Программа дисциплины «Базы данных и экспертные системы» учебно-методические материалы Редакция №1 от 01. 09. 2013 учебно-методический комплекс дисциплины «Базы данных и экспертные системы»


НазваниеПрограмма дисциплины «Базы данных и экспертные системы» учебно-методические материалы Редакция №1 от 01. 09. 2013 учебно-методический комплекс дисциплины «Базы данных и экспертные системы»
страница5/10
Дата публикации25.12.2013
Размер1.56 Mb.
ТипПрограмма дисциплины
referatdb.ru > Информатика > Программа дисциплины
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
может содержать имя процедуры, которая вычисляет возраст человека по дате рождения, записанной в другом слоте, и текущей дате. Процедуры, располагающиеся в слотах, называются связанными или присоединенными процедурами. Вызов связанной процедуры осуществляется при обращении к слоту, в котором она помещена. Заполнителями слота могут быть также правила продукций, используемые для определения конкретного значения. В слоте может содержаться не одно, а несколько значений, то есть в качестве структурных составляющих фреймов могут использоваться данные сложных типов, а именно: массивы, списки, множества, фреймы и т. д. Например, в слоте с именем брат может содержаться список имен, если объект, описываемый данным фреймом, имеет нескольких братьев. Значение слота может представлять собой некоторый диапазон или перечень возможных значений, арифметическое выражение, фрагмент текста и т.д. Совокупность данных предметной области может быть представлена множеством взаимосвязанных фреймов, образующих единую фреймовую систему, в которой объединяются декларативные и процедурные знания. Такая система имеет, как правило, иерархическую структуру, в которой фреймы соединены друг с другом с помощью родовидовых связей. На верхнем уровне иерархии находится фрейм, содержащий наиболее общую информацию, истинную для всех остальных фреймов. Фреймы обладают способностью наследовать значения характеристик своих родителей. Например, фрейм африканский слон наследует от фрейма слон значение характеристики цвет «серый». Значение характеристики в дочернем фрейме может отличаться от родительского, например, значением данного слота для фрейма азиатский слон является цвет «коричневый». Над фреймами можно совершать некоторые теоретико-множественные операции, например объединение и пересечение. При объединении фреймов в результирующем фрейме будут присутствовать все слоты, которые встречались в исходных фреймах. В слотах, не являющихся общими, будут сохранены исходные значения. Если в объединяемых фреймах были одноименные слоты, в результирующем фрейме останется один слот с таким именем, значение его определится в результате объединения значений одноименных слотов. При пересечении фреймов в результирующем фрейме будут присутствовать только те слоты, которые имелись во всех исходных фреймах. Вычислить результирующие значения можно двумя способами. Первый способ состоит в том, что в результирующем фрейме присутствуют только те значения, которые совпадали в исходных фреймах. Во втором способе результирующие значения находят путем пересечения значений из исходных фреймов.

Фреймовые системы подразделяются на статические и динамические, последние допускают изменение фреймов в процессе решения задачи.

Пример фрейма: руководитель


Имя слота

Значение слота

Тип значения слота

Имя

Иванов И. И.

Строка символов

Рожден

01.01.1965

Дата

Возраст

age(dama, рожден)

Процедура

Специальность

юрист

Строка символов

Отдел

отдел кадров

Строка символов

Зарплата

8000

Строка символов

Адрес

дом_адрес

Фрейм


В общем случае структура данных фрейма может содержать более широкий набор информации, в который входят следующие атрибуты. Имя фрейма служит для идентификации фрейма в системе и должно быть уникальным. Фрейм представляет собой совокупность слотов, число которых может быть произвольным. Число слотов в каждом фрейме устанавливается проектировщиком системы, при этом часть слотов определяется самой системой (системные слоты) для выполнения специфических функций, примерами которых являются:

слот-указатель родителя данного фрейма (is-a);

слот-указатель дочерних фреймов;

слот для ввода имени пользователя;

слот для ввода даты определения фрейма;

слот для ввода даты изменения фрейма и т.д.

Имя слота должно быть уникальным в пределах фрейма. Обычно имя слота представляет собой идентификатор, который наделен определенной семантикой. В качестве имени слота может выступать произвольный текст.

