Выбор модели представления знаний

После завершения описанных выше действий необходимо выб-
рать способ организации выделенных объектов предметной области
и определить связи между ними в терминах некоторой модели
представления знаний. Этот этап является особенно важным для
систем, в которых знания представлены с помощью фреймов и се-
мантических сетей, но играет определенную роль и для систем, ос-
нованных на продукциях. Природа некоторых предметных облас-
тей такова, что их описание имеет классификационную структуру,
т.е. все объекты связаны родовидовыми отношениями БЫТЬ_ЭЛЕ-
МЕНТОМ_КЛАССА (ЯВЛЯТЬСЯ). Примером подобной предмет-
ной области может служить биология, в которой классификация
птиц и цветов выполняется по иерархическому принципу.

Однако не все предметные области имеют классификационную
структуру, и рассматриваемый нами пример из медицинской
практики служит тому подтверждением. В таких случаях процесс
проектирования экспертной системы может быть упрощен путем
разбиения всего множества продукций на классы, что дает возмож-
ность проводить групповой ввод и редактирование правил, входя-
щих в один класс, как мы это делали в примере поиска неисправ-
ностей в автомобиле. В примере с диагностической системой можно
выделить группу правил, связанных с первой подцелью, т.е. позво-
ляющих ответить на вопрос о том, обнаружены ли нарушения в
системе кровообращения. С подцелью следующего уровня деталь-
ности будет связана другая группа, насчитывающая меньшее число
правил.

103

Поверхностные
знания

Глубинные
знания

Описание структуры предметной области

 

Описание причинно- следственных связей или модель поведения предметной области

 

Описание предметной области в терминах функций ее элементов

Каузальная
(причинно-
следственная)
логика

Логика
целей

Структурная иерархия

При описании структуры компьютера он рассматривается как
совокупность иерархически организованных физических компонен-
тов. В вершине иерархии находится собственно компьютер в
целом. На следующем уровне он представляется в виде набора
скомпонованных блоков. Третий уровень образован платами, из
которых состоит каждый блок. На четвертом уровне его описание
детализируется до таких составляющих, как микросхемы.

При отказе компьютера (самый верхний уровень иерархии)
вначале проверяется работоспособность каждого блока. После обна-
ружения неисправного блока проверяются платы, из которых со
состоит, а по выявлении неисправной платы в ней проводится
поиск дефектной микросхемы. Заметим, что этот метод локализа-
ции неисправности не требует наличия у проверяющего никаких
знаний об устройстве компьютера или сведений из электроники.
Не являются необходимыми и данные о функциях блоков. Те зна-
ния, на основе которых осуществляется рассмотренный поиск неис-
правности, специалисты по экспертным системам называют
хностными.

 

 

связи между ними

Рис. 5.3. Виды иерархий в предметных областях и

Способ организации знаний, состав классов, вид структуры, и перечень выделенных объектов в предметной области зависит оттого, под каким углом зрения ее рассматривает эксперт и инженер знаний. В предметной области могут быть выделены иерархии трех видов: функциональная, причинно-следственная (она отражает поведение системы) и структурная (рис. 5.3). Давайте на некоторое время отвлечемся от медицинской тематики и рассмотрим виды иерархий, существующие в предметных областях, на примере компьютера. Но прежде отметим следующее:

1. В данном примере каждый вид иерархии соответствует оп-
ределенной точке зрения на предметную область.

2. Природа предметной области может быть такова, что ока-
жется возможным представить ее как некоторую иерархическую
структуру. Мы будем рассматривать два типа иерархий: объектив-
но существующие в предметной области и отраженные в некото-
ром ее представлении. Далее мы поясним эту мысль на примере.

3. Не во всех предметных областях может быть установлена
иерархия какого бы то ни было вида.

4. Деление знаний на поверхностные и глубинные, проведен-
ное в данном примере, применимо к любой предметной области.
Более того, оно носит общий характер и будет рассмотрено более
подробно позднее.

