Фреймово – продукционная модель представления заданий в ИИС

Модель представления знаний в ИИС, основыва­ющаяся на продукционно-фреймовом формализме. Выбор и разработка такой гибридной модели представления знаний и ее структура, был осуществлен в результате исследования об'екта и анализа состава и характера решаемых задач оперативно-диспетчерского управления и мониторинга непрерывного производства.

В ИИС предлагается трехуровневая структура модели представле­ния знаний (МПЗ) [9]. Нижний уровень МПЗ составляет модель мира системы (ММС), в которой отражены в основном декларативные, экстенсиональные и фактографические знания о проблемной области, пользователях системы и производственно-функциональной структуре предприятия. Для представления таких знаний в модели мира системы предлагается использовать фреймовый формализм. Это связано с тем, что вербальные знания экспертов о структуре и строении предметной области имеют иерархический, взаимосвязанный и вложенный характер.

Второй уровень МПЗ составляет база правил (БП), где сосре­доточены в основном знания, имеющие процедуральный и интенсиональ­ный характер. В этих продукционных правилах аккумулированы знания экпертов-специалистов о производственных ситуациях, о причинах ава­рийных ситуаций и о действиях в этих ситуациях. База правил струк­турирована в соответствии с особенностями предметной области и сос­тоит из пакетов правил. Каждый пакет правил является независимой продукционной системой.

Верхним уровнем МПЗ являются метазнания, в которых отражены знания о структуре и характере знаний ЭМС. Находящиеся здесь мета­правила позволяют осуществить перевод от одного пакета правил в базе правил к другому. Наличие метазнаний позволяет существенно облег­чить процессы создания, отладки и поддержания в актуальном состоя­нии обширной базы знаний для такой сложной предметной области, как диспетчерское управление предприятием с непрерывным характером про­изводства.

В общем случае МПЗ может быть определена как четверка

В = <F, R, M, I>

где F - модель мира системы (фреймы);

R - база правил;

M - метазнания;

I - механизм вывода.

Тогда модель мира системы определяется как множество фреймов

F={f_i}, i=1,2,…,Z

Каждый фрейм определяется как

где - имя фрейма f_i

- слоты фрейма f_i

Слоты представляют собой множество

Каждый слот является тройкой

где - наименование слота ;

- значение слота ;

- достоверность значения слота .

База правил представляет собой множество пакетов правил

R = (r_k), k = 1, 2,..., К.

Каждое правило определяется как пятерка

где - имя правила r_k;

- антецедент правила r_k;

- консеквент правила r_k;

- вес правила r_k;

- объяснение правила r_k.

Антецедент правила определяется как упорядоченное множество

где - условный элемент антецедента.

Консеквент правила тоже определяется как упорядоченное множество

где - действия в правой части правила

Метазнания определяются как

M=<D^M,P^M>

где D^M - декларативные метазнания;

P^M - процедуральные метазнания.

Декларативные метазнания представляют собой множество

Где - метафрейм.

Процедуральные метазнания представляют собой множество

где - метаправило.

Механизм вывода определяется как множество способов рассуждений

I={I_r},r =1,2,..., R

где I_r - способ рассуждений.

На основе иерархичности МПЗ, при проектировании БЗ ЭИС реализована трехуровневая структура, которая показана на рис. 11.2.

Рис.11.2 Структура базы знаний системы.

Рис.11.3 Фрагмент реализации БЗ АИС.

На рис. 11.3приведен фрагмент реализации БЗ в BИС. На первом уровне БЗ, в MMС сосредоточены знания о структуре НЛП, связи с внешним миром, индивидуальные модели пользователей, включая их инфор­мационные потребности, круг решаемых задач и другие особенности. Объекты ММС - цеха, установки, резервуары представлены в виде вло­женных фреймов, в слотах которых содержится различная информация фактографического и процедурного характера, характеризующая объекты. Первый и второй слоты всегда имеют жестко закрепленную семантику (имя фрейма и его обобщенное значение - характеристику). Другие слоты также могут иметь конкретную смысловую интерпретацию для данной предметной области. Например, они могут иметь вид "вхо­дит в", "состоит из", "является разновидностью" при помощи которых могут быть организованы иерархические, родовидовые и другие отно­шения между объектами.

База правил структурирована и состоит из пакетов правил, которые соответствуют подмиру ИИС. Содержание и границы подмира определяет какой-либо один взгляд на предметную область. Например, возможны подмиры "Организационная структура НШГ, "Резервуары", "Цеха", "Технологические связи объектов" и т.д. Правила представлены в виде продукций

Если А¹, и А²,..., и А^М Тогда К¹, и К²,..., и К^N.

где А^М - фрейм-образец (и значения его слотов), по которому происходит сопоставление с фреймами из ММС (в рабо­чей области);

К^N - действие, приводящее (в общем случае) к изменению модели мира системы и базы правил.

Структура (шаблон) запроса в общем случае имеет вид: код объекта, код ситуации, значения параметров.

Каждая часть запроса представлена наборами значений X, определяющими объект, его состояние и характеристики. (На рис. 11. 3 - это X¹, X²,…, X^k).

Действия в правой части правил могут быть классифицированы следующим образом:

1. Создание, удаления или модификация фрейма в МЖ5.

2. Выдача сообщения пользователю на терминал.

3. Ввод данных с терминала пользователя.

4. Получение информации из РБД.

5. Занесение или удаление из базы правил правила или пакета правил.

6. Прекращение работы механизма вывода и передачи управления плани­ровщику.

Выход из одного подмира в другой осуществляется по значениям слота, одинаковым для двух разных фреймов из двух разных подмиров. Т.о. обеспечивается относительная независимость знаний о разных сторонах реальности и возможность накапливать корректировать или уда­лять противоречивые и неполные знания, когда знания в разных подмирах могут противоречить друг другу.