Например, <Имя слота> = Главный герой романа Ф. М. Достоевского «Идиот», <Значение слота> = Князь Мышкин. Имена системных слотов обычно зарезерви-рованы, в различных системах они могут иметь различные значения. Примеры имен системных слотов: is-a, haspart, relations и т. д. Системные слоты служат для редактирования базы знаний и управления выводом во фреймовой системе.

Указатели наследования показывают, какую информацию об атрибутах слотов из фрейма верхнего уровня наследуют слоты с аналогичными именами в данном фрейме. Указатели наследования характерны для фреймовых систем иерархи-ческого типа, основанных на отношениях типа «абстрактное - конкретное». В конкретных системах указатели наследования могут быть организованы различными способами, иметь разные обозначения:

U (Unique) - значение слота не наследуется;

S (Same) - значение слота наследуется;

R (Range) - значения слота должны находиться в пределах интервала значений, указанных в одноименном слоте родительского фрейма;

О (Override) - при отсутствии значения в текущем слоте оно наследуется из фрейма верхнего уровня, однако в случае определения значения текущего слота оно может быть уникальным. Этот тип указателя выполняет одновременно функции указателей U и S.

Указатель типа данных показывает тип значения слота. Наиболее употребляемые типы: frame - указатель на фрейм; real - вещественное число; integer - целое число; boolean - логический тип; text - фрагмент текста; list - список; table - таблица; expressionвыражение; lisp - связанная процедура.

Значение слота должно соответствовать указанному типу данных и условию наследования.

Демоном называется процедура, автоматически запускаемая при выполнении некоторого условия. Демоны автоматически запускаются при обращении к соответствующему слоту. Типы демонов связаны с условием запуска процедуры. Демон с условием if-needed запускается, если в момент обращения к слоту его значение не было установлено. Демон типа if-added запускается при попытке изменения значения слота. Демон if-removed запускается при попытке удаления значения слота. Возможны также другие типы демонов. Демон является разновидностью связанной процедуры.

В качестве значения слота может пользоваться процедура, называемая служебной в языке Лисп или методом в языках объектно-ориентированного про-граммирования. Присоединенная процедура запускается по сообщению, преданному из другого фрейма. Демоны и присоединенные процедуры являются процедурными знаниями, объединенными вместе с декларативными знаниями в единую систему. Эти процедурные знания являются средствами управления выводом во фрейме системах, причем с их помощью можно реализовать любой механизм вывода. Представление таких знаний и заполнение ими интеллектуальных систем - весьма нелегкое дело, которое требует дополнительных затрат труда и времени разработчиков ИИС. Поэтому проектирование фреймовых систем выполняется обычно специалистами, имеющими высокий уровень квалификации в области искусственного интеллекта.

Пример сети фреймов приведен на рис. 7. На нём понятие ученик наследует свойства фреймов ребенок и человек, которые находятся на более высоких уровнях иерархии. Если будет задан вопрос «Любят ли ученики сладкое?», то следует ответ «да», так как этим свойством обладают все дети, что указано во фрейме ребенок. Наследование свойств может быть частичным, например «возраст» для учеников не наследуется из фрейма «ребенок», так как явно указан в собственном фрейме.

Термин «фреймовый» часто заменяют термином «объектно-ориентирован-ный». Шаблон фрейма можно рассматривать как класс, экземпляр фрейма - как объект. Языки объектно-ориентированного программирования (ООП) предостав-ляют средства создания классов и объектов, а также средства для описания процедур обработки объектов (методы). Языки ООП не содержащие средств реализации присоединенных процедур не позволяют организовать гибкий механизм логического вывода, поэтому разработанные на них программы либо представляют собой объектно-ориентированные базы данных, либо требуют интеграции с другими средствами обработки знании.


Рис. 7. Пример иерархии фреймов.
Модель семантические сети.

Термин семантическая означает смысловая, а семантика - это наука, устанав-ливающая 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.

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.

Проблема поиска решения в базе знаний типа семантической сети сводится к задаче поиска фрагмента сети или подсети, соответствующей поставленному вопросу. На рис. 8 изображен пример семантической сети.

