Файл: Лекція 4. Моделі подання знань.doc

Іванов відправив поштою з Київа книгу для Петрова

• Фреймова модель

Фрейм (від. frame - рамка) – модель подання знань, яка при заповненні її елементів (слотів) певними значеннями перетворюється в опис конкретного факту, події, процесу.

Слот (валентність) – складова частина фрейма, яка може бути заповненим елементом даних певного типу. Слот характеризує деяку властивість або зв’язок поняття, що описується фреймом.

Кожний фрейм можна розглядати як семантичну мережу, що складається з виділених вершин і зв'язків.

Фреймова модель заснована на принципі фрагментації знань.

Основа фреймової моделі – слот, який складається з імені деякої ознаки, значень цієї ознаки і зв'язку з іншими слотами.

Наприклад, опис ситуації «Студент Іванов одержав книгу А.  Я.  Архангельського «100 компонентів Delphi» в бібліотеці ТГПУ ним.  Л.  Н.  Товстого в р.  Тулі» може бути представлено таким чином:

ОТРИМАННЯ:

ОБЕКТ (КНИГА: (Автор, А.  Я.  Архангельський) (Назва, 100 компонентів Delphi));

АГЕНТ (СТУДЕНТ: (Прізвище, Іванов));

МІСЦЕ: (БІБЛІОТЕКА: (Назва, ТГПУ) (Розташування, Тула)).

Тут ОБ'ЄКТ, АГЕНТ і МІСЦЕ – це ролі, які грають слоти КНИГА, СТУДЕНТ і БІБЛІОТЕКА в рамках фрейма ОТРИМАННЯ.

Фреймову модель можна представити у вигляді таблиці, у якої на відміну від реляційної моделі даних є ряд особливостей:

• можливість змішаного заповнення слотів константами і змінними;

• можливість наявності порожніх слотів;

• розміщення в слотах покажчиків на інші фрейми для створення мережі;

• розміщення в слотах імен виконуваних процедур.

Фрейм можне подати у вигляді формули, таблиці або дерева (мережи).

Варіант запису формули:

F(<S>, <g₁, h₁>,<g₂, h₂>,…,<g_n, h_n>),

Де f - ім’я фрейма, S – слот із родовим або суперпоняттям, інше – набір слотів, у яких g - ім’я слота, h – значення слота, що описують властивості, які відрізняються в даного об’єкта від родового поняття. Імена слотів можуть вказувати на їх зміст (спадкоємність, користувача, дату створення).

---

Варіант запису у вигляді таблиці:

Унікальне ім’я фрейма Слот 1	Покажчик фрейма-батька	Покажчик типів даних слота
Ім’я слота Слот 2		Покажчик типів даних слота	Значення слота	Демон
Ім’я слота Слот 3	...	...	...	...
	...	...	...	...
Ім’я слота Слот n	...	...	...	...

Родове поняття знаходиться на верхньому рівні.

Покажчик фрейма-батька (інформація про атрибути слотів вищого фрейма, що успадковують слоти з такими ж іменами в фреймах нащадках) застосовується для побудови ієрархії, у не ієрархічних системах його немає. Напр.: U (unique) – фрейми можуть мати слоти різного призначення, S (same) – усі слоти повинні мати однакові значення, R (range) – значення слотів фреймів-батьків визначають межи значень для слотів фреймів-нащадків.

Покажчик типів даних з урахуванням спадковості вказує, які величини припускаються в значенні слота. Напр.: TEXT, REAL, INTEGER, LIST, BOOL, FRAME.

Демон – це прихована або віртуально приєднана процедура, що автоматично виконується при наявності певних умов, зміні бази знань. Напр.: демон if-needed виконується коли до слота йде звертання, if-added –в слот підставляється значення, if-removed – стирається. Приєднана процедура виконується за вказівкою, що приходить з іншого фрейма.

За станом фрейми поділяють на фрейм-прототип (протофрейм, фрейм-інтенсіал), в якого частина або всі слоти не мають значень, та фрейм-екземпляр, слоти якого заповнені конкретними значеннями і який являє собою опис, що має значення істини.

