Семантические сети (сс)

СС – модели представления знаний. Автор Куиллиан, 60-е годы. Это представление знаний исторически первое, первый класс моделей, который представляет знания людей. Структура представляет знания, формируемые в виде ориентированного графа с различными (помеченными?) вершинами и дугами.

СС- ориентированный граф, с помеченными вершинами и дугами. Вершины соответствуют конкретным объектам, а дуги отражают имеющиеся между ними отношения.

Вершины – сущности предметной области. Под сущностью понимается объект производственной природы. Если надо дуги\вершины можно обозначать метками – мнемоническими имена. Основными связями для семантических сетей, с помощью которых формируются понятия, являются

– класс, к которому принадлежат данные понятия;

- свойство, которое выделяет понятие из всех общих понятий этого класса.

- пример, примеры данного понятия.

На семантической сети принадлежности некоторого элемента к классу или части к целому отображается с помощью этих связей.

Формальное представление СС

Если имеется некоторое множество атрибутов А={Ai, i=1,n} и конечное множество отношений R={Rj, j=1,m}, то под интенсионалом отношений INT(Rj)={….{Ai, DOM Ai}…} понимают домен Ai (это множество значений атрибутов Ai соответствующего значения Rj). INT СС описывает предметную область на уровне обобщения.

Под экстенсионалом отношения EXT(Rj)={F1,….Fp}, где Fk- это фактические отношения Rj, заданного в виде пар атрибут-значение. EXT CC конкретизирует сеть, наполняя ее фактическими данными.

*Интенсионал INT Агент----------- Действие----Объект------------ Место----------Инструмент

Экстенсионал: Поставщик Отгрузил Продукцию Со склада 2 Автотранспортом

Переходя последовательно от одного узла к другому по направлению соответствующих связей можно определить информацию, характеризующую тот/иной узел.

Фреймовые модели

Метод фреймов – воспроизведение фактов внешнего мира о некотором явлении, которое порождает данные, накапливаемые опытным путем.

Фреймовые модели называют языками представления знаний. Идея принадлежит М.Минскому.

Фрейм – единое представление знаний, заполненная в прошлом (пришедшая из прошлого опыта);

Детали могут быть изменены в соответствии с текущей ситуацией.

Фрейм - структура данных для представления некоторого концептуального объекта.

Фрейм имеет имя для идентификации описанного им понятия, имеет ряд описаний (слотов), с помощью которых определяются основные структурные элементы этого понятия.

Слот может содержать и конкретные значения и имя процедуры, которая позволяет вычислить значения по заданному алгоритму.

Процедуры, если они располагаются в слотах, называются связанными или присоединенными.

Вызов связанной процедуры осуществляется при обращении к слоту, в котором она помещается. Заполнителями слотов могут быть т продукционные правила.

В общем случае структуру фрейма можно изобразить

В слоте может содержаться не одно, а несколько его значений, т.е. в качестве содержания фреймов могут использоваться данные сложных структур: массивы, списки множества, фреймы.

Фреймовая модель имеет следующую иерархическую структуру, которая отражает реальные объекты, понятия, отношения, связи объектов ПО: на верхнем уровне иерархии - фрейм, содержащий наиболее общую информацию (она истинная для всех остальных фреймов). Фреймы обладают способностью наследовать значения характеристик своих родителей. Значение характеристик в дочернем фрейме может отличаться от родительского.

Над фреймами можно выполнять операции:

При объединении фреймов в итоговом фрейме будут содержаться все слоты, которые встречались в нескольких фреймах. Если какие-то слоты не являются общими, то некоторые значения их будут сохранены. Если в объединяемых фреймах одноименные слоты, то в результирующем фрейме останется один слот с таким именем.

При пересечении фреймов будут присутствовать только те слоты, которые менялись во всех исходных фреймах. Отсюда возникает проблема вычисления значений.

Фреймовые структуры бывают динамическими и статистическими (динамические допускают изменение фреймов в процессе решении задачи). Имя фрейма уникально в системе фреймов. Набор символов может быть произвольным.

Системные слоты – слоты для выполнения специфических функций (указание на родителя, ввод пользователя и т.д.)

Димон – присоединенная структура, запускающаяся при выполнении некоторых условий.

Типы димонов:

1. Если тип IF-NEEDED, то он запускается, если к моменту обращения к слоту его значения не было установлено.

2. Если тип IF-ADDED запускается если осуществляется попытка изменять знания.

