Модели знаний на основе продукций

В модели знаний на основе продукций знания представлены сово­купностью правил в формате "ЕСЛИ - ТО". Рассмотрим, например, правила порождения родительного падежа слов, задаваемые таблицей 1.1.

Для того, чтобы получить родительный падеж слова "Знахарь" отыскиваем первую подходящую строку, начиная с верхней, в левом ко­лонке табл.1.1. Строка будет подходящей, если указываемое в ней окончание совпадает с окончанием слова (в данном случае выбирается строка 5). Нетрудно, однако видеть, что строка 6 также подходит для нашей цели, хотя выдаваемый ею результат (правая колонка табл. 1.1.) не верен. Прежде чем мы рассмотрим более подробно это свойство сис­темы продукций, выясним их природу. Рассматривая структуру про­дукции, нетрудно видеть, что ее условная часть ("ЕСЛИ...") определяет ситуацию, в которой продукция применима. В примере со словом " знахарь" ситуация определяется его окончанием, т.е. либо окончанием "арь", либо ''-ь".

Таблица 1.1.

Если ситуация удовлетворяет продукции, то в результате ее применения может быть получен новый объект (состояние) согласно части " ТО ... " в структуре продукции. Так, применение продукции с номером 5 в табл.1.1. к слову "знахарь" порождает слово "знахаря", а применение продукции номер 6 дает слово "знахари". Таким образом, одним из основных вопросов в реализации продукционных систем является стратегия выбора альтернативных правил. В общем случае эта проблема нетривиальна. Условная часть продукции может иметь различные формы, такие например, как в следующих примерах:

² ЕСЛИ (идет - дождь) ²;

² ЕСЛИ (a > b² - b) ²;

² ЕСЛИ (P C Q) ².

В структуре продукции дополнительно могут указываться метка и строка, содержащая объяснение применения продукции. Метка может быть простым идентификатором (или номером) или некоторым поясни­тельным текстом, например, "определение окраски инфекции по Граму" Строка-объяснение показывает, почему используется продукция. Сле­дующий пример демонстрирует полную продукцию:

МЕТКА: R26 Использование зонтика

УСЛОВИЕ: ЕСЛИ (идет дождь)

ДЕЙСТВИЕ: ТО (возьмите зонтик)

ОБЪЯСНЕНИЕ: (зонтик предохраняет от дождя)

Как правило, задача, формулируемая для продукционной системы, имеет одну из следующих структур

<S⁰, S^f - ?> (1.5)

<S⁰ - ?, S^f> (1.6)

<S⁰, S^f, A - ?> (1.7)

<S⁰, S^f - ?, A - ?> (1.8)

где: S⁰ - начальная ситуация, S^f - конечная (желаемая, требуемая ситуация), А - алгоритм (последовательность выполняемых продукций), переводящий систему из состояния S⁰ в состояние S^f

Задача (1.5) связана с определением ситуации (состояния) S^f, удо­влетворяющей некоторому критерию, которая может быть получена из заданной начальной ситуации.

Задача (1.6) является обратной по отношению к предыдущей.

Задача (1.7) заключается в отыскании алгоритма преобразования начальной ситуации в конечную.

Задача (1 .8) представляет обобщение задач (1 .5) и (1 .7).

Продукции удачно моделируют человеческий способ рассуждений при решении проблем. Поэтому продукции широко используются во многих действующих ЭС. Система MYCIN, фрагмент которой приведен во введении, а также ее более поздняя редакция EMYCIN являются примерами продукционных систем.

Продукционные системы впервые изобретены Постом в 1941г. Продукция в системе Поста имеет следующую схему

(1.9)

где t₁, t₂, ..., t_n называются посылками, а t заключением продукции.

Применение схемы (1.9) основывается на подстановке цепочек зна­ков вместо всех переменных, причем вместо вхождений одной и той же переменной подставляется одна и та же цепочка.

В качестве других классических продукционных систем отметим нормальные алгоритмы Маркова и машину Тьюринга.

Развитием модели на основе правил является модель "доски объяв­лений". Эта модель реализована в системе распознавания разговорной речи HEARSAY - 2. Основной принцип организации модели доски объявлений заключается в разбиении продукций по уровням иерархии. При этом заключения продукций на нижних уровнях используются как входные условия для продукций более высокого уровня. На ниж­нем уровне модели доски объявлений представлены факты, на верхнем - результирующее заключение.

Иерархическое разбиение множества продукций позволяет более эффективно организовать их выполнение, существенно сократив затра­ты на перебор множества продукций при проверке условий их срабаты­вания, что определяет дополнительный интерес к продукционным систе­мам.

В рамках этой модели продукция определяется четверкой:

P = < L, C, N, A >,

где L – метка;

С – условие применимости;

N– ядро продукции, описываемое формулой (1.9);

А – постдействие.