Модели представления знаний

Существуют десятки моделей представления знаний для различных предметных областей. Большинство из них может быть сведено к следующим классам:

· продукционные модели;

· семантические сети;

· фреймы;

· формальные логические модели.

Продукционная модель, или модель, основанная на правилах, позволяет представить знания в виде предложений типа «Если (условие), то (гипотеза)».

В условиях записываются значения фактов, которые могут быть выражены в словесной форме. Например, ЕСЛИ ФАКТ = температура тела человека больше 37,4° градуса, ТО ГИПОТЕЗА = человек болен.

При составлении правил могут использоваться эвристические методы. Эвристика – это эмпирическое правило (основанное на опыте), упрощающее или ограничивающее поиск решения в предметной области.

Вывод новых знаний в продукционных моделях основывается на прямых или обратных логических рассуждениях.

Прямой порядок вывода применяется для случая, когда по известным фактам необходимо определить гипотезу. Например, известны результаты анализов больного (факты) и требуется поставить диагноз (найти гипотезу).

Обратный порядок вывода применяется для случая, когда известна гипотеза и требуется определить факты, которые могут служить обоснованием гипотезы. Например, больному поставлен предварительный диагноз (гипотеза) и необходимо определить, какие анализы (факты) соответствуют этому диагнозу.

Продукционная модель чаще всего применяется в диагностических экспертных системах.

Семантическая сеть – это ориентированный граф, вершины которого являются понятиями. А дуги представляют собой отношения между ними.

В качестве понятий обычно выступают абстрактные или конкретные объекты, а отношения – это связи типа: «это», «имеет частью», «принадлежит». Характерной особенностью семантических сетей является обязательное наличие трех типов отношений:

· класс – элемент класса (цветок – роза);

· свойство – значение (цвет – желтый);

· пример элемента класса (роза чайная).

Основным преимуществом модели является то, что она соответствует современным представлениям об организации долговременной памяти человека. Недостатком этой модели является сложность организации процедуры поиска вывода решений.

Фрейм – это абстрактный образ для представления некоего стереотипа восприятия.

В психологии и философии известно понятие абстрактного образа. Например, произнесение вслух слова «комната» порождает у слушающих образ комнаты: «жилое помещение с четырьмя стенами, полом, потолком, окнами и дверью, площадью 6-20 м²». Из этого описания ничего нельзя убрать (например, убрав окна, мы получим уже чулан. А не комнату), но в нем есть «дырки» или «слоты» - это незаполненные значениями некоторых атрибутов, например, количество окон, цвет стен, высота потолка, покрытие пола и др.

В теории фреймов такой образ комнаты называется фреймом комнаты. Фреймом также называется и формализованная модель для отображения образа.

Различают фреймы-образцы, или прототипы, хранящиеся в базе знаний, и фреймы-экземпляры, которые создаются для отображения реальных фактических ситуаций на основе поступающих данных. Модель фрейма является достаточно универсальной, поскольку позволяет отобразить все многообразие знаний о мире.

Традиционно структура фрейма может быть представлена как список свойств. важнейшим свойством теории фреймов является наследование свойств. Например, в сети фреймов понятие «ученик» наследует свойства фреймов «ребенок» и «человек», которые находятся на более высоком уровне иерархии. Наследование свойств может быть частичным, так как возраст для учеников не наследуется из фрейма «ребенок», поскольку указан явно в своем собственном фрейме.

Основным преимуществом фреймов как модели представления знаний является то, что она отражает концептуальную основу организации памяти человека, а также ее гибкость и наглядность.