Методи представлення знань

Існують два типи методів представлення знань (ПЗ):
Формальні моделі ПЗ;
Неформальні (семантичні, реляційні) моделі ПЗ.
Очевидно, всі методи представлення знань, які розглянуті вище, включаючи продукції (це система правил, на яких заснована продукційна модель представлення знань), відносяться до неформальних моделями. На відміну від формальних моделей, в основі яких лежить сувора математична теорія, неформальні моделі такої теорії не дотримуються. Кожна неформальна модель годиться тільки для конкретної предметної області і тому не володіє універсальністю, яка властива моделям формальним. Логічний висновок - основна операція в СІІ - у формальних системах строгий і коректний, оскільки підпорядкований жорстким аксіоматичним правилами. Висновок у неформальних системах багато в чому визначається самим дослідником, який і відповідає за його коректність.
Кожному з методів ПЗ відповідає свій спосіб опису знань.
1. Логічні моделі. В основі моделей такого типу лежить формальна система, що задається четвіркою виду: M = <T, P, A, B>. Безліч T є безліч базових елементів різної природи, наприклад слів з деякого обмеженого словника, деталей дитячого конструктора, що входять до складу деякого набору і т.п. Важливо, що длямножини T існує деякий спосіб визначення належності або неналежності довільного елемента до цього безлічі. Процедура такої перевірки може бути будь-який, але за кінцеве число кроків вона повинна давати позитивну або негативну відповідь на питання, чи є x елементом множини T. Позначимо цю процедуру П (T).
Безліч P є безліч синтаксичних правил. З їх допомогою з елементів T утворюють синтаксично правильні сукупності. Наприклад, зі слів обмеженого словника будуються синтаксично правильні фрази, з деталей дитячого конструктора за допомогою гайок і болтів збираються нові конструкції. Декларується існуванняпроцедури П (P), за допомогою якої за кінцеве число кроків можна отримати відповідь на питання, чи є сукупність X синтаксично правильною.
У безлічі синтаксично правильних сукупностей виділяється деяка підмножина A. Елементи A називаються аксіомами. Як і для інших складових формальної системи, повинна існувати процедура П (A), за допомогою якої для будь-якої синтаксично правильної сукупності можна отримати відповідь на питання про належність її до безлічі A.
Безліч B є безліч правил виводу. Застосовуючи їх до елементів A, можна отримувати нові синтаксично правильні сукупності, до яких знову можна застосовувати правила з B. Так формується безліч виведених в даній формальній системі сукупностей. Якщо є процедура П (B), за допомогою якої можна визначити для будь-якої синтаксично правильної сукупності, чи є вона виводиться, то відповідна формальна система називається розв'язною. Це показує, що саме правило висновку є найбільш складною складовою формальної системи.
Для знань, що входять до бази знань, можна вважати, що множина A утворюють всі інформаційні одиниці, які введені в базу знань ззовні, а за допомогою правил виведення з них виводяться нові похідні знання. Іншими словами формальна система являє собою генератор породження нових знань, що утворюють множину виводяться в даній системі знань. Це властивість логічних моделей робить їх привабливими для використання в базах знань. Воно дозволяє зберігати в базі лише ті знання, які утворюють безліч A, а всі інші знання отримувати з них за правилами виводу.
2. Мережеві моделі. В основі моделей цього типу лежить конструкція, названа раніше семантичної мережею. Мережеві моделі формально можна задати у вигляді H = <I, C1, C2,..., Cn, Г>. Тут I є безліч інформаційних одиниць; C1, C2,..., Cn - безліч типів зв'язків між інформаційними одиницями. Відображення Г задає між інформаційними одиницями, що входять до I, зв'язку із заданого набору типів зв'язків.
Залежно від типів зв'язків, які використовуються в моделі, розрізняють классифицирующие мережі, функціональні мережі і сценарії. У класифікуючих мережах використовуються відносини структуризації. Такі мережі дозволяють у базах знань вводити різні ієрархічні відносини між інформаційними одиницями. Функціональні мережі характеризуються наявністю функціональних відносин. Їх часто називають обчислювальними моделями, так як вони дозволяють описувати процедури «обчислень» одних інформаційних одиниць через інші. У сценаріях використовуються каузальні відносини, а також відносини типів «засіб - результат», «знаряддя - дія» і т.п. Якщо у мережевій моделі допускаються зв'язку різного типу, то її зазвичай називають семантичної мережею.
3. Продукційні моделі. У моделях цього типу використовуються деякі елементи логічних і мережевих моделей. З логічних моделей запозичена ідея правил виведення, які тут називаються продукціям, а з мережевих моделей - опис знань у вигляді семантичної мережі. У результаті застосування правил виведення до фрагментів мережевого опису відбувається трансформація семантичної мережі за рахунок зміни її фрагментів, нарощування мережі та виключення з неї непотрібних фрагментів. Таким чином, у продукційних моделях процедурна інформація явно виділена і описується іншими засобами, ніж декларативна інформація. Замість логічного висновку, характерного для логічних моделей, у продукційних моделях з'являється висновок на знаннях.
4. Фреймові моделі. На відміну від моделей інших типів у фреймових моделях фіксується жорстка структура інформаційних одиниць, яка називається протофреймом. У загальному вигляді вона виглядає таким чином:
(Ім'я фрейму:
Ім'я слота 1 (значення слота 1)
Ім'я слота 2 (значення слота 2)
.....................
Ім'я слота К (значення слота К)).
Значенням слота може бути практично що завгодно (числа або математичні співвідношення, тексти на природній мові або програми, правила виводу або посилання на інші слоти даного фрейму або інших фреймів). Як значення слота може виступати набір слотів більш низького рівня, що дозволяє під фреймових уявленнях реалізувати «принцип матрьошки».
При конкретизації фрейму йому і слотам присвоюються конкретні імена і відбувається заповнення слотів. Таким чином, з протофреймов виходять фрейми - екземпляри. Перехід від вихідного протофрейма до фрейму - примірнику може бути багатокрокових, за рахунок поступового уточнення значень слотів.