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

Для реализации семантических сетей в экспертных системах существуют специальные сетевые языки. Систематизация отношений конкретной семантической сети зависит от специфики знаний предметной области и является сложной задачей. Особого внимания заслуживают общезначимые отношения, присутствующие во многих предметных областях. Именно на таких отношениях основана концепция семантической сети. В семантических сетях, так же как при фреймовом представлении знаний, декларативные и процедурные знания не разделены, следовательно, база знаний не отделена от механизма вывода. Процедура логичес-кого вывода обычно представляет совокупность процедур обработки сети. Семантические сети получили широкое применение в экспертных системах.

ЛЕКЦИЯ 5. Способы реализации логического вывода в ЭС с классическими моделями представления знаний.
В лекции рассмотрены функции механизма вывода ЭС, использующие продукционные и фреймовые модели представления знаний. Особенности средств управления выводом в классических моделях представления знаний поясняются на простых примерах обработки знаний.
Прямой и обратный вывод в ЭС продукционного типа.

Любая экспертная система продукционного типа должна содержать три основные компоненты: базу правил, рабочую память и механизм вывода. База правил (БП) - формализованные с помощью правил продукций знания о конкретной предметной области. Рабочая память (РП) - область памяти, в которой хранится множество фактов, описывающих текущую ситуацию, и все пары атрибут-значение, которые были установлены к определенному моменту. Содержимое РП в процессе решения задачи обычно изменяется, увеличиваясь в объеме по мере применения правил. Другими словами, РП - это динамическая часть базы знаний, содержимое которой зависит от окружения решаемой задачи. В простейших ЭС хранимые в РП факты не изменяются в процессе решения задачи, однако существуют системы, в которых допускается изменение и удаление фактов из РП. Это системы с немонотонным выводом, работающие в условиях неполноты информации.

Механизм вывода выполняет две основные функции:

  • просмотр существующих в рабочей памяти фактов и правил из БП, а также добавление в РП новых фактов;

  • определение порядка просмотра и применения правил. Порядок может быть прямым или обратным.

Прямой порядок - от фактов к заключениям. В экспертных системах с прямыми выводами по известным фактам отыскивается заключение, которое из этих фактов следует. Если такое заключение удается найти, оно заносится в рабочую память. Прямые выводы часто применяются в системах диагностики, их называют выводами, управляемыми данными.

Обратный порядок вывода - от заключений к фактам. В системах с обратным выводом вначале выдвигается некоторая гипотеза о конечном суждении, а затем механизм вывода пытается найти в рабочей памяти факты, которые могли бы подтвердить или опровергнуть выдвинутую гипотезу. Процесс отыскания необходимых фактов может включать достаточно большое число шагов, при этом возможно выдвижение новых гипотез (целей). Обратные выводы управляются целями.

Для выполнения указанных функций механизм вывода включает компоненту вывода и управляющую компоненту. Действие компоненты вывода основано на применении правила логического вывода Modus Ponendo Ponens. Суть применения этого правила в продукционных системах состоит в следующем. Если в РП присутствует истинный факт А и в базе правил существует правило вида «если А, то В», то факт В признается истинным и заносится в рабочую память. Такой вывод легко реализуется на ЭВМ, однако при этом часто возникают проблемы, связанные с распознаванием значений слов, а также с тем, что факты могут иметь внутреннюю структуру, и между элементами этой структуры возможны различного рода связи. Например, пусть имеется факт А - «автомобиль Иванова - белый» и правило «если автомобиль - белый, то автомобиль легко заметить ночью». Человек легко выведет заключение «автомобиль Иванова легко заметить ночью», но это не под силу ЭС чисто продукционного типа. Она не сможет сформировать такое заключение, потому что А не совпадает точно с антецедентом правила. Кроме того, невысокая интеллектуальная мощность продукционных систем обусловлена тем, что человек выводит заключения, имея в своем распоряжении все свои знания, то есть БЗ огромного объема, в то время как ЭС способны вывести сравнительно небольшое количество заключений, используя заданное множество правил. Из сказанного можно сделать вывод о том, что компонента вывода в ЭС должна быть организована так, чтобы быть способной функционировать в условиях недостатка информации.

Управляющая компонента определяет порядок применения правил, а также устанавливает, имеются ли еще факты, которые могут быть изменены в случае продолжения работы (при немонотонном выводе). Механизм вывода работает циклически, при этом в одном цикле может сработать только одно правило. Схема цикла приведена на рис. 9.