3. Если тип IF-REMOVED запускается при попытке удаления.

Возможны и другие типы димонов, димон связанная процедура.

Присоединенная процедура которая называется служебной процедурой (метод) - запускается по сообщению, переданному из другого фрейма или слота.

Димон и присоединенная процедура являются процедурными знаниями, объединенными с декларативными в единую систему.

Эти процедурные знания являются средствами управления выводом во фреймовых системах, причем в них можно реализовать любой механизм вывода.

Механиз вывода во фреймовых системах основан на обмене значениями между одноименными слотами различных фреймов и сводятся к выполнению присоединенных процедур. Запрос в ЭС-ме в виде сообщения поступает в старший по иерархии фрейм, если ни в одном из слотов фрейма нет ни одного ответа на этот запрос. В этом случае соответствующее сообщение – запросы передаются во все фреймы, где имеются слоты, имена которых содержатся в запросе или необходимы для поиска ответа на вопрос. Если в них содержится необходимый ответ, то значения соответствующего слота передается в старший по иерархии фрейм.

Логическое (формальное) представление

В основе лежит формальная логическая система. Ее основная идея:

- вводится формальный алфавит – множество базовых элементов теории;

- вводится множество объектов из базовых элементов, определяются правила построения правильных предложений;

- часть объектов объявляется изначально заданными и истинными по определению – аксиомами;

- задаются правила построения теорем, объектов – правила вывода.

Эта схема вывода лежит в основе многих дедуктивных систем ИИ. В соответствии с ней БЗ описывается в виде предложений и аксиом данной теории, а механизм вывода реализует правила построения новых предложений из

Шпации - элемент структуры, которые представляют текущее значение слота.

***

Эта схема вывода лежит в основе построения дедуктивных систем искусственного интеллекта. В соответствии с ней, БЗ описывается в виде предложений и аксиом данной теории (предложения = БЗ), а механизм вывода реализует правила построения новых предложений из имеющихся в БЗ фактов. На вход системы поступает описание задачи на языке этой теории в виде запроса, предложения, теоремы. Этот запрос, предложение, теорема не представлены явно в БЗ (в явном виде), и если они верны с позиции знаний, заложенных в БЗ (т.е. не противоречат им), то может быть построено из объектов БЗ путем применения механизма вывода новое правило, новое знание (должно быть непротиворечивым).

Процесс работы механизма вывода называется доказательством запроса (теоремы).

Если есть возможность запомнить шаги самого процесса выводы в виде трассы и представить его пользователю, то мы получим объяснении.

Формальные языки, на которых записываются правила, получим названия логических языков.

С практической точки зрения наиболее приемлемым является язык логики высказываний и логики предикатов.

В языке логики высказываний элементарные предложения рассматриваются как неделимые сущности. А в языке логики предикатов предложение расчленяется на субъект и предикат.

В процессе математизации рассуждений различают виды слов:

1.термы, которые являются аналогом существующих;

2.формулы, которые являются аналогом предложений.

(высказывательные формы равнозначны переменным высказываниям)

Для записи предложений используется стандартная формула высказываний, которая дает:

1. стандартизировать рассуждения, т.е. рассматривать определенные конструкции из посылок и заключений.

2. позволяет ввести переменные

Формулы с переменными обращаются в высказывании при постановке вместо переменных конкретных знаний. После этого они становятся высказывательными формами (переменные высказывания). Не все предложения, содержащие переменные, являются высказывательными формами. Различают связанные и свободные переменные.

Расчленение предложения на субъект и предикат в математической логике математизируются путем соотнесения предложения, выражающего свойства предмета, с функцией одной переменной Р(х). При этом сама функция Р логическая функция одной переменной, а аргумент х - субъект.

Если же предложение описывает отношение между несколькими субъектами, то с ним можно связать n-местный предикат Р(х1, х2,…,хn).

Логические операции и, или, не с помощью которых строится сложные предложения/формулы соотносятся с операциями логики следующим образом:

¬ - не верно

v-конъюнкция

∩-дизъюнкция

=>-следовательно

-эквивалентность

¥ (как любой)-квантор общности

Существует.

В различных логических системах используются разнообразные системы вывода. Наиболее распространенные подстановки:

-правило подстановки (актуализации). « В формулу, которая уже выведена может вместо некоторого высказывания подставить любое другое при соблюдении условия: подстановка должна быть сделана во всех местах вхождения заменяемого высказывания в данную формулу.»

-правило заключения. (А, А=>B)/B