Модели предоставления знаний. (логические, семантические, фреймовые). Понятие и структура экспертной системы. Классификация ЭС

Согласно логическому подходу, вся система знаний, необходимая для решения прикладных задач, рассматривается как совокупность утверждений.

Система знаний представляется совокупностью формул логики предикатов. Эта логика оперирует простыми высказываниями, рас­члененными на с убъект (нечто лежащее в основе) и предикат (нечто утверждаемое о субъекте). Предикат отображает наличие или отсут­ствие у субъекта того или иного признака.

Основной недостаток логических методов — отсутствие четких принципов организации фактов в базе знаний.

Продукционные модели представления знаний

Психологические исследования процессов принятия решений по­казали, что, рассуждая и принимая решения, человек использует про­дукционные правила (от англ. production правило вывода). В общем случае продукционное правило можно представить в следующем виде [52]:

i: S; L; A ->В; Q,

где i - индивидуальный номер продукции; S - описание класса ситуаций, в котором данная структура может использоваться; L - условие, при котором продукция активизируется; А->В — ядро продукции, Q — постусловие продукционного правила, описывает операции и действия (процедуры), которые необходимо выполнить после выполнения В.

Семантическая сеть — это модель формализации знаний в виде ори­ентированного графа с размеченными вершинами и дугами. Верши­нам соответствуют объекты, понятия или ситуации, а дугам — отно­шения между ними.

В качестве ПОНЯТИЙ обычно выступают абстрактные или конкрет­ные объекты, а отношения - это связи типа: «это» («АКО — A-Kind­Of>, «is»), «имеет частью» («has part»), «принадлежит». Характерной особенностью семантических сетей является обязательное наличие трех типов отношений [9]:

♦ класс - элемент класса;

♦ свойство- значение;

♦ пример элемента класса.

Наиболее часто в семантических сетях используются следующие отношения |9]:

♦ связи типа «часть—целое»;

♦ функциональные связи (определяемые ычно глаголами «про­изводит», «влияет» и др.);

♦ количественные (больше, меньше, равно и т. д.);

♦ пространственные (далеко от, близко от и др.);

♦ временные (раньше, позже и др.);

♦ атрибутивные связи (иметь свойство, иметь значение);

♦ логические связи (И, ИЛИ, НЕ);

♦ лингвистические связи и др.

Термин фрейм (frame - каркас, рамка) предложен М. Минским в 70-е годы для обозначения структуры знаний по восприятию пространственных сцен. Эта модель, как и семантическая сеть, имеет глубокое психологическое обоснование. Под фреймом понимается

абстрактный образ или ситуация. Фреймовая модель, основанная на теории М. Минского, представ­ляет собой систематизированную в виде единой теории технологиче­скую модель памяти человека и его сознания.

Использование теории нечетких множеств в представлении знаний

При попытке формализовать человеческие знания исследователи столкнулись с проблемой, затруднявшей использование традиционнога математического аппарата для их описания. Существует целый класс описаний, оперирующих качественными характеристиками объектов (много, мало, сильный, оченъ сильный и т. п.). Эти характе­ристики обычно размыты и не могут быть однозначно интерпретиро­ваны, однако содержат важную информацию [9].

Экспертные системы (ЭС ) - это сложные программные комплексы, аккумулирующие знания специалистов в конкретных предметных об­ластях и тиражирующие этот опыт для консультаций менее квали­фицированных пользователей [52].

Обобщенная структура экспертной системы представлена на рис. 11.4. Блоки, изображенные на рисунке, присутствуют в любой экспертной системе.

В целом процесс функционирования ЭС можно представить следующим образом: пользователь, желающий получить необходимую ин­формацию, через пользовательский интерфейс посылает запрос к ЭС. Решатель, на основе базы знаний, генерирует и выдаст пользователю подходящую рекомендацию, объясняя ход своих рассуждений при по­мощи подсистемы объяснений.

Пользователь — специалист предметной области, для которою пред­назначена система. Обычно его квалификация недостаточно высока, и ПОЭТОМУ он нуждается в помощи экспертной системы.