Разработка механизма вывода решений.

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 5Следующая ⇒

Характер поиска необходимых знаний в БЗ, способ организации вывода решений определяются стратегией управления интеллектуальной системы. Стратегия управления представляет собой средство, использующее рассуждения или осуществляющее выводы о знаниях, содержащихся в БЗ. Сформулируем более точно функции механизма вывода и стратегий управления.

Механизм вывода реализует общую встраиваемую схему поиска решений. Стратегии управления обеспечивают разнообразное управление в рамках принятой для данной системы схемы механизма вывода. Другими словами, стратегия управления определяет последовательность и содержание действий при реализации механизма вывода. Она может составлять часть метауровня знаний, так как является знанием, которое рассуждает о другом знании, содержащемся в системе.

Наиболее часто реализуемый вариант структуры взаимодействия решающих компонентов систем ИИ включает в себя БЗ, рабочую память (глобальную БД) и управляющую структуру (исходя из концепции Ньюэлла о реализации продукционных систем). Работа управляющей структуры в общем случае [113] заключается в анализе состояния рабочей памяти и выявлении по описанию характера и типа данных в рабочей памяти в БЗ знаний (правил, объектов или фактов), соотносимых с этим описанием. То есть в БЗ определяется некий подходящий блок знаний (или набор блоков), готовый работать в соответствии с текущими данными рабочей памяти.

Для выявления необходимых знаний используют образцы, т. е. форматы, определяющие условия активизации различных структурированных знаний. На каждой итерации происходят анализ и сопоставление текущей ситуации и образцов с целью нахождения блоков, для которых выполняются условия активизации для действий в этой ситуации. Для организации и описания подобной процедуры было введено понятие модуля, управляемого по образцам.

Системы, в основу функционирования которых положена идея обработки модулей знаний по образцам, получили название систем выводов, управляемых по образцам [95]. Рассматривая систему выводов, управляемых по образцам, преимущественно имеют в виду систему, основанную на правилах, хотя возможны и иные реализации подобных систем. В системах, основанных на правилах, в качестве модулей, управляемых по образцам, выступают либо отдельные правила, либо блоки правил, отражающие определенный уровень или тип эвристических знаний в БЗ.

Процедуры сопоставления с образцами и определения правил, соответствующих текущему состоянию рабочей области, определены самой логикой работы управляющей структуры (интерпретатора правил). В связи с этим весь процесс реализации стратегии вывода проходит через четыре основные стадии: выбор, сопоставление, разрешение конфликтов, выполнение.

На стадии выбора выбираются модули БЗ и данные из рабочей памяти, которые относятся к рассматриваемой ситуации. Сама процедура бывает различного уровня сложности. Это определяется сложностью проблемной области и характером решаемых задач. Уже на данной стадии вывода решения должно происходить сокращение пространства поиска за счет рассмотрения только активных, потенциально подходящих к ситуации модулей и данных.

На стадии сопоставления на основе сравнения с образцами активных правил и действующих данных определяются модули, для которых удовлетворяются условия выполнения. Они называются означенными. В результате сопоставления всех активных модулей и данных выявляется множество таких означенных модулей. Это множество называется конфликтным, так как только некоторые означенные модули могут быть задействованы в текущей ситуации. Существуют различные способы и алгоритмы ускорения работ на стадии сопоставления, поскольку активных правил и данных может быть достаточно много.

На стадии разрешения конфликтов принимается решение, какие из означенных модулей будут выполняться в действующем цикле. При принятии решений по выбору модуля для последующего выполнения применяют различные стратегии разрешения конфликтов [112].

На стадии выполнения запускаются модули, выбранные на предыдущей стадии. В результате выполнения модифицируются элементы и структуры данных рабочей памяти, выдаются необходимые рекомендации или решения пользователю, возможны изменения в самой БЗ и т. д.

Достаточно подробное описание содержания перечисленных стадий реализации общей стратегии функционирования систем, основанных на правилах, приведено, например, в [46].

