Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського

«Харківський авіаційний інститут»

Кафедра 706

з дисципліни: «Автоматична обробка тексту»

на тему: «Бази даних і бази знань»

Виконала:

ст. гр.94 л1

Бондар Г.О.

Перевірив:

викладач Федоренко Н.І.

Харків - 2013

База даних (робоча пам'ять) призначена для збереження вихідних і проміжних даних розв'язуваної в даний момент задачі. Цей термін збігається за назвою, але не за змістом з терміном, використовуваним в інформаційно-пошукових системах (ІПЗ) і системах керування базами даних (СУБД) для позначення всіх даних (у першу чергу довгострокових), збережених у системі. пошукова статичний система фрейм

База знань (БЗ) у ЕС призначена для збереження довгострокових даних, що описують розглянуту область (а не поточних даних), і правил, що описують доцільні перетворення даних цієї області.

Вирішувач, використовуючи вихідні дані з робочої пам'яті і знання з БЗ, формує таку послідовність правил, що, будучи застосованими до вихідних даних, приводять до рішення задачі.

Компонент придбання знань автоматизує процес наповнення ЕС знаннями, здійснюваний користувачем-експертом.

Пояснюючий компонент пояснює, як система одержала рішення задачі (чи чому вона не одержала рішення) і які знання вона при цьому використовувала, що полегшує експерту тестування системи і підвищує довіру користувача до отриманого результату.

Діалоговий компонент орієнтований на організацію дружнього спілкування з користувачем як у ході рішення задач, так і в процесі придбання знань і пояснення результатів роботи.

- експерт у проблемній області, задачі якої буде вирішувати ЕС;

- інженер по знаннях - фахівець з розробки ЕС (використовувані їм технології, методи називають технологією (методами) інженерії знань);

- програміст по розробці інструментальних засобів (ІЗ), призначених для прискорення розробки ЕС.

Експерт визначає знання (дані і правила), що характеризують проблемну область, забезпечує повноту і правильність введених у ЕС знань.

Інженер по знаннях допомагає експерту виявити і структурувати знання, необхідні для роботи ЕС; здійснює вибір того ІЗ, що найбільше підходить для даної проблемної області, і визначає спосіб представлення знань у цьому ІЗ; виділяє і програмує (традиційними засобами) стандартні функції (типові для даної проблемної області), що будуть використовуватися в правилах, що вводяться експертом.

Програміст розробляє ІЗ (якщо ІЗ розробляється заново), що містить у межі всі основні компоненти ЕС, і здійснює його сполучення з тим середовищем, у якій воно буде використано.

Експертна система працює в двох режимах: режимі придбання знань і в режимі рішення задачі (названому також режимом чи консультації режимом використання ЕС).

У режимі придбання знань спілкування з ЕС здійснює (за посередництвом інженера по знаннях) експерт. У цьому режимі експерт, використовуючи компонент придбання знань, наповняє систему знаннями, що дозволяють ЕС у режимі рішення самостійно (без експерта) вирішувати задачі з проблемної області. Експерт описує проблемну область у виді сукупності даних і правил. Дані визначають об'єкти, їхні характеристики і значення, що існують в області експертизи. Правила визначають способи маніпулювання з даними, характерні для розглянутої області.

Відзначимо, що режиму придбання знань у традиційному підході до розробки програм відповідають етапи алгоритмізації, програмування і налагодження, виконувані програмістом. Таким чином, на відміну від традиційного підходу у випадку ЕС розробку програм здійснює не програміст, а експерт (за допомогою ЕС), що не володіє програмуванням.

