Искусственный интеллект

 

Проблема  стратегий управления вывода

1-стратегия  поиска в глубину

Стратегия, при которой  при выборе очередной подцели  при обратном выводе предпочтительнее выбирается та, которая соответствует следующему более детальному уровню описания задачи

Пример: болит голова:1-от мигрени?, от давления?, от…?, исследуем каждую подцель, допустим от мигрени?, отвечаем почему именно от мигрени, ищем подтверждение и т.д.

2-стратегия  поиска в ширину

Сначала анализируются  все факты (все симптомы болезни), находящихся на одном уровне пространства состояний задачи, даже если они  относятся к разным подзадачам веткам. И только после этого происходит переход к поиску и рассмотрению фактов, находящихся на следующем уровне

3-стратегия  разбиения на подзадачи

Деление проблемы на части

4-α-бетта- алгоритм

С помощью этого алгоритма  исходная проблема снимается путем  уменьшения пространства состояний, рассматриваемых  при движении к определенной цели. Отбрасываются неперспективные. Рассматриваются только те вершины, в которые можно попасть в результате следующего шага.

Часто применяется в  шахматах.

 

Управление системой продукции

Применимость яркой продукции. При выполнимости условий ядер продукции  для группы продукции возникает делема выбора той продукции, которая в данном случае будет активироваться.

Решение задачи возлагается на систему  управления системой продукции. Параллельно  это не избавляет нас от решения  задачи, от альтернативы выбора.

Если параллельная архитектура, то из фронта готовой продукции может набираться не одна продукция, а несколько, т.е. сколько ветвей может выполнить ситуацию.

Но это не избавляет нас от решения задач альтернативного  выбора. Эта система характерна для  всех систем управления.

Возможны два пути решения этой задачи:

1 - централизованное управление- управление  выполнения продукции решения  об актуализации принимаются  специальные системы управления.

2- децентрализованное управление - предполагает учет складывающейся  на этот момент ситуаций. Если порядок выполнения продукции никак не определен, т.е не заложен ни какой механизм, то решение принимается либо из сложившейся ситуации, либо на этот момент ситуацией.

Если же порядок выполнения продукции  важен, то продукция должна содержать  информацию об этом порядке, т.е. реализуется некоторый алгоритм.

 (i), Q, P, A=>B, N

Если в постусловии продукции  записывается имя продукции, которая  должна выполняться после данной, то система продукции превращается в обычную программу для ЭВМ.

Стратегии для выполнения системы продукции

1.Принцип  «стопки книг»

Наиболее часто используемая продукция является наиболее полной. Готовые продукции образуют стопку книг, порядок определяется накопленной частотой использования продукции, накопленной в прошлые периоды. На верху расположена продукция, которая используется чаще Для использования выбирается та продукция, частота использования которых максимальна. Использование этого принципа хорошо тогда, когда ранее использовалась частота исполнения и оценка использования продукции была положительной.

Этот метод может  быть использован как обучающая  процедура, позволяет системе адаптироваться к изменениям, происходящих во внешней  среде.

Ограничение: метод хорошо применять, когда имеем дело с независимыми продукциями («ситуация- действие»)

2.Принцип  «наиболее длинного условия»

Из фронта готовой  продукции, у которой стало истинным наиболее длинное условие выполнимости ядра. Принцип опирается на соображения  здравового смысла, а именно: частные  правила, относящиеся к узкому классу ситуаций важнее общих правил (к широкому классу правил), т.е. частные правила содержат больше информации, чем вторые.

Трудность использования  принципа состоит в том, что нужно  заранее упорядочить друг в друга  этих фрагментов, т.е. отношение  частое- общее должны быть предопределены.

3.Принцип  «места продукции»

Основан на идее ввода  в систему специальных метапродукций, задачей которых является организация  управления системы продукции в  условиях неоднозначного выбора.

Пример: Если инфекция есть РА, и имеется продукция, входящие в состав фронта ФГП, в которой условия А упоминается УН, то продолжительность у которой в А имеется Е, следует активизировать раньше чем продукция у которой в А УН.

4.Принцип  «класнной доски»

При реализации это в  ИИС выделяется рабочее поле (фрагмент памяти), аналог классной доски, на которой пишут и стирают. На этой классной доске параллельно выполняются процессы, находят информацию, инициализирующую их запись. Этот фрагмент представляет информацию, которая представляет информацию для других процессов. Как правило на классной доске выделяются специальные поля для определения условий применимости, поля для записи результатов продукции и для записи постусловий, если они адресованы другим. Т.к. требуется проверять условия, которые формируются в рабочей памяти

Принципы 3 и 4 комбинируются  друг с другом.

Управление  по именам

Метод основан на задании  имен продукции, входящих в некоторую систему, обеспечивающую сужение, сжатие фронта готовой продукции и выбор очередной продукции.

Пример: Даны продукции

а)А->B Если истинна А то на фронт б)

б) В и Д=>А если выполняется В и Д то во фронт готовой продукции в) и г)

 в) А или В  =>Д г) Д=> С

(а) =>(б), (в) =>(б), (а) =>(г)

В таком виде система  продукции является детерминированной. Пользуясь этой последовательностью: если в некоторый момент была выполнена продукция с именем (б), то новая продукция выполняться не будет. Если в некоторый момент времени была выполнена продукция (а) то после нее выполняется (б) или (г)., Таким образом получаем однозначный алгоритмический процесс.

Продукционными моделям  не хватает строгой теории, они  построены на эвристике, которая  лежит в основе модели.