За функцією фрейми поділяються на фрейм-опис, що моделює властивості або ситуації, та рольові фрейми, що для імен слотів використовують назви ролей сукупність яких і визначає зміст усього фрейма.

Варіант запису у вигляді дерева (мережи):

---

Фрейми мають властивість укладеності, тому що в значенні слота може виступати система імен нижчого рівня. Для всебічного опису об’єкта застосовуються фрейми з загальними елементами. Різні фрейми описують об’єкт з різних сторін, тобто вони повинні мати загальний елемент (покажчик) і різні термінальні слоти.

Переваги Фреймів	Недоліки Фреймів
Укладеність, що забезпечує структурованість, спадковість і зв’язаність знань Внутрішня інтерпретованість (Значення мають характер посилань)	Непристосованість до подання процедурних знань

Приклад: Фрейм інформації про наявність місць

Ім’я слота	Значеня слота	if-needed	if-removed	if-added
Дата	25.02.2001	Коли?
Маршрут	Київ-Прага
Місця	Бізнес-клас		Обнуління табло	Бронювання місця

Фреймова структура навчання

• Логічна модель.

В основі логічного способу представлення знань лежить ідея опису знань про наочну область у вигляді деякої безлічі тверджень, виражених у вигляді логічних формул, і отримання рішення побудовою висновку в деякій формальній (дедуктивної) системі.

Знання, які можуть бути представлені за допомогою логіки предикатів, є або фактами, або правилами. При використовуванні логічних методів спочатку аналізується структура наочної області, потім вибираються відповідні позначення і в ув'язненні формуються логічні формули, що є закономірностями даної області. Безліч таких формул є логічною програмою, що містить інформацію об ПО.

---

Наприклад, як мова логічного програмування можна використовувати ПРОЛОГ, а сукупність логічних формул, що складається із запиту, безліч пропозицій програми і інтерпретатора мови, можна розглядати як алгоритм рішення задач додатків.

• Продукційна модель.

Продукція (Пр) – це знання у вигляді логічного правила, яке визначає деякі ситуації і відповідні їм дії (правила-пари). Пр – математичний аналог понять. Предметну галузь (ПГ) визначає сукупність правил. Пр виражається наступним чином:

(N);S;U;B => C;P,

де N - ім’я (ідентифікатор) Пр,

S – характеристика сфери виконання (галузь компетенції),

U – умова застосування;

B => C – ядро (конструкція „якщо ..., то ...”, антецедент=>консеквент, посилання=>висновок або дія);

P – постумови Пр, що виконуються після реалізації Пр.

Пр читається так: якщо виконана умова U і антецедент правила B саме той за яким у базі здійснюється пошук, то виконується C та змінюється антецедент на той що вказує постумова Р.

Консеквент може бути декларативним („якщо <умова>, то <висновок>”) для виведення логічних висновків і процедурним („якщо <умова>, то <дія>”).

Існують прямі П-продукції (від умови до висновку), звернені О-продукції (від мети до вихідного стану, від мети до підмети) та метапродукції (умови та порядок виконання Пр).

Переваги Пр	Недоліки Пр
Легко створювати і розуміти окремі правила (Пр –завершений фрагмент ПГ) Просто виконувати і модифікувати (Пр незалежні) Пр можливо обробляти паралельно	Складні посилання Пр вимагають багато часу для обробки і місця для зберігання Важко оцінити знання про ПГ в цілому Не відповідає людській структурі знань Не має гнучкості при логічному виведенні Існування конфліктів через подібні умови в деяких Пр Нечіткі відношення між Пр

Приклади:

• α=>γ – якщо виконується α, то є γ

• p&q&w&z=>β якщо є p та q та w та z, то виконуємо β

---

якщо (стан об’єкта ПРОЦЕСОР = несправний)або(стан об’єкта ПАМ’ЯТЬ = несправний) або (стан об’єкта МОНІТОР = несправний) то (стан комп’ютера = несправний).

---