104

Причинно-следственная иерархия,
или модель поведения системы

Иерархия такого вида позволяет построить модель поведения
системы. Функционирование компьютера в этом случае описывает-
ся в терминах " причина-следствие". Например, на самом верхнем
уровне иерархии нажатие клавиш на клавиатуре должно приво-
дить к высвечиванию соответствующих букв на экране дисплея
или выводу на печать. Если ничего подобного не происходит, необ-
ходимо спуститься на следующий уровень иерархии и проверить
работоспособность принтера. Его действия в терминах " причина-
следствие" можно описать так: поступление через линию. связи
данных от компьютера приводит к их выводу на печать. Если
принтер не работает, то нужно спуститься еще на один уровень
иерархии и проверить исправность вольтметра или осциллографа.
Здесь уже могут иметь место и другие причины отказа принтера,
рассмотрение которых даст ключ к локализации неисправности.
Так, прежде всего надо посмотреть, горят ли лампочки на его
лицевой панели. Если нет, то можно предположить, что в электро-
сети нет напряжения, поврежден кабель электропитания или пере-
горел предохранитель.

Для поиска неисправности можно использовать программы
диагностики. Эти программы сами генерируют возможные причины
неполадок, а вы, анализируя результаты, можете определить,
какой именно компонент данного уровня вышел из строя. Затем
программы диагностики начинают тестировать элементы, находя-

105

щиеся на следующем иерархическом уровне описания компьютера,
вследствие чего неисправность может быть выявлена. Например, в
компьютере типа IBM PC XT программа диагностики оперативной
памяти может выдать на экран дисплея изображение соответствую-
щей платы и указать в ней неисправную микросхему. Таким обра-
зом, рассматривая причинно-следственную иерархию, мы применя-
ем знания более глубокого уровня. Однако и их может оказаться
недостаточно для восстановления работоспособности компьютера.
Конечно, знания о поведении системы являются более содержате-
льными, чем знания о ее структуре, но и они все-таки довольно
поверхностны в приложении к такой сложной системе, как совре-
менный компьютер.

Функциональная иерархия

На третьем (и самом высоком) уровне абстракции компьютер
рассматривается как иерархия модулей или подсистем, выполня-
ющих определенные функции. Так, функция компьютера в целом,
находящаяся на вершине этой иерархии, заключается в преобразо-
вании поступивших входных данных в требуемые выходные с по-
мощью заданных алгоритмов или эвристик (если компьютер осна-
щен системой, основанной на знаниях). На следующем уровне рас-
сматриваемой иерархии мы имеем целый спектр функций, таких,
как ввод данных, обработка, запись их в оперативную память,
запись и считывание их из внешней памяти, вывод. Если не вы-
полняется основная функция компьютера (не выводятся результа-
ты вычислений или выведенные данные оказываются неверными),
то нужно спуститься на следующий уровень иерархии и попыта-
ться выяснить, какая из его функций " дала сбой". Предположим,
например, что не удается записать. данные во внешнюю память,
т.е. неисправен дисковод. Далее осуществляется локализация
невыполняющейся функции на том уровне иерархии, где содер-
жится описание дисковода. Вы можете, например, осмотреть диско-
вод и установить, что находящийся на нем диск не приводится в
движение в результате отказа мотора.

Теперь мы можем построить иерархии всех перечисленных
выше видов в такой предметной области, как медицина, для чего
вновь обратимся к примеру из предыдущего раздела. Так, струк-
турная иерархия может быть введена при рассмотрении физичес-
кого строения человеческого тела. В нее будут входить сле-
дующие уровни: организм в целом, отдельные поганы, ткани,
клетки, молекулы и гены. В функциональной иерархии можно вы-
делить уровень организма в целом, затем уровень подсистем орга-
низма ( мышечная и нервная системы, система кровообращения и
т.д.). Дробление проводится до получения описания требуемой
степени детальности. Таким образом, содержание базы знаний
определяется тем, какие объекты, взаимосвязи между ними и виды
106

иерархий выделены в предметной области. В нашем примере мы
воспользуемся причинно-следственной иерархией, поскольку боль-
шинство фигурирующих в нем пар атрибут-значение включают в
себя названия химических элементов и симптомов заболеваний.
Связь между двумя событиями или проявлениями признаков назы-
вается причинной, если одно из них с необходимостью влечет за
собой другое, т.е. мы представляем причинную связь в терминах
модели поведения предметной области.

При переходе в описании любой предметной области с уровня
поверхностных на уровень глубинных знаний обязательно увели-
чивается количество имеющейся информации о ней, а также о
том, каким образом ее отдельные составляющие объединяются в
единое целое. Для перехода от структурной иерархии к описанию
поведения системы требуется привлечение соответствующего тео-
ретического аппарата, в качестве которого выступает каузальная
(причинно-следственная) логика. Аналогично для получения функ-
циональной иерархии на основе модели поведения системы необхо-
димо использовать такой теоретический аппарат, как логика
целей, ¹ (см. рис. 5.3).

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться: