные знания не разделены, следовательно, база знаний не отделена от меха­низма вывода. Процедура вывода обЬNно nредставляет совокуnность nроцедур обработки се­ти .5.Правила вывода в лоrических моделяхДля рассмотрения вывода в логических моделях необходимо ввести следующие опре­деления .Неравнозначностью (исключающим « ИЛИ » , сложением по модулю2двух высказыванийА и В называется высказывание, истинное, коrда истинностные значения А и В не совпадают,и ложное в nротивном случае.

Обозначение: АЕВВ, читается с ипи А, или В» , «ИЛИ» nонимаетсяв разделительном смысле . Составное высказывание с Сегодня понедельник или вторник» со­стоит из двух простых : А= сСегодня nонедельник»; В= « Сегодня вторник» . Эти высказываниясоединены связкой « ИЛИ » в разделительном смысле. Таким образом , данное высказываниепредставимо формулой АЕВВ.Еслиописаниесистемыnредставленосовокуnностьюсложныхвысказываний­логических формул , истинных для данной системы, то с nомощью логических преобразованиймогут быть получены новые представления, характеризующие данную систему (истинные дляданной системы).

Таким образом, появляется возможность вывода новых знаний из имеющих­ся с помощью допустимых в логике преобразований . Итак, операция, называемая выводом ,-это получение заключения из груnnы заданных представлений ; вывод является формулой , nо­лученной из некоторой групnы описанных формул. Как правило , эти формулы истинны при ка­ких бы то ни было допустимых интерпретациях.Действие компоненты вывода в логических моделях основано на применении следую­щих правил вывода :1.Modus Ponensсесли верно А и верно, что из А следует В , то верно В»:А -+В,Ав2.Modus Tollensс если верно, что из А следует В и В ложно , то ложно А» :А--+8 , ,8.А3.сесли верно или А или В (в разделительном смысле) иModus Ponendo Tollensверно одно из них , то другое ложно» :АЕ98, А,В4.Modus Tollendo PonensАЕ98, В,Аа}сесли верно А или В (в разделительном смысле) и ложно одно их них, то вернодругое» :АЕIЭ8, -,ААЕIЭВ, -,8А8б)с если верно А или В (в неразделительном смысле) и ложно одно из них, то вернодругое»:Аv 8,-,Аv 8 , -,8АА85.Правило транзитивности с если из А следует В , а из В следует С, то из А следуетА -t В,8-t СA-tC6.Закон противор~ия «если из А следует В и -.В, то ложно А» :А -t8,А -t -,В-,А7.Правило контрапозиции (или метод резолюций) «если из А следует В, то из того ,что ложно В, следует, что ложно А11 :А -t В-,8 -t-,АПример:Студент сдал экзамен на схорошо» или «Отлично ».

Он не получил отличной оценки .Следователь но, он сдал экзамен на «хорошо».Введем обозначения: А= « студент сдал экзамен на хорошо», В=на отлично », тогда приведенное рассуждение описывается схемойАЕIЭ8,-,8Акоторая , как показано в ыше , является схемой правильного рассуждения .«студент сдал экзаменЭкспертные системыСтруктура и классификация ЭС, отличие ЭС от друrмх nрограммных nродуктов, цикл работы ЭС ,технология проектирования и разработки экспертных систем .1.Структура экспертных системСильные методы решения задач·это методы, основанные на знаниях.

Человек·эксnертсnособен действовать на высоком уровне, так как много знает об области своей деятельности.П . Джексон дает следующее оnределение экспертной системы: «Экспертная система (ЭС)-это nрограмма для комnьютера , которая оперирует со знаниями в определенной предметнойобласти с целью выработки рекомендаций или решения nроблем». В книге Т. А Гавриловойnриведено следующее определение: « Экспертные системы·это сложные программные ком­nлексы, аккумулирующие знания специалистов в конкретных nредметных областях и тиражи­рующие этот эмnирический оnыт для консультаций менее квалифицированных nользователей ».Экспертная система может nолностью взять на себя функции, выполнение которыхобычно требует привлечения опыта человека-<:nециалиста , или играть роль ассистекта длячеловека , принимающего решение .

То есть система может гюлучить решение от программы иличе рез промежуточное звено- человека,который общается с nрограммой. Человек, работающийв сотрудничестве с программой, может добиться с ее помощью результатов более высокогокачества . Правильное расnределение функций между человеком и машиной является одним изключевых условий высокой эффективности внедрения экспертных систем .Область исследования ЭС называют «инженерией знаний».

Этот термин был введен Е .Фейгенбаумом и в его трактовке означает « Привнесение принципов и инструментария из об­ласти искусственного интеллекта в решение трудных прикладных проблем, требующих знанийэксперта ». Таким образом , ЭС применяются для решения неформализованных проблем , к ко­торым относят задачи, обладающие одной (или несколькими) следующими характеристиками:1. задачине могут быть представлены в числовой форме ;2.

исходные данные и знания о предметной области обладают неоднозначностью, неточностью , противоречивостью ;3.цели нельзя выразить с nомощью четко оnределенной целевой функции ;4.не существует однозначного алгоритма решения задачи ;5.алгоритмическое решение задачи существует, но его нельзя использоватьnonричинебольшой размерности пространства решений и ограничений на ресурсы.Обобщенная структура ЭС представлена на рис.1.Реальные ЭС могут иметь более сложную структуру, однако, блоки, показанные на рис.обязательно присутствуют в реальных ЭС.Идеальная экспертная система должна содержать пять основных компонектов (рис.1.интерфейс с пользователем ;1):1,2.nодсистему логического вывода ;3.базу знаний;4.модуль отображения и объяснен ия решений.5.модуль приобретения знаний;Модуль отобре'Женияи ра:n.яснения peweнмliПодсистемелоr11чес:коrо 1ы1одаР116очмn емятьМодульИн т ерфеiiс сnриобретен1111nоnwоаетелемРис.з н ании1.