Структура БЗ и взаимодействие с другими компонентами ИС

При организации БЗ исходят из характера той информа­ции, которую она должна содержать. Это прежде всего некие факты, данные, представляющие собой быстро меняющуюся ин­формацию, например, в ритме изменений, происходящих при фун­кционировании процесса. Другой тип информации — это модели знаний или правила, которые изменяются значительно реже дан­ных. Кроме того, правила несут в себе содержательные сведения об объекте. Они активны и могут порождать новые факты или гипотезы из тех сведений, которыми располагает БЗ в текущий момент. В связи с этим структурно БЗ можно организовать в ви­де двух основных подбаз - базы правил (БП) и базы данных (БД).

В БД хранится фактографическая информация о решаемых на объекте задачах и данные, которые относятся к указанной предметной области. База правил определяет отношения между элементами данных, хранящихся в БД, на основе моделей пред­ставления знаний о предметной области, а также способы активи­зации этих знаний. Модель представления знаний основывается на одной или нескольких рассмотренных выше форм представле­ния знаний.

Таким образом, очень обобщенно можно говорить о двух уров­нях представления знаний: первый уровень — фактографическая информация, данные; второй уровень — описания, отношения, правила и процедуры, определяющие способ манипулирования фактографической информации.

Помимо знаний о предметной области в БЗ должны храниться и другие типы знаний: модель мира системы, знания о пользова­теле, целях и т. д. Эти знания в основном содержатся на втором уровне представления в виде блоков или органических частей БП.

Возможно хранение некоторых типов названных знаний и на первом уровне (в БД). Это зависит от характера проблемной об­ласти и выбора способа представления знаний.

При больших объемах знаний и правил время обработки ин­формации значительно возрастает. Возникает задача уменьшения области поиска решения. Интеллектуальная система должна об­ладать при решении поставленной перед ней задачи способностью к целенаправленным действиям, в какой-то степени «осознанной» и конструктивной работе со знаниями, исключающей анализ всех знаний или полный перебор. Поэтому во многих интеллектуальных системах, особенно работающихв реальном времени, реализуется еще один, тре­тий, уровень представления знаний - уровень метазнаний, кото­рый необходим для обеспечения рационализации процессов оперирования знаниями в БЗ.

Рис. 8.2. Обобщенная структура БЗ

Как уже отмечалось вы­ше, метазнания - это зна­ния системы о себе, т. е. знания о своих знаниях, их структуре и о принципах своего функционирования. На основе этих знаний на уровне метазнаний (в бло­ке метазнаний) среди имею­щегося набора стратегий поиска определяется наибо­лее эффективная.

На рис. 8.2. представлен вариант структуризации БЗ.

Таким образом, структуризация знаний в БЗ тесно связала с проблемой поиска необходимой информации. Эффективной стра­тегией поиска будет, вероятнее всего, та, при которой на всех этапах решения задачи используется не вся информация из БЗ; а лишь соответствующая ее часть. При правильной структуризации БЗ существенно упрощается проблема поиска и выбора необходи­мых знаний для данной задачи.

При варианте структуры БЗ, представленном на рис. 8.2, функ­ции интерпретатора правил, рациональным образом реализующе­го механизм вывода решений, по существу выполняет верхний уровень БЗ - метазнания (или блок метазнаний).

Необходимо подчеркнуть, что существуют различные вариан­ты как организации самой БЗ, так и взаимодействия БЗ с дру­гими компонентами ИС.

На рис. 8.3 приведен фрагмент системы ИИ, отражающий вза­имодействие БЗ с основными модулями системы при поиске и ге­нерации знаний. В БЗ представлена как фактографическая информация, так и правила, или эвристики.

Рис. 8.3. Структура взаимодействия БЗ с основными компонентами ПСИИ для продукционных систем

Кроме того, на верхнем уровне БЗ приведены метазнания, необходимые для выработки рациональной стратегии поиска. Однако вывод решения либо ге­нерация новых правил и знаний осуществляется здесь с помощью блока вывода, который взаимодействует с метауровнем БЗ при интерпретации правил и данных БЗ.

Решение задачи и работа с правилами и данными осуществля­ются в специальном блоке - рабочей области. В рабочей области представляются описания запроса - или решаемой задачи, данные и правила из БЗ, процедуры или стратегия механизма вывода.

При использовании наиболее распространенных в настоящее время продукционных систем представления знаний возможен ва­риант структурной и функциональной организации основных ком­понентов системы, представленный на рис. 8.4

Рис.8.4. Структура взаимодействия БЗ с основными компонентами ИС для продукционных систем.

Когда факты и эвристики о проблемной области хранятся в виде продукционных правил, БЗ представляется часто как «база правил», а механизм вывода — как «интерпретатор правил». В БЗ хранятся факты и описания предметной области, а также эв­ристики, связанные с проблемой. Управляющая структура (реа­лизующая механизм вывода и интерпретацию правил) использует БЗ при решении проблемы. В рабочей памяти (или глобальной базе данных) хранятся информация о состоянии проблемы или задачи, входные данные конкретной задачи.

При разработке БЗ проектируемой интеллектуальной системы важно, как уже от­мечалось, определить и исследовать имеющиеся в распоряжении знания, т. е. известные факты и информацию. Ими может быть производственная информация об измерениях, отношениях между переменными, оборудовании и операциях регулирования, о раз­личных ситуациях при управлении процессом. Основу производст­венной информации составляют знания двух типов: основные (глубинные) и экспертные.

Основное знание представляет собой детальное понимание экономического про­цесса и его функционирования, основывающееся на фундаменталь­ных принципах. Инженеры могут описать с помощью математи­ческих уравнений процессы переноса тепла, потока жидкости, хи­мических реакций, разделения смесей и т. д. Уравнения и правила математического решения определяют структуру, организацию или порядок для знания. Для процедурных задач, полные или всесторонние экс­плуатационные процедуры, равноценны основному знанию.

Экспертные знания получают из опыта или наблюдения. Из­мерения условий процесса легче даются и описываются в качест­венных терминах. Отношения между переменными могут быть известны или оценены в качественных терминах. Ход процесса проявляется во многих различных ситуациях. Он может наблюдаться и прогнозироваться с использованием качественных характеристик. Однако процесс не всегда может быть объяснен в терминах фундаментальных прин­ципов. Качественная природа многих показателей, непостоянные отношения и результаты обусловливают логическую форму выражения урав­нений вместо описаний с помощью математических уравнений.

На практике БЗ ИС обычно содержат комбинацию эксперт­ных и основных знаний. Некоторая часть знаний может иметь полностью качественный характер, тогда как другая - количест­венный.