Другими общими стратегиями рассуждения являются стратегии, реализующие поиск от целей или от данных. Стратегия, реализующая поиск от целей (или поиск, направляемый целью), производит поиск в обратном направлении - от искомого конечного состояния к начальным условиям. При обратной цепочке рассуждений выбирают правила, которые могут привести к поставленной цели, и стремятся удовлетворить правые части этих правил — следствия. В следствиях обычно представлены переменные, с которыми работают в процессе решения. Для определения значений этих переменных находят значения исходных посылок соответствующих им правил, т. е. цель (следствие) испытывается на истинность путем рекурсивной проверки на истинность ее подцелей (посылок). При истинности значений этих подцелей снова переходят к следствиям уже предыдущих правил для выстраивания последовательности причинных связей, которая приводит к поставленной итоговой цели.

Процесс заканчивается либо когда определяется, что значения всех подцелей построенной цепочки истинны, либо когда БЗ исследована и результаты отсутствуют.

Стратегия, реализующая поиск от данных (или поиск, направляемый данными), производит поиск в прямом направлении — от данных начальных условий к целям. При прямой цепочке рассуждений процесс начинается с известных фактов и продолжается в направлении к цели, порождая новые факты путем просмотра посылок и определения правил, посылки которых соответствуют данным рабочей памяти. При наличии нескольких таких правил используется стратегия разрешения конфликтов и выбирается одно из них. Затем выполняются действия, связанные с этим правилом.

Наряду с рассмотренными, получившими широкое распространения стратегиями существуют и другие виды стратегий управления. Например, комбинированная стратегия управления, которая объединяет в себе стратегии прямых и обратных рассуждений.

Поиск ведется с противоположных направлений (или уровней) пространства поиска с целью пересечения обеих линий рассуждений. При другом подходе правила могут, например, представляться в виде сети «логических выводов» и реализуется уже поиск в сети.

В рассмотренных стратегиях поиска возможные переходы в пространстве состояний представляются правилами перехода. Эти правила определяют, в какие состояния из исходных разрешены переходы.

Одним из путей развития стратегий управления поискам явилось изменение содержания правил перехода. Во многих представлениях пространства поиска было целесообразнее описывать в активной части правила не новое состояние, а те изменения, которые должны вноситься в рабочую область при выполнении данного правила и связаны с модификацией текущих данных. Это обусловило появление нового типа структур для реализации стратегий управления — списков событий (или списков заявок) [75]. Указанный тип структур получил название agenda (дословно - повестка дня; используется также написание русскими буквами — агенда). На основе структуры агенды реализуется стратегия управления агенда-система. Агенда-система работает с таким понятием, как источник знания. Источники знания — это модули, содержащие в правилах перехода помимо условия и действия имя и набор параметров планирования, которые определяют условия вхождения источника знания в план. План представляет собой последовательность или список модулей (источников знаний) для выполнения исходя из состояния системы и дисциплины планирования.

Агенда-система функционирует следующим образом. На начальной стадии выбираются источники знаний, которые готовы к применению, т. е. их образцы сопоставимы с текущими данными ИЛИ условные части удовлетворены. Эти источники знаний вносятся в агенду (т. е. в список заявок). Далее из этого списка агенда-система планирует активизацию какого-либо источника знания. Планирование осуществляется на основе соответствия значений параметров планирования дисциплине планирования. По завершении процесса определяют, исходя из состояния системы, активизацию какого следующего источника знаний следует выполнить. Реализация вывода на основе агенда-системы осуществляется до тех пор, пока вся агенда не будет исчерпана.

Дальнейшим развитием стратегий управления выводом стали системы black board (дословный перевод — системы с классной доской). Точнее отражает суть этой системы вывода название «доска объявлений».

