Рис. 29.

В роботизированных производствах используются роботы третьего поколения. Они должны быть достаточно автономны в своих действиях и уметь выполнять необходимый набор операций в динамически изменяющихся условиях производства. Это означает, что они не могут довольствоваться набором встроенных в них программ жесткого поведения. Интеллектуальный уровень таких роботов должен быть достаточно высоким. В их систему управления необходимо включить специальный блок – планировщик, задачей которого является составление программы действий робота в тех реальных условиях окружающей среды, которые в данный момент наблюдаются рецепторной системой робота. Для планирования целесообразной деятельности робот третьего поколения должен обладать определенными знаниями о свойствах окружающей среды и методах достижения целей в ней. Эти знания хранятся в его базе знаний, показанной в общей структуре робота на рис. 30. Глядя на этот рисунок, легко установить аналогии со схемой, показанной на предыдущем рисунке. В ЭВМ пятого поколения и в роботах третьего поколения осуществляется планирование будущей деятельности: автоматический синтез программы, выполняемый решателем, и программа деятельности, создаваемая планировщиком. Оба блока работают на основе знаний, хранящихся в базе знаний.

Рис. 30.

Экспертные системы, структура которых показана на рис. 31, также содержат базу знаний и логический блок, функции которого похожи на функции решателя и планировщика. Задача логического блока состоит в поиске вывода, ответа на входное сообщение, поступившее в систему. В базе знаний хранится необходимая информация о проблемной области, в которой работает пользователь. Его запросы поступают на профессиональном ограниченном естественном языке. В системе общения они преобразуются во внутреннее представление, с которым работает логический блок. Это внутреннее представление преобразуется в запрос к базе знаний. Если прямого ответа на запрос в базе нет, то логический блок осуществляет поиск косвенной информации, получаемой из хранящейся в базе с помощью достоверного или правдоподобного вывода. Система объяснения (это специфический блок, отличающий экспертные системы от других интеллектуальных систем) при необходимости по требованию пользователя поясняет ему, как получена та информация, которая выдана в качестве ответа.

Рис. 31.

Мы хотим отметить, что ядром всех основных типов рассмотренных интеллектуальных систем являются база знаний и блок, осуществляющий вывод с помощью знаний (решатель, планировщик или логический блок). Этот вывод составляет основную процедуру, реализуемую в интеллектуальных системах.
Знания о внешнем мире могут иметь двоякую природу. Они могут содержать декларативное описание фактов и явлений внешнего мира, фиксирующее их наличие или отсутствие, а также основные связи и закономерности, в которые эти факты и явления входят. Но они могут содержать и процедурные описания того, как надо манипулировать с этими фактами и достигать целей, интересных для системы. Для описания знаний в интеллектуальных системах используются специальные языки описания знаний (ЯОЗ). Эти языки могут иметь различную природу. Нас будут интересовать (из-за темы данной книги) лишь языки логического типа. Простейшими видами таких ЯОЗ являются языки исчисления высказываний или исчисления предикатов вместе с теми процедурами вывода, которые для них известны. Однако в современных интеллектуальных системах такие языки используются довольно редко. Куда более распространены в них языки, основанные на продукциях . Продукции в общем виде можно записать в форме «Если…, то…». Сама по себе эта форма оказывается весьма характерной для фиксации знаний в различных областях человеческой деятельности. Вот несколько примеров текстов, взятых почти наугад из различных книг.
1. Если Академия заблагорассудит присоединить к себе ученого русского или иностранца, который не столько еще известен, чтобы мог требовать чести быть почетным членом, но своими полезными сочинениями или познаниями, или же ревностию и старанием, оказав полезные Академии услуги, обратил на себя отличное внимание, то она принимает его в корреспонденты, которые также разделяются на русских и иностранных. (Устав Санкт-Петербургской Академии наук 1836 года, № 85)
2. Если враг не сдается, то его уничтожают. Если кто к нам с мечем придет, то от меча и погибнет. (Высказывания полководцев.)
3. Если температура в верхней зоне превысит 75°, то необходимо открыть задвижку № 7. (Из инструкции.)
Число подобных примеров можно увеличивать до бесконечности. Они показывают, что представление фрагментов наших знаний о внешнем мире и действиях в нем в виде продукций имеет весьма большое распространение. Часть специалистов по интеллектуальным системам считает, что запись знаний в виде систем продукций носит универсальный характер – любые знания можно записать в такой форме. Они приводят немало примеров, когда знания, внешне не имеющие продукционной формы, удается перевести в систему продукций. Вот один из таких примеров.
Химические реакции мы со школьных лет привыкли воспринимать в форме соотношений следующего вида:

И т.д.
Покажем, как подобные утверждения можно записать в продукционной форме. Введем шесть сортов базовых элементов. К первому сорту отнесем металлы: Q 1={Cu,Mg,Zn,…}. Ко второму – газы: Q 2={H2,О,N,…}, к третьему – воду: Q 3={H2O}. Четвертый сорт составляют окиси: Q 4={MgO,CuО,…}. Пятый сорт образуют кислоты: Q 5={H2SO4,HCl,…}. Наконец, шестой сорт образуют соли: Q 6={ZnSO4,NaCl,…}. Зададим два базовых отображения. Первое отображает элементы из Q 4 в элементы Q 1. С его помощью для окисей выделяются основания. Второе отображение сопоставляет с именами веществ (под веществом будем понимать металл, газ, окись, воду, кислоту или соль) их химические формулы. Введем еще два оператора, которые будем использовать в продукциях: A (q ) и E (q ). Оператор A (q ) добавляет в базу знаний q , а оператор E (q ) убирает q из базы. Выпишем первый тип продукций для описания химических реакций.
Эта продукция годится для описания двух из приведенных выше химических реакций. Для описания третьей реакции используем другой тип продукций.
Вспомним программу «Логик-теоретик», которую мы обсуждали в третьей главе. Она была основана на том, что при доказательстве равенства двух выражений в исчислении высказываний использовалось понятие различия в двух выражениях и подбирались такие преобразования, которые эти различия устраняли. Для соотнесения различий с преобразованиями была построена таблица, в которой указывалось, какие преобразования какие различия устраняют. От этой таблицы чрезвычайно легко перейти к продукционной системе. Если i есть номер различия, a F * – одно из преобразований, то запись i
F * соответствует утверждению, что при наличии различия i можно применить преобразование F *.
Два последних примера показывают, что продукциями являются не только те выражения, которые имеют форму «Если…, то…», но и многие другие выражения. К ним, по сути, сводятся все каузальные, т.е. причинно-cледственные утверждения, подобные тем, которые мы обсуждали в предшествующей главе. К ним же относятся и любые схемы вывода типа «посылки – следствие». Замкнутые системы правил типа законов короля Павзолия, описанных в романе Пьера Луиса «Приключения короля Павзолия», также могут рассматриваться как особая форма продукций. Даже такие утверждения, как знаменитое «Если звезды зажигают, значит, это кому-то нужно» (В. Маяковский), можно рассматривать как продукцию.
Продукционные системы получили при представлении знаний в последнее время наибольшее распространение. Поэтому посвятим им специальный раздел нашей книги.
Продукционные системы
Анализ структур ЭВМ пятого поколения, роботов автономного типа и экспертных систем приводит к обобщенной структуре, показанной на рис. 32. Эта схема при условии, что система R представляет собой продукционную систему, может послужить основой для классификации типов продукций . На ней показано взаимодействие «рассуждающей» системы с внешним миром и базой знаний, из которой рассуждающая система может черпать накопленную ранее информацию о закономерностях этого мира и его состояниях. Из внешнего мира в рассуждающую систему приходит сиюминутная, текущая информация о наблюдаемых в этом мире фактах и явлениях. А из базы знаний поступает информация, имеющая более фундаментальное значение. Она может описывать законы внешнего мира, правила действий в нем, целевые структуры или ожидаемые отклики внешнего мира на те или иные воздействия на него. В памяти рассуждающей системы хранится текущая информация, связанная с ходом рассуждений. Со временем она либо исчезает, либо передается для хранения в базу знаний. Последнее происходит лишь в том случае, когда в процессе рассуждений появилась информация, которая может оказаться полезной для рассуждающей системы в будущем.

Рис. 32.

