Лекция 11. Структура и организация знаний в базе знаний.

Первый и основной вопрос, который надо решить при представлении знаний, - это вопрос определения состава знаний, т.е. определение того, " ЧТО ПРЕДСТАВЛЯТЬ" в экспертной системе. Второй вопрос касается того, " КАК ПРЕДСТАВЛЯТЬ" знания. Необходимо отметить, что эти две проблемы не являются независимыми. Выбранный способ представления может оказаться непригодным в принципе либо неэффективным для выражения знаний.

По нашему мнению, вопрос " КАК ПРЕДСТАВЛЯТЬ" можно разделить на две в значительной степени независимые задачи: как организовать (структурировать) знания и как представить знания в выбранном формализме.

Стремление выделить организацию знаний в самостоятельную задачу вызванотем, что эта задача возникает для любого языка представления и способы решения этой задачи являются одинаковыми (либо сходными).

Итак, в круг вопросов, решаемых при представлении знаний, будем включать следующие:

- определение состава представляемых знаний;

- организацию знаний;

- представление знаний, т.е. определение модели представления. Состав знаний ЭС определяется следующими факторами:

- проблемной средой;

- архитектурой экспертной системы;

- потребностями и целями пользователей;

- языком общения.

В соответствии с общей схемой экспертной системы (см. рис. 1) для ее функционирования требуются следующие знания:

- знания о процессе решения задачи (т.е. управляющие знания), используемые интерпретатором (решателем);

- знания о языке общения и способах организации диалога, используемые лингвистическим процессором (диалоговым компонентом);

- знания о способах представления и модификации знаний, используемые компонентом приобретения знаний;

- поддерживающие структурные и управляющие знания, используемые объяснительным компонентом.

Зависимость состава знаний от требований пользователя проявляется в следующем:

- какие задачи (из общего набора задач) и с какими данными хочет решать пользователь;

- каковы предпочтительные способы и методы решения;

- при каких ограничениях на количество результатов и способы их получения должна быть решена задача;

- каковы требования к языку общения и организации диалога;

- какова степень общности (конкретности) знаний о проблемной области, доступная пользователю;

- каковы цели пользователей.

Состав знаний о языке общения зависит как от языка общения, так и от требуемого уровня понимания.

С учетом архитектуры экспертной системы знания целесообразно делить на интерпретируемые и неинтерпретируемые. К первому типу относятся те знания, которые способен интерпретировать интерпретатор.

Логические модели. Мысленно предметная область представляется состоящей из реальных или абстрактных объектов, называемых сущностями.

Сущности предметной области находятся в определенных отношениях друг к другу (ассоциациях), которые также можно рассматривать как сущности и включать в предметную область. Между сущностями наблюдаются различные отношения подобия. Совокупность подобных сущностей составляет класс сущностей, являющийся новой сущностью предметной области.

Отношения между сущностями выражаются с помощью суждений. Суждение- это мысленно возможная ситуация, которая может иметь место для предъявляемых сущностей или не иметь места. В языке (формальном или естественном) суждениям отвечают предложения. Суждения и предложения также можно рассматривать как сущности и включать в предметную область.

Описания предметных областей, выполненные в логических языках, называются (формальными) логическими моделями.

Сетевые модели. Введем ряд определений. Под сущностью будем понимать объект произвольной природы. Этот объект может существовать в реальном мире. В этом случае он будет называться П-сущностью. В базе знаний ему соответствует некоторое описание, полнота которого определяется той информацией, которую имеет о П-сущности ИС. Такое представление в базе знаний называется М-сущностью. Отметим, что могут существовать М-сущности, для которых в окружающем ИС мире нет соответствующих П-сущностей. Такие М-сущности представляют собой абстрактные объекты, полученные в результате операций типа обобщения внутри базы знаний.

Продукционная модель (ПМ) или системы продукции используют для представления знаний два понятия:

1 - “объект-атрибут-значение”

2 - “правило продукции”

Правило продукции представляет собой средство описания процедурных знаний в виде MG-> MD, где MG описывает определенную ситуацию в предметной области, MD описывает собой одно действие или совокупность действий, которые необходимо выполнить в случае обнаружения соответствующей ситуации в предметной области. В продукционных моделях предполагается полная независимость правил друг от друга.

Фреймовые модели представления знаний. Фрейм — составная структурная единица, предназначенная для описания относящихся к стереотипной ситуации на объекте. Основным элемент единиц фрейма является слот, который используется для хранения единичного знания. Стандартная структура слота следующая:

{ имя слота; < f1> < S1>;...< fm> < Sm>; < q1> < q2>...< qn>.}

fi — имя атрибута, характерного для слота

Si — значение атрибута

qi — ссылки на другие слоты или фреймы