Поднятия об укрупненных -модульных источниках знаний и организации широких взаимосвязей посредством общей структурированной доски объявлений были введены для системы HEARSAY. Далее они развивались в других модификациях этой системы [97, 87]. Достаточно подробно работа систем с доской объявления описана в [94, 50].

Системы с доской объявлений организуют взаимодействие источников знаний через общую область памяти — так называемую доску объявлений. В нее помещаются активные источники знаний, текущий план решения, промежуточные результаты и текущие данные для решения задачи. Доска объявлений укрупнено содержит зону для предметной области и зону для планирования. Зона для предметной области предназначена для экспертных знаний по решаемой проблеме в пределах предметной области. Зона для планирования содержит рассуждения о функционировании.

Системы с доской объявлений основываются на понятии глобально доступной структуры данных и независимых источников знаний, которые связываются при -последовательном формировании гипотез на доске объявлений. Процесс поиска решений в этих системах практически представляет собой процесс планирования формирования на доске объявлений гипотез и их проверки. Формирование гипотез — это выбор и активизация источников знаний и внесение последовательных изменений на доску объявлений. Следовательно, структуру данных, содержащую входные и промежуточные данные, а также окончательные результаты, можно рассматривать как структуру гипотезы. Кроме этой структуры, доска объявлений содержит информацию, связанную с управляющими действиями. Источники знаний могут иметь доступ к управляющей информации на доске объявлений; они строятся как управляющие или планирующие.

Элементом гипотезы является помеченный узел (или объект) в структуре гипотезы. Разбиение пространства поиска на доске объявлений на отдельные зоны (для предметной области и планирования) реализуется как декомпозиция узлов. Таким образом, зона для предметной области состоит из предметных узлов, зона для планирования состоит из узлов планирования. Узлы связываются между собой дугами, образуя структуры.

Источники знаний рассматриваются как порождающие правила, которые реагируют на изменения доски объявлений, вызываемые другими источниками знаний, и сами создают новые изменения. Для активизации источника знания производится операция сопоставления образца с содержимым доски объявлений. При сопоставимости создается узел записи активизации для источника знаний. Записи активизации конкурируют между собой за выполнение. Преодолению конфликтных требований может способствовать процедура планирования. Она заключается в том, что в конце выполнения каждого источника знаний исходя из текущего состояния определяется, какой источник знаний реализовывать следующим. Узел записи активизации на доске объявлений в зоне для планирования используется в качестве механизма для представления состояния активизации.

Управляющие (планирующие) источники знаний могут вносить в зону планирования дополнительные изменения, которые облегчают выбор записей активизации. Управляющие источники знаний могут вносить изменения также и в зону для предметной области. Зона для планирования является основой для решения задач планирования.

Краткий обзор основных стратегий управления позволяет сделать вывод, что в своем развитии каждая последующая система во многом базируется на предыдущей, включает ее некоторые элементы и отражает новый этап развития. Известны многие варианты прямой, обратной и комбинированной стратегий управления, агенда-систем и систем с доской объявлений. Несколько по иному строятся стратегии управления поиском решений при сетевых и фреймовых представлениях знаний. Здесь они рассматриваться не будут.

Перейдем к рассмотрению различных методов поиска решений и реализации механизмов вывода. Существует большое разнообразие таких методов. Способы реализации методов поиска решений и построения процедур вывода определяются многими факторами: размером пространства поиска, спецификой проблемной области, уровней определенности и надежности знаний и данных, динамикой проблемной области, способом представления знаний и др.

В качестве критерия классификации методов поиска выберем размеры и характер пространства поиска, дополняя этот критерий другими показателями. Ясно, что такая классификация методов весьма условна, тем более что многие методы используются в пространствах поиска различного типа или при необходимости объединяются для решения существенно сложных задач. Однако подобная классификация методов поиска решений в ИС позволяет более системно рассматривать вопрос взаимовлияния и взаимосвязи специфики проблемной области, пространства поиска решений и существующих средств реализации вывода решений.

⇐ Предыдущая 1 2 345 Следующая ⇒