У режимі консультації спілкування з ЕС здійснює кінцевий користувач, якого цікавить результат і (чи) спосіб його одержання. Необхідно відзначити, що в залежності від призначення ЕС користувач може не бути фахівцем у даній проблемній області (у цьому випадку він звертається до ЕС за результатом, не вміючи одержати його сам), чи бути фахівцем (у цьому випадку користувач може сам одержати результат, але він звертається до ЕС з метою або прискорити процес одержання результату, або покласти на ЕС рутинну роботу). У режимі консультації дані про задачу користувача після обробки їхнім діалоговим компонентом надходять у робочу пам'ять. Вирішувач на основі вхідних даних з робочої пам'яті, загальних даних про проблемну область і правил із БЗ формує рішення задачі. ЕС при рішенні задачі не тільки виконує запропоновану послідовність операції, але і попередньо формує її. Якщо реакція системи не зрозуміла користувачу, то він може зажадати пояснення: "Чому система задає те чи інше питання?", "як відповідь, що видана системою, отримана?".

Структуру називають структурою статичної ЕС. ЕС даного типу використовуються в тих застосуваннях, де можна не враховувати зміни навколишнього світу, що відбуваються за час рішення задачі. Перші ЕС, що одержали практичне використання, були статичними.

- тип застосування;

- стадія існування;

- масштаб;

- тип проблемного середовища.

Виділимо декілька типів проблемних середовищ, що найбільш часто зустрічаються.

Тип 1. Статичне проблемне середовище: статична предметна область; сутності представляються як сукупність атрибутів і їхніх значень; склад сутностей незмінний; БЗ не структуровані; вирішуються статичні задачі аналізу, використовуються тільки спеціалізовані що виконуються твердження.

Тип 2. Статичне проблемне середовище: статична предметна область; сутності представляються у виді атрибутів із значеннями або вироджених об'єктами (фреймів); склад сутностей незмінний; ієрархія БЗ або відсутня, або слабко виражена (нема спадкування властивостей); вирішуються статичні задачі аналізу, використовуються спеціалізовані твердження, що виконуються.

Тип 3. Статичне проблемне середовище: статична предметна область; сутності представляються у виді об'єктів; склад сутностей змінюваний; БЗ структуровані; вирішуються статичні задачі аналізу і синтезу, використовуються загальні і спеціалізовані що виконуються твердження.

Тип 4. Динамічне проблемне середовище: динамічна предметна область; сутності представляються сукупністю атрибутів і їхніх значень; склад сутностей незмінний; БЗ не структуровані; вирішуються динамічні задачі аналізу, використовуються спеціалізовані твердження, що виконуються.

Тип 5. Динамічне проблемне середовище: динамічна предметна область; сутності представляються у виді об'єктів; змінюваний склад сутностей; БЗ структуровані; вирішуються динамічні задачі аналізу і синтезу; використовуються загальні і спеціалізовані що виконуються твердження.

Понятійні - набір понять, якими користаються при рішенні даної задачі. Цей тип знань виробляються у фундаментальних науках і теоретичних розділах прикладних наук.

Конструктивні - це знання про набори можливих структур об'єктів і взаємодії між їхніми частинами. Одержання цього типу знань характерно для техніки і більшої частини прикладних наук.

Процедурні знання - використовувані в обраній предметній області методи, алгоритми і програми, корисні для даного конкретного додатка, які можна використовувати, передавати і поєднувати в бібліотеки.

Фактографічні - кількісні і якісні характеристики об'єктів і явищ.

Метазнання - знання про порядок і правила застосування знань. Можна визначити модель предметної області як (модель предметної області)= (понятійні знання)+ (конструктивні знання), а базу знань: (база знань)= (модель предметної області)+ (процедурні знання)+ (метазнання)+ (фактографічні знання).

Існують різні форми представлення знань. При практичній розробці експертних систем у даний час найчастіше використовуються евристичні моделі - набір засобів, (у принципі, будь-яких) передавальних властивості й особливості предметної області. Прикладом евристичної моделі можуть служити мережні, фреймові і продукційні моделі.

- база знань

- механізм одержання рішень

- інтерфейс

Сама характерна риса СБЗ - використання бази знань. На жаль, загальноприйнятого визначення бази знань немає.