Рис. 9 Цикл работы вывода.

В цикле выполняются следующие основные операции:

  • сопоставление - образец (антецедент) правила сравнивается с имеющимися в РП фактами;

  • разрешение конфликтного набора - выбор одного из нескольких правил в том случае, если их можно применить одновременно;

  • срабатывание правила - в случае совпадения образца некоторого правила из базы правил с фактами, имеющимися в рабочей памяти, происходит срабатывание правила, при этом оно отмечается в БП;

  • действие - изменение содержимого РП путем добавления туда заключения сработавшего правила. Если в заключении содержится директива на выполнение некоторой процедуры, последняя выполняется.

Поскольку механизм вывода работает циклически, следует знать о способах завершения цикла. Традиционными способами являются либо исчерпание всех правил из БП, либо выполнение некоторого условия, которому удовлетворяет содержимое рабочей памяти (например, появление в ней какого-то образца), либо комбинация этих способов. Особенностью ЭС является то, что они не располагают процедурами, которые могли бы построить в пространстве состояний сразу весь путь решения задачи. Траектория поиска решения полностью определяется данными, получаемыми от пользователя в процессе логического вывода.

Рассмотрим простейшие примеры прямого и обратного вывода в системах продукционного типа.

Пример прямого вывода. Пусть в БП имеются следующие правила:

Правило 1. «если двигатель не заводится, и фары не горят, то сел аккумулятор».

Правило 2. «если указатель бензина находится на нуле, то двигатель не заводится».

Предположим, что в рабочую память от пользователя ЭС поступили факты: фары не горят и указатель бензина находится на нуле. Рассмотрим основные шаги алгорит-ма прямого вывода.

  1. Сопоставление фактов из РП с образцами правил из БП. Правило 1 не может сработать, а правило 2 срабатывает, так как "образец, совпадающий с его антецедентом, присутствует в РП.

  2. Действие сработавшего правила 2. В РП заносится заключение этого правила, то есть образец: двигатель не заводится.

  3. Второй цикл сопоставления фактов в РП с образцами правил. Теперь срабатывает правило 1, так как совпадение условий в его антецеденте становится истинной.

  4. Действие правила 1, которое заключается в выдаче пользователю окончательного диагноза - сел аккумулятор.

  5. Конец работы (БП исчерпана).

Пример прямого вывода с конфликтным набором
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

Похожие рефераты:

Программа дисциплины «Базы данных и экспертные системы» для преподавателя...
«Базы данных и экспертные системы» для специальности 5В073200-Стандартизация, метрология и сертификация
Методические рекомендации по изучению дисциплины Формат и политика курса
«Базы данных и экспертные системы» для специальности 5В073200-Стандартизация, метрология и сертификация
Учебно-методический комплекс дисциплины «Базы данных в системах управления»
Учебно-методические материалыпо дисциплине “Базы данных в системах управления ”
Рабочая программа дисциплины “ Базы данных в системах управления...
Рабочая программа дисциплины “Базы данных в системах управления” для преподавателя
Программа дисциплины “Информационно-управляющие системы ” для преподавателя...
Одобрено и рекомендовано к изданию на заседании Учебно-методического совета университета
Программа дисциплины “Клиент-серверные приложения с использованием...
Одобрено и рекомендовано к изданию на заседании Учебно-методического совета университета
Программа дисциплины «Операционные системы» для преподавателя Редакция...
«Операционные системы» для специальности 5B070400-Вычислительная техника и программное обеспечение
Учебно-методическое пособие “Методы сортировок и поиска” Редакция...
В этой части книги будут обсуждаться структуры данных в основной памяти и методы их использования, предназначенные для поиска данных...
Учебно-методический комплекс дисциплины «обж» учебно-методические...
Авария разрушение сооружений и (или) технических устройств, применяемых на опасном производственном объекте, неконтролируемые взрыв...
Программа дисциплины «История государства и права» учебно-методические...
Автономия (греч самоуправление) – широкое внутреннее управление в определенном регионе государства

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
referatdb.ru
referatdb.ru
Рефераты ДатаБаза