Искусственный интеллект

            ФРЕЙМЫ.           

Представление знаний в форме фреймов ( прообразов ) впервые было разработано М. Мимским в 1975г. Фрейм относится к психологическим понятиям, касающихся нашего восприятия. По структуре он представляет собой иерархию отношений типа: “абсолютное – конкретное”. Сложные объекты представляются комбинацией нескольких фреймов, образующих фремовую сеть. На самом верхнем уровне фрейма представлена фиксированная информация – факт, который обычно считается истинным ( имя фрейма ). На последующих уровнях расположенно множество так называемых слотов, которые обязательно должны быть заполнены конкретными значениями и данными. В общем фрейм – единица представления знаний, заполненная в прошлом, детали которой могут быть изменены согласно текущей ситуации. В одной системы различные фреймы могут иметь одинаковые слоты. В одном фрейме одинаковых слотов не должно быть. Некоторые слоты фрейма обычно определяются значениями по умолчанию. Фреймовые системы связаны с информационно – поисковыми сетями. Если фрейм – кандидат не соответствует текущей проблеме, то он включается в другую сеть.

    О С Н О В Н Ы Е С В О Й С Т В А Ф Р Е Й М О В

            1. Базовый тип.

            В этом типе запоминается только наиболее важные объекты данного предмета, на основании которого строятся фреймы.

            2. Процесс сопоставления фреймов и объектов реальности.

            При сопоставлении обязательно задаются цели сопоставления. При этом:

   1) в начале выбирается базовый фрейм;

            2) если в каком-то слоте возникает ошибка, то этому слоту (атрибуту) присваивается новое значение;

            3) если не находится подходящего фрейма из данной системы, то добавляется новый, удовлетворяющий этой системе.

            3. Необходимо сохранение иерархической структуры фреймов, что позволяет использовать информацию верхних структур фреймами нижних структур.

            4. Для создания сложных систем создают межфреймовые сети, для чего используют указатели различия фреймов.

                                                С Е Т Ь Ф Р Е Й М О В

            Иерархическая структура основывается на отношениях “абстрактной конкретности”. Кроме абстрактной конкретности при построении фреймов используют отношение “часть - целое”, которые позволяют, объекты нижнего уровня показать частью объектов верхнего уровня.

            IS-A - “абстрактная конкретность”

            PART-OF - “часть-целое”

            В отношении PART-OF нельзя использовать наследование свойств или атрибутов. Если это необходимо, используют отношение IS-A.

                                    О П И С А Н И Е Ф Р Е Й М О В

            Имя фрейма - уникальное имя в сети фреймов. Имя слота - уникальное имя во фрейме.

            Указатель наследования показывают какую информацию об атрибутах слота из фреймов верхнего уровня наследуют слоты с теми же именами во фреймах нижнего уровня.

            Принимаемое значение указателей наследования следующие:

                        U - уникальное имя

                        S - уникальное свой  свойство

                        R - наследование с установлением границ

                        O - игнорируется наследование

            Указатель атрибутов показывает, является ли данный слот типом данных или служит указателем другого фрейма.

            Значение слота должно совпадать с указанным типом данных и при этом выполняться указанный тип наследования.

            Демон - процедура, автоматически запускаемая при выполнении некоторого условия. Запуск осуществляется при обращении к соответствующему слоту.

            Механизм выбора реализуется через присоединительную процедуру. Данный механизм позволяет описывать иерархическую сетевую программу управления выводом.

            Кроме этой процедуры используют два способа управления:

            - управление с помощью демона

            - управление с помощью механизма наследования

            Преимущества и недостатки фреймов систем:

            1) фреймовское представление позволяет описывать и управлять сложными знаниями больших объемов на основе описания концептуальных объектов;

            2) в целях увеличения гибкости системы, декларитивные и процедурные знания концептуальных объектов комбинируют;

            3) при решении сложных проблем используют комбинации управления выводом.

            При описании систем, которые невозможно представить в виде фреймов, описание с помощью продукционных систем усложнено или невозможно, используют семантические фреймовые сети.

                        ПРИОБРЕТЕНИЕ ЗНАНИЙ ПОД ЭКСПЕРТА

            Первоначальные знания о проектируемой экспериментальной системе берутся из учебников, отчетов, опытных данных и т.д. Только после этого инженер по знаниям приступает к работе с экспертом.

            Используемые при этом методы подразделяются:

            1. Наблюдения на рабочем месте.

            2. Интуитивный метод (когнитолог сам частично решает задачу).

            3. Интервью - главный метод.

            При этом используются подметоды:

            1) обсуждение задач

            2) описание задач

            3) анализ задач

            4) доводка системы (эксперт представляет несколько задач для проверки)

            5) оценивание систем (оценка производится другим экспертом)

            6) проверка системы ( сравнение с результатами работы другого эксперта системы)

              ЭВОЛЮЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

            Пользователи требуют не просто высококачественной работы, они хотят чтобы система была быстрой, надежной, легкой в обращении, чтобы ее сообщения легко понимались, чтобы терпеливо прощала пользователю ошибки. Для создания такой системы необходимы несколько уровней разработки:

            1) демонстрационный прототип

            Система решает часть поставленных задач, указывая, что подход приемлем и система осуществима . (сроки разработки 3 месяца)

            2) исследовательский прототип

            Система демонстрирует внушающие доверия результаты по всей проблеме в целом, но обладает невысокой надежностью.

