ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЗНАНИЙ ПРАВИЛАМИ ПРОДУКЦИЙ

 

Продукционная модель в силу своей простоты получила наи­более широкое распространение. В этой модели знания представ­ляются в виде совокупности правил типа «ЕСЛИ — ТО». Системы обработки знаний, использующие такое представление, получили название продукционных систем (ПС). В состав экспертной системы продукционного типа входят база правил, база фактических дан­ных (рабочая память) и интерпретатор правил, реализующий оп­ределенный механизм логического вывода. Любое продукцион­ное правило, содержащееся в БЗ, состоит из двух частей: антеце­дента и консеквента. Антецедент представляет собой посылку правила (условную часть) и состоит из элементарных предложе­ний, соединенных логическими связками И, ИЛИ. Консеквент (заключение) включает одно или несколько предложений, кото­рые выражают либо некоторый факт, либо указание на определен­ное действие, подлежащее исполнению. Продукционные правила принято записывать в виде АНТЕЦЕДЕНТ ® КОНСЕКВЕНТ.

В работах Ньюэлла и Саймона ПС использовалась для представления модели человеческого поведения при решении задач. Продукции соответствуют навыкам решения задач в долгосрочной памяти человека. Подобно навыкам в долгосрочной памяти эти продукции не изменяются при работе системы. Они вызываются «по образцу» для данной специфической проблемы, а новые навыки могут быть добавлены к существующей базе знаний без соответствующей команды записи. Рабочая память продукционной системы соответствует краткосрочной памяти, или текущей области внимания человека, и описывает текущую стадию решения задачи. Содержание рабочей памяти после решения задачи не сохраняется.

Примеры продукционных правил:

ЕСЛИ «двигатель не заводится» И «стартер двигателя не рабо­тает», ТО «неполадки в системе электропитания стартера»;

ЕСЛИ «животное имеет перья», ТО «животное - птица».

Антецеденты и консеквенты правил формируются из атрибу­тов и значений, например:

 

Атрибут Значение

Двигатель Не заводится

Стартер двигателя Не работает

Животное Имеет перья

Животное Птица

 

Любое правило состоит из одной (или нескольких) пары ат­рибут — значение. В рабочей памяти продукционной системы хра­нятся пары атрибут — значение, истинность которых установлена в процессе решения конкретной задачи к некоторому текущему моменту времени. Содержимое рабочей памяти изменяется в процессе решения задачи. Это происходит по мере срабатывания правил. Правило срабатывает, если при сопоставлении фактов, содержащихся в рабочей памяти, с антецедентом анализируемого правила имеет место совпадение, при этом заключение сработав­шего правила заносится в рабочую память. Поэтому в процессе логического вывода объем фактов в рабочей памяти, как прави­ло, увеличивается (уменьшаться он может в том случае, если дей­ствие какого-нибудь правила состоит в удалении фактов из рабо­чей памяти). В процессе логического вывода каждое правило из базы правил может сработать только один раз.

При описании реальных знаний конкретной предметной об­ласти может оказаться недостаточным представление фактов с помощью пар атрибут—значение. Более широкие возможности имеет способ описания с помощью триплетов объект—атри­бут—значение. В этом случае отдельная сущность предметной об­ласти рассматривается как объект, а данные, хранящиеся в рабо­чей памяти, показывают значения, которые принимают атрибуты этого объекта.

Примеры триплетов:

 

собака — кличка — Граф;

собака — порода — ризеншнауцер;

собака — окрас — черный.

 

Одним из преимуществ такого представления знаний являет­ся уточнение контекста, в котором применяются правила. На­пример, правило, относящееся к объекту «собака», должно быть применимо для собак с любыми кличками, всех пород и окрасок. С введением триплетов правила из базы правил могут срабаты­вать более одного раза в процессе одного логического вывода, по­скольку одно правило может применяться к различным экземп­лярам объекта (но не более одного раза к каждому экземпляру).

ПС обеспечивает управление процессом решения задачи по образцу и состоит из набора продукционных правил, рабочей памяти и цикла управления «распознавание-действие».

Работа ПС инициируется начальным описанием (состоянием) задачи. Из продукционного множества правил выбираются правила, пригодные для применения на очередном шаге. Эти правила создают так называемое конфликтное множество. Для выбора правил из конфликтного множества существуют стратегии разрешения конфликтов, которые могут быть и достаточно простыми, например, выбор первого правила, а могут быть и сложными эвристическими правилами. Продукционная модель в чистом виде не имеет механизма выхода из тупиковых состояний в процессе поиска. Она продолжает работать пока не будут исчерпаны все допустимые продукции. Практические реализации ПС содержат механизмы возврата в предыдущее состояние для управления алгоритмом поиска. Активизация правила означает выполнение его действия. При этом изменяется состояние рабочей памяти.

Существуют два типа продукционных систем — с прямыми и обратными выводами. Прямые выводы реализуют стратегию «от фактов к заключениям». При обратных выводах выдвигаются ги­потезы вероятных заключений, которые могут быть подтвержде­ны или опровергнуты на основании фактов, поступающих в ра­бочую память. Существуют также системы с двунаправленными выводами.