- алгоритмічні (процедурні) знання - це алгоритми (програми, процедури), що обчислюють функції, що виконують перетворення, що вирішують точно визначені конкретні задачі. Приклад: будь-яка бібліотека програм.

- неалгоритмічні знання - складається з уявних об'єктів, називаних поняттями. Поняття звичайне має ім'я, визначення, структуру (складені елементи), воно зв'язано з іншими поняттями і входить у якусь систему понять. Інші неалгоритмічні знання - це зв'язку між поняттями або твердження про властивості понять і зв'язки між ними.

На практиці в багатьох експертних системах і СБЗ вміст бази знань підрозділяють на "факти" і "правила". Факти - елементарні одиниці знання (прості утвержедения про характеристики об'єкта), правила служать для вираження зв'язків, залежностей між фактами і їх комбінаціями. Таким чином, класифікацію знань можна представити так:

- поняття (математичні і нематематичні)

- факти

- правила, залежності, закони, зв'язки

- алгоритми і процедури

Пряме використання знань з бази знань для рішення задач забезпечується механізмом одержання рішень (inference engine - машина висновку) - процедурою пошуку, планування, вирішення.

Традиційні мови програмування - C, Basic, Pascal, Lisp і ін. Особливо в цьому ряді коштує виділить мова функціонального програмування Lisp. Його основні властивості: дані представляються у виді списків, для одержання рішень використовується рекурсія.

Мови представлення знань (такі як Prolog) - мають специфічні засоби опису знань і убудований механізм пошуку висновку.

Порожні оболонки експертних систем - містять реалізації деякої мови представлення знань і засобу організації інтерфейсу користувача. Дозволяють практично цілком виключити звичайне програмування при створенні прикладної експертної системи.

- дедуктивного висновку (прямого, зворотного, змішаного);

- нечіткого висновку;

- ймовірнісного висновку;

- уніфікації (подібно до того, як це реалізовано в Пролозі);

- пошуку рішення з розбивкою на послідовність підзадач;

- пошуку рішення з використанням стратегії розбивки простору пошуку з урахуванням рівнів абстрагування рішення або понять, з ними зв'язаних;

- монотонного або немонотонного міркування,

- міркувань з використанням механізму аргументації;

- асоціативного пошуку з використанням нейронних мереж;

- висновку з використанням механізму лінгвістичної змінної.

Підсистема спілкування служить для ведення діалогу з користувачем, у ході якого ЕС запитує у користувача необхідні факти для процесу міркування, а також дає можливість користувачеві в якомусь ступені контролювати і коректувати хід міркувань експертної системи.

Підсистема пояснень необхідна для того, щоб дати можливість користувачеві контролювати хід міркувань і, моживо, вчитися у експертної системи. Якщо немає цієї підсистеми, експертна система виглядає для користувача як "річ у собі", рішенням якої можна або вірити або ні.

Підсистема придбання знань служить для коректування і поповнення бази знань. У найпростішому випадку це - інтелектуальний редактор бази знань, у більш складних експертних системах - засіб для отримання знань з баз даних, неструктурованого тексту, графічної інформації і т.д.

Механізми побудови ЕС

Експертні системи можуть бути побудовані на основі:

- Системи продукційних правил

- Модальної логіки (нечітке виведення)

- Фреймів

- Семантичних мереж

- Нейронних мереж

- Генетичних алгоритмів.

Тут ми розглянемо деякі механізми побудови ЕС.

У дійсності ЕС не мають у своєму розпорядженні процедури, що могли б побудувати в просторі станів відразу весь шлях рішення задачі. Більш того, найчастіше навіть не удається визначити, чи мається взагалі яке- небудь рішення задачі. Тим ні менш пошук рішення виконується, оскільки рухом у просторі станів керують сховані або віртуальні процедури. Вони одержали назву демонів, оскільки під час роботи системи знаходяться в “засідці” і активізуються тільки тоді, коли них просять про допомогу, тобто насправді поводяться як добрі демони.