(срок разработки 1-2 года)

            3) прототип опытной эксплуатации

            Система проявляет высокое качество работы при достаточной надежности в условиях опытной эксплуатации.

(срок разработки 2-3 года)

            4) промышленный прототип

            Высокое качество работы и надежности в реальных условиях.

            (2-4 года)

            5) коммерческая система

            Промышленный прототип систематически используемый в множестве систем.

            (6 лет)

          МЕТОДОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ

         ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

            Построение эксплуатационной системы производится постепенно. Выделяют следующие основные этапы ее эволюции:

            1. Идентификация - определение основных характеристик задачи.

            2. Конкретизация - поиск понятий для представления знаний.

            3. Формализация - разработка структур для организации знаний.

            4. Реализация - формулировка правил, воплощение знания.

            5. Испытание - оценка правил, в который воплощено знание.

            6. Тестирование - испытание системы на всем комплексе решаемых задач.

            Экспериментальная система эволюционирует переходя от простых задач к сложным, последовательно усложняя организацию и представление знаний. Время от времени происходит существенная реорганизация и перестройка всей архитектуры, когда появляется необходимость ввода новых свойств, которых нельзя достичь исходя из возможностей существующей системы.

 Начало

                                                              ЭС    

            Идентификация                                                                                 Испытания

                                                            Тестирование                                               

требования                

                                                                         завершение               правила                    

                                     переформулирование           усовершенствования                                               

            Концептуализация                                                                Реализация

                                     переконструирование         

 понятия                    

                                                                                                структура знаний                  

                                                             Формализация

            Разработка всегда начинается с идентификации и кончается тестированием. Первоначально экспериментальную систему разрабатывают для какой-нибудь простейшей подзадачей, на основании которой определяют возможность разработки экспериментальной системы в целом. После чего, постепенно расширяют круг задач.

                                    разраб.                        разраб.                                  

                          ЭС                            ЭС          ЭС

            Количество шагов получения новой ЭС зависит в основном от квалификации разработчиков и выбранных инструментальных средств проектирования, увеличением количества разработчиков, ускорения разработки не произойдет (оптимально 5-6 человек). На этапе формализации выбирают язык построения ЭС (правила, сети, фреймы и т.д.).

            В реализации производят написание программ требуемого содержания и формы. При переходе от опытной эксплуатации к тестированию производится расширение круга задач - включаются задачи под которые система в данный момент не проектировалась, но в первоначальном задании они указаны.

                        ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ЕСТЕСТВЕННЫХ ЯЗЫКОВЫХ СИСТЕМ (Е - Я)

            В конце 60-х годов в системах ИИ сформировалось направление разработки ЕЯ-систем. Эти системы предназначены для разработки систем, реализующих процесс общения систем на естественном языке.

            При разработке этих систем включаются значения следующих наук: - лингвистики

                                                                                                - психологии

                                                                                                            - логики

                                                                                                            - философии

            При реализации этих систем этап взаимодействия человека через программиста отпадает.

            Обобщенная система естественно языковой системы ЕЯ система, обеспечивающая взаимодействие конечного пользователя с ЭВМ должна обладать следующими обязательными функциями:

            1. Ведение диалогов - определение структуры и роли системы в текущем шаге диалога.

            2. Понимание - преобразование поступающих от пользователя высказываний с естественным языком в языке внутреннего представления.

            3. Обработка высказываний - формулирование и определение знаний.

            4. Генерация высказывания - формулирование выходных высказываний на естественном языке.

            При реализации конкретных ЕЯ систем данные функции могут видоизменяться и дополняться. Любая ЕЯ система может быть представлена в виде 3-х компонентов:

            - диалоговый компонент

            - компонент понимания высказывания

            - компонент генерации высказывания

                                     Диалоговый компонент

                                     Ведение           Обработка и            

                                      диалога           перехват иниц.       

Компонент понимания высказывания                               Компонент генерации высказывания Анализ высказ.              Интерпретация                      Интерпретация          Синтез                                                высказывания                           смысла                     высказывания          

Ведение диалога выполняется по одной их 2-х схем:

            1. Диалог ведет пользователь

            2. Диалог ведет система

            Диалоговый компонент.

            Его можно рассматривать на 3-х уровнях:

            1) общая структура - тип диалога и класс решаемых задач

            2) тематическая структура - структура конкретной задачи

            3) шаг диалога - взаимодействие участников в акте диалога

            На уровне общей структуры действия ЕЯ системы задаются в виде последовательности этапов:

            - инструктаж

            - определение задачи

            - решение задачи

            - объяснение решения задачи

            - выдача результатов решения и их оценка

            - объяснение после решения задачи

            - объяснение причин неудачи

            Перечисленные задачи необязательно должны быть во всех конкретных шагах диалога.

            ТЕМАТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ДИАЛОГА

            Обычно представляется в виде сценария. Способы задания сценария подразделяется на 3 класса.  

1. Сценарии присутствуют в системе в начальном виде

2. Сценарии генерируются в системе в процессе решения

3. Смешанный способ

            Готовый сценарий может задаваться в виде упорядоченного множества правил с параметрами, значения которых устанавливаются в ходе решения задачи.

            Если сценарий генерируется, то диалоговый компонент включает специальный компонент - планирования, что позволяет естественным образом в процесс решения задач.

            Шаг диалога состоит из действия и реакции и характеризуется следующими параметрами:

1	2	3	4	5	6	7	8