Продукционные модели представления знаний

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

«Продукционные модели представления знаний»

по дисциплине

«Интеллектуальные информационные системы»

Санкт-Петербург

2010

Продукционные модели

Продукционные модели достаточно давно и широко используются в интеллектуальных системах. Основы продукционного формализма были заложены Э.Л. Постом (PostE.L.). В нашей стране продукционные системы и исчисления развивались С.Ю. Масловым, Н.А. Шаниным, В.Е. Кузнецовым, Кратко М.И.

Продукцию можно рассматривать как структуру вида:

,

где a₁, a₂ … a_n – посылки ( условия) продукции, z – заключение ( действие). В словесной форме продукционные правила представляются в виде предложений типа: «Если ( условие ), то ( действие )». Под условием, называемым также антецендентом, понимается совокупность образов, имеющихся в базе знаний или рабочей памяти интеллектуальных систем, а под действием (консеквентом), действия выполняемые при успешном выполнении правила продукции.

Продукционную систему можно определить как структуру вида:

SP = ( A, V, P ),

где А – алфавит условного языка, V – алфавит переменных, Р– конкретное множество продукций.

Интересную классификацию продукционных правил разработал Д.А. Поспелов. Он представил интеллектуальную систему как совокупность базы знаний К и «рассуждающей» системы R (системы логического вывода). Система R обменивается информацией с базой знаний К и внешним миром W.

Представим типы продукций в форме следующей табл.9.1.

Таблица 9.1

Классификация продукционных правил по Д.А.Поспелову

Тип продукции	Содержательное описание
AW Þ BR	Информация, поступившая из внешнего мира, приводит к изменению хода рассуждений в R.
AW Þ BK	Информация из внешнего мира запоминается в базе знаний.
AK Þ BW	Информация из базы знаний передается во внешний мир.
AR Þ BK	Информация, полученная рассуждающей системой, передается на хранение в базу знаний.
AK Þ BR	Необходимая для рассуждений информация выбирается из базы знаний и передается в R.
AW Þ BW	Продукция непосредственного отклика. АW описывает некоторую наблюдаемую ситуацию в W или воздействие W на R. BW описывает действие, которое поступает от системы в W. Рассуждающая система не успевает срабатывать, а лишь транслирует информацию об АW и BW адресатам.
AR Þ BW	Определяет воздействия на W, которые возникают как результат работы R.
AR Þ BR	Внутренние продукции R, описывают промежуточные шаги процессов вывода и не влияют непосредственно на базу знаний и состояние W.
AK Þ BK	Процедуры преобразования знаний в базе знаний: обобщение знаний, получение новых знаний из ранее известных, установление закономерностей.

Поэтому в обобщённой форме продукционные правила могут иметь вид:

П, Р, А => В, Q,

где: А => В – ядро продукции, Р – условие применимости, П – предусловие применимости, характеризующие сферу проблемной области БЗ, Q – постусловие продукции, определяющие те изменения, которые необходимо ввести в БЗ и в систему продукций после реализации данной продукции.

Продукционные модели являются удобным и достаточно понятным средством представления знаний, хорошо воспринимаются психологически, что очень важно при разработке интеллектуальных и экспертных систем.

Основными модулями продукционной системы являются:

- БД (структурированная или неструктурированная);

- набор продукционных правил;

- интерпретатор, обрабатывающий продукции.

База данных хранит известные системе факты о состоянии предметной области. В результате выполнения продукций могут активироваться процедуры, которые автоматически манипулируют содержимым БД, подключают новые факты, с которыми могут быть связаны новые продукции.

Классические продукционные системы отвечают требованиям модульности, правила вывода могут добавляться и удаляться без возникновения неожиданных побочных эффектов. В традиционном виде такие системы не содержат сведений о применении, что снижает эффективность вывода, так как требуется проверять условия активации всех продукций.

Поэтому для решения проблемы «комбинаторного взрыва» разработаны методы структурного совершенствования БД и условий в продукциях. Если в данном цикле продукционной системы существует несколько правил, условия которых определены, то применяемое правило выбирается с помощью установленной стратегии разрешения конфликтов. Возможно также осуществление точного контроля за последовательностью выполнения продукций с помощью специальных сигналов, подключающих соответствующие продукции в других циклах.

Существует достаточное количество инструментальных программных средств, позволяющих создавать продукционные интеллектуальные системы (OPS5, ПИЭС, СПЭИС).

Для повышения быстродействия продукционных систем исследуются методы параллельного управления и параллельного выполнения продукционных правил, позволяющие увеличить эффективность выполнения в десятки раз.

Литература

1. Гаскаров Д.В. Интеллектуальные информационные системы. - М.: «Высшая школа», 2003.

2. Колбанев М.О., Яковлев С.А. Модели и методы обработки информации в интеллектуальных системах. СПб.: Изд.ГУ, 2002.

3. Швецов А.Н., Яковлев С.А. Распределенные интеллектуальные информационные системы, - СПб.: Изд.ГЭТУ, 2003.