Лекции - Архитектура систем искусственного интеллекта

Подождите немного. Документ загружается.

<НАЗВАНИЕ> <*>

<ЖАНР> <*>}

Напротив, фрейм, в котором все слоты заполнены, называется конкретным

фреймом. Отметим, что имена слотов часто называют ролями. Основной процедурой над

фреймами является поиск по образцу. Образец, или прототип, это - фрейм, в котором

заполнены не все структурные единицы, а только те, по которым среди фреймов,

хранящихся в памяти ЭВМ, отыскиваются нужные фреймы. Другими процедурами,

характерными для фреймовых языков, являются наполнение слотов данными, введение в

систему новых фреймов-прототипов, а также изменения некоторого множества фреймов,

сцепленных по слотам (т.е. имеющих одинаковые значения для общих слотов).

Фрейм может быть декларативного, процедурного и процедурно-декларативного

типа. В фреймах процедурного типа процедуры привязываются к слоту путем указания

последовательности выполняемых операций. Различают два вида процедур:

процедуры-"демоны" и процедуры-"слуги".

Процедура-демон запускается автоматически, когда фрейм удовлетворяет

некоторому образцу, по которому осуществляется поиск в базе знаний.

Процедура-слуга запускается по внешнему запросу, а также используется для задания по

умолчанию значений слотам, если они не определены.

слоты факты процедуры

внутренни

внешние

Рис1.1

Структура фрейма, содержащего процедуры, показана на рис. 1.1.

Внутренняя процедура используется для изменения содержимого данного фрейма,

в то время как внешняя - для изменения содержимого других фреймов. Процедура

выполняет изменения в той части фрейма, которая называется терминальной (образована

множеством терминалов - ячеек для хранения и записи информации).

Примеры систем, работающих с фреймами, это KRL, FRL, GUS, OWL [20, 21] и др.

Развитием концепции фреймовых моделей являются сценарии и ленемы.

Понятие сценария введено Р. Шенком и Р. Абельсоном. Сценарий - это

фреймоподобная структура, в которой определены такие специальные слоты как

сценарий, цель, сцена, роль. Следующий пример сценария взят из:

< сценарий : ресторан

роли: посетитель, официант, кассир

цель: принятие пищи, чтобы насытиться и получить удовольствие

сцена 1: вход в ресторан

войти в ресторан

осмотреть места

выбрать свободное место

пройти к свободному столику

сесть

сцена 2: заказ

взять меню

прочитать меню

решить, что заказать

заказ меню официанту

сцена 3: прием пищи

получение пищи

съедение пищи

сцена 4: уход

просьба рассчитать

получение чека

движение к кассиру

передача денег кассиру

выход из ресторана >

Сценарии отражают каузальные ( причинно - следственные ) цепочки предметной

области, т.е. имеют более развитую семантику в сравнении с "классическими" фреймами.

Таким образом, сценария рассматриваются как средство представления проблемно-

зависимых каузальных знаний.

Ленема предназначена для структурного комплексного описания понятий

предметной области. Ленема включает следующие компоненты (поля): имя,

иерархический контекст, определитель, отрицательный определитель, интерпретацию,

оболочку, функциональную схему оболочки, модель. Поле "имя" указывает некоторый

класс и переменную, принадлежащую данному классу, например,

имя: животное х

Поле "иерархический контекст" определяет родо-видовые отличия данного класса,

например:

иер_контекст: млекопитающее,

имеет-шерсть,

четвероногое,

домашнее.

Поле "определитель" и "отрицательный определитель" содержат отличительные

особенности, которыми обладает или (не обладает в случае отрицательного

определителя) представитель данного класса. Например,

n_опред: о6ладает_развитым_о6онянием;

быстро_обучается;

о-опред: летает;

нападает_на_человека.

Поле "интерпретация" содержит описание домена, представляющего множество

объектов данного класса, например,

интерпрет.: овчарка, дворняга, шпиц, такса, бульдог

Поле "оболочка" представляет множество слотов и служит для описания

характеристик объектам процедур, связанных с его функционированием.

Отмстим, что фреймовые модели знаний эффективны для структурного описания

сложных баз знаний, однако для них нет специфического формализованного аппарата, в

связи с чем фреймы часто используют как базу данных системы продукций.

1.1.5 Семантические сети

Семантическая сеть - это граф, вершины которого соответствуют объектам или

понятиям, а дуги, связывающие вершины, определяют отношения между ними.

Введен также специальный тип вершин: вершины связи. Вершина связи не

соответствует ни объектам, ни отношениям и используется для указания связи.

Основными отношениями в семантической сети являются отношения

принадлежности к классу, свойства, специфические для данного понятия и примеры

данного понятия (рис. 1.2).

Отношение принадлежности элемента к некоторому классу либо части к целому в

англоязычной литературе определяется соответственно как "IS А", либо как "РАRТ ОF",

например, фразе "лев есть хищник" соответствует семантический фрагмент,

изображенный на рис. 1.3.

Рис. 1.3 Рис. 1.4

Рис. 1.5

понятие

класс

свойство

пример

predator

Lion

is a

(есть)

(хищник)

(лев)

a maneLion

has

(имеет

)

(гриву)

(лев)

Рис. 1.2

thick

a mane

(густая)

(грива)

Свойства передаются через связки "IS" и "HAS" ("есть" и "имеет"), например,

высказывание "лев имеет гриву" интерпретирует фрагмент сети, показанный на рис.1.4, а

фраза "грива густая" (a mane is thick) передается фрагментом на рис. 1.5.