Свою назву демони одержали від “демона Максвелла”- діючої особи одного з уявних експериментів, запропонованого його автором для критики законів термодинаміки. Іншим їхнім прообразом є Пандемоніум Олівера Селфріджа - першої моделі людини, у якому діяльність біологічної системи представлялася як робота викликуваних за зразком демонів. Якщо ж скористатися науковою термінологією, то такі керуючі процедури одержали назва недетермінованих. Це означає, що траєкторія пошуку рішення в просторі станів цілком визначається даними.

Експертні системи, що базуються на логіці

В експертних системах, що базуються на логіці, база знань складається з тверджень у виді пропозицій логіки предикатів.Такі пропозиції можуть групуватися, утворивши базу даних Турбо-Пролога. Правила можуть або описувати дані або керувати процесом внутрішньої уніфікації Турбо-Пролога.

Так само як і в системі на правилах експертна система, що базується на логіці, має множину правил, що можуть викликатися за допомогою даних із вхідного потоку. Система має також інтерпретатор, що може вибирати й активізувати модулі, що включаються в роботу системи.

Інтерпретатор виконує різні функції усередині системи на основі наступної схеми:

1. Система має пропозиції в базі знань, що керують пошуком і зіставленням. Інтерпретатор зіставляє ці пропозиції з елементами даних у базі даних.

2. Якщо може бути викликане більш одного правила , то система використовує можливості Турбо-Пролога для дозволу конфлікту. Отже користувачеві/програмістові не потрібно розглядати потенційно можливі конфлікти.

3. Система одержує результати уніфікаційного процесу автоматично, тому вони можуть направлятися на потрібний пристрій висновку інформації.

Так само як і в системі, що базується на правилах, даний циклічний процес є процесом розпізнавання-дія. Переваги системи, заснованої на логіці, полягають у тому, що вона відбиває структуру самого Турбо-Пролога. Під цим розумівається, що вона дуже ефективна в роботі. Найбільш важливим аспектом для бази знань у системі, заснованої на логіці, є проектування бази знань, її тверджень і її структури. База знань повинна мати недвозначну логічну організацію, і вона повинна містити мінімум надлишкової інформації.

Подання знань у вигляді фреймів

В основі теорії фреймів лежить сприйняття стереотипних ситуацій, що мають, наприклад, місце в процесі функціонування складних об'єктів, зокрема, виробничих. Для подання й опису стереотипних об'єктів, подій або ситуацій було введено поняття "фрейми", що є складними структурами даних. У загальному вигляді фрейм можна розглядати як сітку, що складається з кількох вершин і відношень. На верхньому рівні фрейму подана фіксована інформація: факт стосовно стану об'єкта, який звичайно вважається істинним, На наступних рівнях розташовано множину так званих термінальних слотів (терміналів), які обов'язково повинні бути заповнені конкретними значеннями та даними. У кожному слоті задається умова, яка повинна виконуватися при встановленні відповідності між значеннями (слот або сам встановлює відповідність, або це робить дрібніша складова фрейму). Проста умова позначається позначкою і може, наприклад, містити вимога, щоб відповідність встановлював користувач, щоб досить повним був опис значень тощо. Складні умови вказують відношення між фактами, що відповідають декільком терміналам.

Поєднавши множину фреймів, що є відношеннями, можна побудувати фреймову систему, найважливішою перевагою якої є можливість перетворення фреймів в одній системі.

1.Базовий тип. При ефективному-.використанні фрейму можна домогтися швидкого розуміння суті даного предмета та його стану, проте для запам'ятовування різних позицій у вигляді фреймів необхідна пам'ять. Тому тільки найважливіші об'єкти даного місця запам'ятовуються у, вигляді базових фреймів, на підставі яких будуються фрейми для нових станів. При цьому кожен фрейм містить слот. оснащений покажчиком підструкту-ри, що дозволяє різним фреймам спільно використовувати однакові частини. Така структура не змінюється при зміні кута зору. Завдяки цієї властивості можливе подання і використання інформації, здобутої в різний час і з різних дільниць, як незалежної інформації, пов'язаної з даним кутом зору (тобто як знання).

