Лекция №5. Модели представления знаний. Семантическая модель.

В связи с организацией базы знаний в информационной системе, возникли задачи по поиску оптимального и верного решения на поставленную задачу перед информационной системой. Таким образом, неструктурированную массу знаний нужно было представить в такой форме, которая позволяла бы найти оптимальное решение с наименьшими затратами, например, временными. И начиная со второй половины 20-ого века в области искусственного интеллекта стали появляться различные методы представления знаний.

Представление -- это действие, делающее некоторое понятие воспринимаемым посредством фигуры, записи, языка или формализма.

Представление знаний-- формализация истинных убеждений посредством фигур, записей или языков.

Нас особенно интересуют формализации, воспринимаемые (распознаваемые) ЭВМ.

Представлению знаний присущ пассивный аспект: книга, таблица, заполненная информацией память. В ИИ подчеркивается активный аспект представления: знать должно стать активной операцией, позволяющей не только запоминать, но и извлекать воспринятые (приобретенные, усвоенные) знания для рассуждений на их основе.

Выбор модели представления знания

Часто сводят к обсуждению баланса между деклара­тивным(ДП) и процедурным представлением(ПП). Различие между ДП и ПП можно выразить различием между вопросами «знать, что?» и «знать, как?».

Процедурное представление основано на предпосылке, что интеллектуальная деятельность есть знание проблемной среды, вложенное в програм­мы, то есть знание о том, как можно использовать те или иные сущности.

Декларативное представление основано на предпосылке, что знание неких сущностей «знать, что?» не имеет глубоких связей с процедурами, исполь­зуемыми для обработки этих сущностей. При использовании ДП счи­тается, что интеллектуальность базируется на некотором универсаль­ном множестве процедур, обрабатывающих факты любого типа, и на множестве специфических фактов, описывающих частную область знаний.

Основное достоинство ДП по сравнению с ПП заключается в том, что в ДП нет необходимости указывать способ использования конкретных фрагментов знания. Простые утверждения могут ис­пользоваться несколькими способами, и может оказаться неудобным фиксировать эти способы заранее. Указанное свойство обеспечивает гибкость и экономичность ДП, так как позволяет по-разному исполь­зовать одни и те же факты. В ДП знание рассматривается как множество незави-симых или слабо зависимых фактов, что позволяет осуществлять модификацию знаний и обучение простым добавлением или устранением утверж­дений. Для ПП проблема модификации значительно сложнее, так как здесь необходимо учитывать, каким образом используется дан­ное утверждение.

Модели представления знаний обычно делят на логические(формальные) и эвристические (формализованные) модели. В ло­гических моделях, как правило, используется исчисление предикатов первого порядка (то, что в суждении высказывается о предмете суждения), дополненное рядом эвристических стратегий. В логических моделях представления знаний отношения, су­ществующие между отдельными единицами знаний, выражаются только с помощью синтаксических правил используемой формальной системы.

В отличие от формальных моделей эвристические моделиимеют разнообразный набор средств, передающих специфические особен­ности той или иной проблемной области. Именно поэтому эвристи­ческие модели превосходят логические как по возможности адекват­но представить проблемную среду, так и по эффективности исполь­зуемых правил вывода.

К эвристическим моделям, используемым в экспертных системах, можно отнести:

· сетевые,

· фреймовые,

· продукционные,

· объектно-ориентированные модели.

К типичным моделям представления знаний относятся:

· семантические сети;

· фреймы;

· продукционные модели;

· формальные логические модели (в курсе не рассматриваются).

В свою очередь это множество классов можно разбить на две большие группы:

· модульные (продукционные модели и формальные логические модели) используются для представления поверхностных знаний. Поверхностные знания - знания о видимых взаимосвязях между отдельными событиями и фактами в предметной области;

· сетевые (семантические сети и фреймы) используются для представления глубинных знаний. Глубинные знания - абстракции, аналогии, схемы, отображающие структуру и природу процессов, протекающих в предметной области. Эти знания объясняют явления и могут использоваться для прогнозирования поведения объектов.

Модель семантические сети

Термин семантическая означает смысловая, а семантика - это наука, устанавливающая отношения между символами и объектами, которые они обозначают, то есть наука, определяющая смысл знаков. Семантическая сеть - это ориентированный граф, вершины которого это понятия, а дуги - отношения между ними.

Понятия делятся на:

· События

Под событием понимают различные объекты проблемной области: суждения, факты, результаты наблюдений и т.д. Одно событие не может встречаться в одном разделе семантической сети больше одного раза.

События делятся на характеризуемые и характеризующие. Например, событие дождливая погода характеризуется событием идет дождь, так как без дождя дождливой погоды не может быть.

Если характеризующее событие имеет несколько значений, то оно называется атрибутом. Например, свойством понятия Времена года является Погода. Так как последнее имеет несколько значений: Холодная, Теплая, Дождливая и т.д., то ее можно считать атрибутом Времени года.

· Атрибуры

· Комплексы признаков

· Процедуры – специфические элементы сети, которые выполняют преобразование информации . Они позволяют вычислять значения одних атрибутов на основании других, оперируя как с числами, так и с символами.

В семантических сетях используются следующие отношения:

· элемент класса;

· атрибутные связи;

· значение свойства;

· пример элемента класса;

· связи типа «часть-целое»;

· функциональные связи, определяемые глаголами «производит», «влияет»;

· количественные (больше, меньше, равно …);

· пространственные (далеко от, близко от, за, под, над …);

· временные (раньше, позже, в течение…);

· логические связи (и, или, не) и др.

Минимальный состав отношений в семантической сети - это элемент класса, атрибутные связи и значение свойства.

На рис. 8 изображен пример семантической сети.

Рис. 8 Семантическая сеть, показывающая взаимоотношения птицы и самолета.

Проблема поиска решения в базе знаний типа семантической сети сводится к задаче поиска фрагмента сети или подсети, соответствующей поставленному вопросу.