Теперь приступим к классификации продукций.
1. Продукции типа AW
BR . В левой части продукции стоит информация, поступившая из внешнего мира, а в правой – сведения о вытекающих из этой информации изменениях в рассуждающей системе. Эти изменения сказываются на ходе рассуждений. Например, рассуждая утром о выборе места воскресного отдыха, вы вдруг слышите по радио сообщение о том, что в середине дня ожидается сильная гроза. Это сообщение и есть AW . В ответ на него может измениться весь ход ваших рассуждений о планах отдыха. Сразу же будут отброшены варианты, связанные с пребыванием за городом на открытом воздухе, а другие варианты приобретут куда больший вес. Это изменение предпочтительности вариантов отдыха характеризуется правой частью продукции BR . Сама продукция для данного случая могла бы выглядеть, например, следующим образом: «Если на улице идет дождь или гроза или они ожидаются в течение дня, то вместо прогулки лучше пойти в музей или кино».
В качестве AW может выступать не только некоторое сообщение о W или некоторый факт, имеющий место во внешнем мире, но и прямое воздействие из внешнего мира на рассуждающую систему. Но что бы ни стояло в левой части продукции AB
WR , в ее правой части стоят некоторые операторы, меняющие ход самих рассуждений.
2. Продукции типа AW
BK . Такие продукции отражают ситуацию передачи некоторого сообщения из внешнего мира для запоминания в базе знаний. Примером продукции такого типа может служить приказание, которое отдает командир разведчику: «Все, что увидишь интересного в окрестности переправы, запомни, а потом передай через связного». Это приказание можно переписать в стандартной продукционной форме: «Если F есть интересный факт, относящийся к району переправы, то F надо запомнить и передать со связным». При работе с продукциями такого типа рассуждающая система выступает в роли отделения связи, передающего сообщение от одного абонента другому. Правда, в этом отделении связи может происходить перлюстрация корреспонденции. Рассуждающая система может при необходимости воспользоваться информацией о AW и BK для своих целей.
3. Продукции типа AK
BW . В этом случае рассуждающая система также выступает в виде отделения связи. Только теперь выдача сообщения происходит из базы знаний во внешний мир. Примером возникновения подобной продукции может служить обнаружение в базе знаний противоречивой информации. Пусть некто X знает, что у его приятеля Y пятеро детей. Но встретившийся X знакомый Z утверждает, что по его сведениям у Y не пятеро детей, а трое. Такое противоречие может заставить «рассуждающую систему X » реализовать продукцию, в которой АК характеризует факт наличия противоречивой информации о числе детей у Y , a BW – некоторое действие, которое X предпринимает в связи с этим. Например, BW может соответствовать разговору X по телефону с Y , в ходе которого X попытается выяснить истинное количество детей у Y .
4. Продукции типа AR
BK . Они соответствуют тому, что некоторый факт, полученный рассуждающей системой, передается на хранение в базу знаний. Интерпретация продукций такого типа очевидна.
5. Продукции типа AK
BR . Подобно продукциям предшествующего типа эти продукции описывают обмен информацией при работе рассуждающей системы. Необходимая для рассуждений информация выбирается из базы знаний и передается для обработки в рассуждающую систему.
6. Продукции типа AW
BW . Эти продукции обычно называют продукциями непосредственного отклика. Левая их часть AW описывает некоторую наблюдаемую ситуацию во внешнем мире или воздействие внешнего мира на рассуждающую систему. Правая часть продукции описывает действие, которое поступает от системы в окружающий ее мир. Выполнение подобных продукций чем-то напоминает мгновенный отклик, возникающий при рефлекторных процессах (например, при отдергивании руки, когда она касается чего-то горячего). Рассуждающая система в этих случаях просто не успевает срабатывать. Она лишь транслирует информацию об AW и BW адресатам.
7. Продукции типа AR
BW . Они описывают те воздействия на внешний мир, которые порождает результат работы рассуждающей системы. «Подумай, прежде чем делать» – мудрый совет, призывающий того, к кому он обращен, воспользоваться продукцией данного типа, а не продукцией непосредственного отклика.
8. Продукции типа AR
BR . Это внутренние продукции рассуждающей системы. Они описывают промежуточные шаги процесса вывода и не влияют непосредственно на содержимое базы знаний и состояния внешнего мира. Эти продукции описывают единичные шаги многошаговых процессов рассуждений.
9. Продукции типа АК
ВК . Они описывают процедуры преобразования знаний в базе знаний: обобщение знаний, получение новых знаний из ранее известных с помощью логического вывода, установление закономерностей между знаниями на основании обработки сведений о единичных фактах, хранящихся в базе знаний, и т.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26