2.Процес зіставлення. Процес, в ході якого перевіряється правильність вибору фрейму, називають процесом зіставлення. Фрейм містить умови, які обмежують значення слота, і метою є визначення, які з цих умов, маючи відношення до даної ситуації, є релевантними.

3.Ієрархічна структура. Фрейм звичайно відповідає уявленню загального поняття з класифікаційною ієрархічною структурою, і особливість такої структури полягає в тому, що інформація про атрибути, що містить фрейм верхнього рівня, спільно використовується усіма фреймами нижчих рівней, що з ним. пов'язані.

4.Міжфреймові мережі. Запам'ятовування^ концептуального оО'єкта, що мас класифікаційну ієрархічну структуру, легко пояснюється фреймовою моделлю; проте, якщо процес зіставлення закінчується неуспіхом, виникає необхідність пошуку фрейму, подібного до попереднього. Такий пошук можливий завдяки поєднанню фреймів, що описують об'єкт з незначними відмінностями, з даними покажчиками й утворенню мережі подібних фреймів.

5.Значення за умовчуванням. Коли людина розглядає дещо і думає про те, що б це значило, або щось уявляє собі і думає про те, що ,б це могло бути, то даний процес можна подати як розподілення конкретних значень між термінальними слотами фрейму. При цьому у випадку уявного подання межі стосовно розподілення цих значень є широкими. В таких випадках у^вні ' значення називають значеннями за умовчуванням, які слабо пов'язані зі слотами, і далі вони поступово замінюються вірогідною інформацією.

Виведення за умовчанням виконує дуже важливу функцію при розпізнаванні образів або мовленні. Наприклад, якщо видимою є тільки частина образу, то, замінивши частини, що залишилися, значеннями за умовчуванням, можна намалювати пов-ь ний образ. Так само, використовуючи значення за умовчуванням, можна відновити зміст контексту, з якого витягнуто окремі речення.

6.Відношення "абстрактне - конкретне" і “ціле - частина". Відношення "абстрактне - конкретне" характерні тим, що на верхніх рівнях розташовані антрактні об'єкти (концепти), а на нижчих - конкретні об'єкти, причому об'єкти нижчих рівней успадковують атрибути об'єктів верхніх рівней. Ці відношення ще називають відношеннями типу 1S-A (це є) або KIND-OF (це різновид).

Відношення "ціле - частина" стосується структурованих об'єктів і свідчить про те, що об'єкт нижчого рівня є частиною об'єкта верхнього рівня.

Проте практичне застосування у фреймових системах дістали лише відношення "абстрактне - конкретне". Але при описі й управлінні структурованим об'єктом, наприклад, в САПР і робототехніці, часто удаються до відношення "ціле -частина".

Особливості подання знань фреймами. До основних особливостей подання знань фреймами насамперед слід віднести їх структуру даних, а також способи управління виведенням.

Фрейм являє собою визначену структуру даних, і фреймова система - це ієрархічна структура, вузлами якої є подібні фрейми. Розглянемо значення кожного з елементів

1.Імя фрейму - це ідентифікатор, що привласнюється фреймові; фрейм повинен мати ім'я, лише одне в даній фреймовій системі (унікальне ім'я). Кожний фрейм, як випливає з рис.5, складається з довільної кількості слотів, і деякі з них визначаються самою системою для виконання специфічних функцій, а всі інші визначаються користувачем. В кількість слотів входять: слот 1S-A, що вказує на фрейм-батько даного фрейму; слот покажчиків дочірніх фреймів, які є списком покажчиків цих фреймів; слот для виведення імені користувача, дійи визначення, дати "змінювання, коментарів, тексту та інші слоти. Кожний слот, в свою чергу, також репрезентований визначеною структурою даних.