Если обозначить фрагменты, показанные на рис.1.3 - 1.5 через Фi, то в общем случае

семантическая сеть образуется как соединение () этих фрагментов, т.е. как

Ф1  Ф2 ... Фn,

причем порядок индексации фрагментов не имеет значения (операция соединения

коммутативна).

Важный момент в организации модели базы знаний на основе семантической сети

заключается в представлении событий и действий. Концептуализация действий строится из

следующих элементов:

Деятель - понятие исполнителя АКТа

АКТ - действие, производимое по отношению к объекту

Объект - вещь, над которой производится действие

Реципиент - получатель объекта в результате АКТа

Направление - местоположение, к которому направлен АКТ

Состояние А - состояние, в котором находится какой-либо объект

Для описания семантики действий используются следующие основные группы

обозначений и концептуальных схем:

Обозначения:

РР - класс физических объектов;

О - физические объекты;

АСТ - действия;

РА - свойства объектов;

LОС - местоположение;

Т - времена;

АА - атрибуты (характеристики) действий;

РА - атрибуты (характеристики) объектов;

R. - реципиенты;

I - инструменты, посредством которых выполняется действие;

D - направление действия;

Концептуальные схемы:

 - используется для обозначения концепта действия

(1) PP  ACT - некоторые объекты могут производить действия

(2) PP  PA - объекты обладают свойства

(3)

ACT PP

 

- АКТы имеют объекты

(4) - АКТы имеют направление

(5) - АКТы имеют реципиентов

(6) - АКТы могут изменять характеристики

(7) PP  PP - один PP эквивалентен другому или является

его частной характеристикой

(8) - концепт действия характеризуется местоположением

(9) - один концепт действия является причиной другого

LOC

ACT

LOC





 R



(10) T - концепт действия характеризуется временем

(11) - концепт действия характеризуется изменением

состояния

(12)

ACT

 

- действие ACT характеризуется инструментом I

(13)

ACT

 

- действие характеризуется объектом 0.

Следующие примеры демонстрируют использование введенных понятий.

Пример 1. Джон съел лягушку.

Джон  съесть

 

лягушка

 

Y - некоторое неизвестное местоположение.

рот

Джон

Двигат

0

Рука

рот





<=>

Пример 2. Билл обидел Джона.

Пример 3. Джон дал Мэри книгу.

Для задания событий используются временные отношения, такие как "раньше",

"позже", "в данный момент", "одновременно", "не позднее" и т.д.

Кроме рассмотренных понятий, на семантической сети могут быть определены

также сетевые продукции, которые позволяют:

 добавлять или удалять фрагменты сетей

 добавлять или удалять связи и вершины

 проверить, что некоторый фрагмент содержится в сети

 строить примеры отношений

 находить фрагменты, общие для двух и более сетей и др.

Особенностью и в то же время недостатком семантической сети является ее

представление в виде такой целостной структуры, которая не позволяет разделить базу

знаний и механизм выводов. Это означает, что процесс вывода, как правило, связан с

изменением структуры сети путем применения сетевых продукций.

Обижат

Обиженное

состояние

Удовлетворенное

состояние



<=>

Билл

Джон

Давать

Мэри

Джон

<=>



<=>

Джон

Мэри

 

Получат

Книга

Лекция 2 по СИИ

1.2 Машина вывода

1.2.1 Понятие формальной системы

Прежде чем мы сформулируем понятие машины вывода, нам необходимо дать

определение формальной (аксиоматической) системы и правил вывода. Под формальной

системой понимается четверка:

М = <Т, Р, А, П>, (1.10)

где Т - множество базовых элементов;

Р - множество правил построения правильных (сложных) объектов из базовых

элементов;

А - множество изначально заданных объектов формальной системы (множество

аксиом );

П - множество правил построения новых объектов из других правильных

объектов системы.

Для того, чтобы выяснить смысл этих формализмов, рассмотрим введенную ранее

логическую модель как пример аксиоматической системы.

В качестве множества базовых элементов Т здесь используются элементы языка

логики предикатов: переменные, константы, функциональные и предикатные символы и

вспомогательные знаки.

В качестве множества правил Р построения правильных (сложных) объектов логики

предикатов выступают правила построения формул логики предикатов.

Например, следующая формула является правильно построенной

( x(  y(  z( P(x, y) 

(z))))),

в то время как объект ниже

(x  P(x, y))  ( z (

(z)))

не является правильно построенной формулой.

Множество аксиом - это множество формул, истинность которых постулируется без

доказательства.

Постулаты логики предикатов имеют вид схем аксиом. Схема аксиомы - это

математическое выражение, которое дает конкретную аксиому каждый раз при

подстановке вместо какой-то буквы одной и той же формулы.

Схемы аксиом логики предикатов таковы:

1. A  (B  A)

2. (A  B)  ((A  (B  C))  (A  C))

3. A  (B  A & B)

4a. A & B  A

4в. A & B  B

5a. A  A  B

5в. B  A  B

6. (A  C)  ((B  C)  (A  B  C))

7. (A  B)  ((A 

) 

 A

9.  x A(x)  A(t)

10. A(t)  xA(x)

Постулаты арифметики:

1. A(o) & x (A(x)  A(x’))  A(x) (аксиома индукции)

2. a = b  a = b

3. a = b  (a = c  b = c)

4. A + 0 = a

5. a  0 = 0

a = 0

7. a = b  a = b

8. а + b = (а + b)

9. a b = a b + a