Возникают следующие проблемы:

1-при задании модели в виде совокупности продукции трудно обеспечить полноту и непротиворечивость

2)Переход от статических  систем к динамическим, меняющим  состав продукции в системе  или перестраивающих алгоритм  управления выбора продукции  из фронта готовой продукции  в зависимости от сложившейся  ситуации. Такие продукции называются  адаптивными или системами продукции реального времени.

3)проблема быстрейшего  достижения результатов. Эта проблема  решается по-разному: средства  программной поддержки, алгоритмы  различные (которые входят в  основу различных игр).

 

СЕТЕВЫЕ МОДЕЛИ

Представление знаний с помощью фреймов (фреймовые модели)

Фреймовые модели называют языками  представления знаний. Идея принадлежит М.Минскому.

Фрейм в отличие от продукционной модели имеет жесткую структуру информационных единиц, которые называются протофреймом.

Структура протофрейма:

(имя фрейма, имя слота1 (значение  слота1), имя слота2 (значение слота  2) ….имя слота n (значение слота N))

Фрейм-структура данных для представления некоторого концептуального объекта.

- имеет имя, т.е. идентификатор,  описываемого фреймом понятия. Пример: фрейм «комната»

-содержит ряд описаний слотов, с помощью которых уточняются  некоторые структурные компоненты  этого понятия Пример: у фрейма «комната» компоненты «двери», «потолок», «пол».

Слот- это описание с помощью которого определяются основные структурные элементы фрейма.

-может содержать не только  конкретное значение, но и имя  процедуры, позволяющей вычислять  это значение по заданному  алгоритму. Пример: имя слота «возраст»

-может быть заполнен также  правилами продукции, которые  дают конкретные значения

Шпации - элемент структуры, которые представляют текущее значение слота.

Процедуры связанные или присоединенные - это процедуры в слотах. Вызов связанной процедуры осуществляется при обращении к слоту, к которому она обращена.

В слоте может содержаться не одно, а несколько его значений, т.е. в качестве содержания фреймов могут использоваться данные сложных структур: массивы, списки множества, фреймы.

Значением слота может быть фрагмент текста и арифметическое выражение (возраст).

Совокупность данной предметной области может быть представлена множеством взаимосвязанных фреймов, образующих единую фреймовую систему, в которой определяются декларативные и процедурные знания. Такая структура является иерархической, где связи родовые.

У каждого фрейма есть один предок. На верхнем уровне иерархии - фрейм, содержащий наиболее общую информацию (она истинная для всех остальных фреймов).

Фреймы обладают способностью наследовать  значения характеристик своих родителей. Значение характеристик в дочернем фрейме может отличаться от родительского.

Над фреймами можно  выполнять операции: пересечение, объединение.

При объединении фреймов в итоговом фрейме будут содержаться все слоты, которые встречались в нескольких фреймах. Если какие-то слоты не являются общими, то некоторые значения их будут сохранены. Если в объединяемых фреймах одноименные слоты, то в результирующем фрейме останется один слот с таким именем.

При пересечении фреймов будут  присутствовать только те слоты, которые  менялись во всех исходных фреймах. Отсюда возникает проблема вычисления значений.

Вычисление значения осуществляется двумя способами:

1-в результирующем фрейме только  те значения, которые совпадают  (имя значения)

2-находят путем объединения  значений

Т.к. система меняет свое состояние, то фрейм системы распределяется на статические и динамические.

Динамические допускают изменение  фреймов в процессе решении задачи.

 

Пример:

фрейм  «директор»

имя слота  «имя»   «Иванов»

 «возраст» процедура (дата, год рождения)

«образование» высшее

«адрес» «домашний адрес» (фрейм)

«зар.плата» 20 000

«специальность» экономист

«год рождения» 1947 год

 

Д/З построить систему  фрейма «Комната»

Система фрейма «Комната»

имя слота 

 «ширина» -4 м

«длина» 10 м

«высота» 3 м.

«площадь» процедура (ширина, длина)

«пол»  паркет

«наличие окон» есть

«количество окон» 4 окна, стеклопакеты

«дверь»  деревянная

«наличие мебели» есть

 

В общем случае структура данных фрейма содержит широкий набор информации, в котором могут входить атрибуты.

1-имя фрейма (служит для идентификации фрейма должно быть уникальным в системе фреймов). Фрейм является совокупностью слотов, число которых может быть произвольным (в зависимости от необходимости и предметной области). Часть слотов определяется самой системой (системные слоты) и используются они для выполнения некоторых специфических  функций.

Системный слот: а) указатель родителя IS-A б) для указания имени пользователя, для ввода дат и т.д.

2-имя должно быть уникальным  в пределах фрейма – это  идентификатор, это может быть произвольный текст.

3-указатели наследования - показывают  какую информацию об атрибутах  слотов из верхнего уровня  наследуют слоты с аналогичными  именами в данном фрейме. Такие  указатели часто используются  во фреймовых системах иерархического  уровня, построенных на принципе абстрактное-конкретное.

В конкретных системах указатели наследования могут быть организованы различными способами  и имеют обозначение 

1)уникальное (не наследуется) И  (unique)

2) наследуются s (same)

3) находятся в определенных рамках (планируется) R (range). Интервал находится в лоте «родителей».

4)если описывают значение в  текущем слоте, то оно берется  из слота родительского фрейма. Значение текущего слота определено, то оно будет уникальным (override)

5) значение слота должно соответствовать указанному типу данных и условию наследования

Логическим выводом во фреймовых  системах управляют присоединенные процедуры, демоны, механизмы наследования (основной механизм вывода).

Демон – присоединенная процедура автоматически запускаемая при выполнении условий.