Понятие продукционных правил

Лекция 3. Продукционные правила.

Стратегии получения знаний

1. Извлечение знаний без использования вычислительной техники путем непосредственного контакта инженера по знаниям и источника знания (будь то эксперт, специальная литература или другие источники).

2. Приобретение знаний от эксперта с использованием ЭВМ при наличии подходящего программного инструментария.

3. Формирование знаний с использованием программ обучения при наличии репрезентативной (т.е. достаточно представительной) выборки примеров принятия решений в предметной области и соответствующих пакетов прикладных программ.

Приобретение знаний подразумевает, что автоматизированные системы действительно непосредственно приобретают уже готовые фрагменты знаний в соответствии со структурами, заложенными разработчиками систем. Большинство этих инструментальных средств специально ориентировано на конкретные базы знаний с жестко обозначенной предметной областью и моделью представления знаний, т.е. не являются универсальными.

Например, система TEIRESIAS, ставшая прародительницей всех инструментариев для приобретения знаний, предназначена для пополнения базы знаний системы MYCIN и ее дочерних ветвей в области медицинской диагностики с использованием продукционной модели представления знаний.

Термин «формирование знаний» традиционно закрепился за областью инженерии знаний, которая занимается разработкой моделей, методов и алгоритмов обучения. Он включает индуктивные модели формирования знаний и автоматического порождения гипотез, обучение по аналогии и др. Эти модели позволяют выявить причинно- следственные зависимости в базах данных.

 

 

Вопросы для самоконтроля:

1. Дайте определение, что такое информация?

2. Дайте определение, что такое знания?

3. Дайте определение, что такое данные?

4. Как классифицируются знания?

5. Дайте определение, что такое инженерия знаний?

6. Какие этапы включает процесс извлечения знаний?

7. Какие стратегии получения знаний вы знаете?

 

1. Понятие продукционных правил.

2. Системы продукций с обратными выводами.

3. Системы продукций с прямыми выводами.

 

В основе человеческой деятельности лежит мышление. Когда утром звонит будильник, мозг человека дает команду руке выключить его. Следует заметить, что это не автоматическая реакция, а решение конкретной задачи. При этом конечный результат, на который мы рассчитываем, на который направлены наши мыслительные процессы, называется целью. Как только цель (в данном случае выключение будильника) достигнута, перед человеческим мозгом сразу встают новые цели, например, одеться, позавтракать, выйти на остановку и т.д. Осуществление всех этих целей приводит к осуществлению главной цели – не опоздать в институт.

Для достижения цели используется некоторая совокупность фактов и способов их применения – правил. На этих понятиях основан наиболее распространенный метод представления знаний – правила продукции или продукционные правила. Этот метод был предложен Э. Постом (1943 г.). Продукционные правила объясняют логическую связь между понятиями предметной области. Системы с базами знаний, основанных на этой модели, называются продукционными системами. Эти системы бывают двух диаметрально противоположных типов – с прямыми и обратными выводами.

Правило продукции представляет собой подстановку следующего вида:

где – конечная связка факторов, B – действие, которое выполняется, если – истинно.

Иначе говоря, примером правил продукции может являться выражение следующего типа:

ЕСЛИ <условие> ТО <действие>.

При этом факты и правила могут быть разной сложности. Они связаны между собой с помощью логических функций И, ИЛИ, НЕ.

Например:

Факт1 Тихие, темные улицы опасны

Факт2 Пожилые люди обычно не совершают дерзких преступлений

Факт3 Моя милиция меня бережет

Правило1 ЕСЛИ на темной, тихой улице вы встретите пожилого человека

ТО можно не очень беспокоится

Это простое правило можно усложнить добавив факты, объединенные в связку с помощью логической функции И:

Правило2 ЕСЛИ на тихой темной улице вы видите милиционера

И вы не преступали закон

ТО можно чувствовать себя в полной безопасности

Правила продукции можно отнести к категорическим знаниям, т.е. они всегда верны. Однако, в некоторых предметных областях (например, медицинская диагностика, системы управления и т.п.) преобладают вероятностные знания. Эти знания являются «мягкими» в том смысле, что говорить об их применимости к любым практическим ситуациям возможно только до некоторой степени. В таких случаях правила продукции дополняют вероятностной оценкой:

ЕСЛИ <условие> ТО <действие> С УВЕРЕННОСТЬЮ <значение>

Например:

Правило1 ЕСЛИ на тихой темной улице вы видите милиционера

И вы не преступали закон

ТО можно чувствовать себя в полной безопасности

С УВЕРЕННОСТЬЮ 0,3

Факты в правилах могут быть представлены в двух видах: в виде списков или в виде изолированной тройки:

атрибут→ объект→ значение,

при этом с каждым фактом связан коэффициент уверенности, изменяющийся в пределах [0,1].

Представление знаний в виде правил продукции обладает следующими преимуществами:

¨ независимостью правил, выражающих самостоятельные фрагменты знаний;

¨ легкостью и естественностью модификации знаний (правила продукции по структуре весьма похожи на рассуждения естественного языка);

¨ отделением управляющих знаний (правил) от предметных знаний (фактов). Это позволяет применять различные стратегии управления.

Основной недостаток продукций состоит в том, что при их большом количестве становится трудоемкой проверка непротиворечивости системы продукции. Например, при добавлении новых правил необходимо проверить, насколько они согласуются с уже существующими в базе знаний правилами.

Как уже отмечалось выше, правила продукции относятся к процедурным моделям представления знаний. Даже самое простое правило продукции (т.е. правило, не содержащие присоединенных процедур) есть элемент «процедурности», т.к. предполагается, что это правило будет использовано для выполнения некоторого действия. Именно это отличает процедурное представление знаний от декларативного, поскольку декларативные знания не несут никакой информации о том, как они будут использованы.