2.ім'я слота - це ідентифікатор, що привласнюється слоту; слот також повинен мати унікальне ім'я у фреймі, до якого він належить. Звичайно, ім'я слота не несе жодного змістовного навантаження і є тільки ідентифікатором даного слота, проте в деяких випадках може мати специфічний зміст.,.До таких імен, крім 1S-A(відношення IS-A), DDESENDENTS (покажчик прямого дочірнього фрейму), FINEDON (користувач, визначаючий фрейм), DIFWEDON (дата визначення фрейму),MODІFIEDON (дата модифікації фрейму), COMMENT (коментар) тощо, можна віднести імена, що використовуються для репрезентації струкгурованих об'єктів, наприклад, HASPART, RELATION та ін. Ці слоти називають системними і використовують при реалізації БЗ та управлінні виведенням.

3.Покажчики спадкоємності. ЦІ покажчики стосуються тільки фреймових систем ієрархічного типу, що базуються на відношеннях "абстрактне - конкретне"; вони показують, яку інформацію про атрибути слотів у фреймі верхнього рівня успадковують слоти з такими ж іменами у фреймі нижчого рівня. Типові покажчики спадкоємності: Unique (унікальний), Same (такий самий), Range (встановлення меж), Override (зігнорувати) тощо. Покажчик U показує, що кожний фрейм мо.ле мати слоти з різними призначеннями; S - що усі слоти повинні мати однакові значення; R - значення слотів фрейму нижчого рівня повинні перебувати в межах, що вказані значеннями слотів фрейму верхнього рівня; О - за відсутністю вказівки значення слота фрейму верхнього рівня стає значенням слота фрейму нижчого рівня, проте у випадку визначення нового значення слотів фреймів нижчих рівнів вже ці значення використовуються для слотів фреймів нижчого рівня. Покажчик О виконує одночасно функції покажчиків U і S. Незважаючи на те, що більшість систем припускає кілька варіантів позначення спадкоємності, достатньо і таких, що припускають лише один варіант. В такому випадку можна вважати, що використовується покажчик О значення за умовчуванням.

4.Покажчик типу даних означає, що слот або має числове значення, або служить покажчиком іншого фрейму (тобто показує ім'я фрейму). До типів даних належать:FRAME (покажчик), INTEGER (цілий), REAL (дійсний), BOOL (логічний), LISP (приєднана процедура), TEXT (текст). LIST (список), TABLE (таблиця) та ін.

5.Значення слота повинно збігатися з указаним типом даних цього слота і, крім того, має виконуватися умова спадкоємності.

6. Демон. Демоном називають процедуру, що автоматично запускається при виконанні деякої умови. Демони запускаються при звертанні до відповідного слота. Наприклад, демон IF-NEEDED запускається, якщо на момент звертання'до слота значення останнього не було встановленим; IF-ADDED запускається при підставлянні в слот його значення; IF-REMOVED запускається при стиранні значення слота. Крім того, демон є різновидом приєднаної процедури.

7. Приєднана процедура. Як значення слота використовується програма процедурного типу. Приєднана процедура запускається за повідомленням, переданим з іншого фрейму. Коли кажуть, що в моделях подання знань фреймами об'єднуються процедурні та декларативні знання, то уявляють демони і приєднані процедури процедурними знаннями. Крім того, в мові подання знань фреймами відсутній спеціальний механізм управління виведенням, через що користувач повинен реалізувати даний механізм за допомогою приєднаної процедури.

Список літератури

1.Жим Кео. Visual Fox Pro 5 для «чайників», - Діалектика, Київ-Москва, 1997р.

2.Джон Кауфельд. Fox Pro 2.6 for Windows для чайників. Діалектика, Київ, 1996 р..

3.Фигурнов. IBM PC для пользователя. Краткий курс. -Москва, - 1998 г.

Размещено на Allbest.ru