WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 19 |
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет архитектуры и строительства" ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ Рекомендовано Редсоветом университета в качестве учебного пособия для студентов специальности 230201 "Информационные системы и технологии" всех форм обучения Пенза 2007 1 УДК 002.52/54 ББК 32.811 Б95 Рецензенты: кафедра «Информатика» Пензен- ской государственной технологи- ческой академии (зав. кафедрой кандидат технических наук, профессор В.В.Пикулин;

кандидат технических наук, доцент кафедры «Автоматика и телемеханика» Пензенского государственного университета А.Д. Семенов Былкин В.Д.

Б95 Основы построения и функционирования интеллектуальных информационных систем: Учебное пособие / В.Д. Былкин, В.Н.Дубинин, Т.А. Глебова, И.И. Коновалова; Под общ.

ред. проф. А.Н. Кошева. - Пенза: ПГУАС, 2007. - 207 с.

Изложены основные теоретические положения о моделировании знаний (законов, правил, фактов, сведений) с применением программных средств современных компьютеров.

Приведены примеры представлений и преобразований знаний средствами языков Бейсик, Паскаль, Пролог в процедурной, объектно-ориентированной и визуальной инструментальных средах программирования. Каждый раздел заканчивается контрольными вопросами и тестовыми упражнениями для самостоятельной работы.

Учебное пособие подготовлено на кафедре "Информационно-вычислительные технологии" Пензенского государственного университета архитектуры и строительства и предназначено для использования студентами специальности 230201 "Информационные системы и технологии" всех форм обучения при изучении дисциплин «Представление знаний в информационных системах», «Ин- теллектуальные информационные системы», « Проектирование информационных систем».

© Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, © Былкин В.Д., Дубинин В.Н., Глебова Т А., Коновалова И. И., ПРЕДИСЛОВИЕ На обыденном уровне под исследованиями в области искусственного интеллекта обычно понимается попытка создания некого искусственного разума, подобного человеческому. На самом деле под методами искусственного интеллекта в наше время понимается совокупность методов, основанных на построении формальных моделей знаний, позволяющих решать задачи, решение которых классическим способом невозможно или неэффективно. Круг проблем, объединенных термином "искусственный интеллект", достаточно широк. В самом общем с м ы с л е искусственный интеллект - это совокупность компьютерно-ориентированных алгоритмов и программ, обеспечивающих целенаправленную переработку информации (знаний) в соответствии с приобретаемым в процессе обучения и адаптации опытом при решении разнообразных интеллектуальных задач. В ходе исследований были достигнуты значительные результаты в области построения формальных моделей человеческих знаний и человеческой логики. И хотя эти модели далеки от того, чтобы полностью формализовать процесс познания, тем не менее они с успехом применяются для решения тех задач, для которых не существует классических алгоритмов решения. Методы решения задач, основанные на формальных моделях знаний, называют интеллектуальными, или методами искусственного интеллекта (ИИ).

В настоящее время основными направлениями, в которых активно применяются методы ИИ, являются:

1. Создание экспертных систем. Экспертные системы предназначены для установления какого-либо предмета или явления по его признакам. Причем эти системы не только выдают решение, но и объясняют его.

2. Автоматизированный логический вывод.

3. Решение задач ситуационного управления, т.е. создание систем управления процессами, работу которых тяжело или невозможно описать формальными алгоритмами, например "диспетчер в аэропорту".

4. Решение задач распознавания образов (распознавание печатных знаков, человеческого голоса).

5. Разработка эффективных поисковых систем в банке данных или в Интернете.

6. Организация диалога между персональным компьютером (ПК) и пользователем на естественных языках.

7. Разработка качественных электронных переводчиков с одного естественного языка на другой.

Под данными понимается любая информация, хранящаяся с помощью ПК. Сами по себе данные не имеют смысловой нагрузки, она появляется в результате интерпретации этих данных. Обрабатывая данные, компьютер может путем преобразования информации формировать понятия и генерировать знания.

Последние представляют собой определенным образом структурированную информацию, понятную человеку. Это может быть таблица, логическое описание данных или алгоритмическая модель. В настоящее время широко используются логические, продукционные, сетевые и фреймовые модели представления знаний.

Выбор той или иной модели обычно зависит от поставленной задачи.

ВВЕДЕНИЕ Интеллектуальная информационная система (ИИС) - это система, которая основана на концепции использования базы знаний для формирования алгоритмов решения задач в узкоспециальной предметной области.

В а ж н е й ш и е п р и з н а к и к л а с с и ф и к а ц и и И И С : развитые коммуникативные способности, сложность (плохая формализуемость способа решения задачи), способность к самообучению, адаптивность.

О с н о в н ы е п о д к л а с с ы И И С : интеллектуальные базы данных, в т.ч. с интерфейсами, использующими ограниченный естественный язык, гипертекст и мультимедиа, когнитивную графику; статические и динамические экспертные системы; самообучающиеся системы на принципах индуктивного вывода, нейронных систем, поиска прецедентов, организации информационных хранилищ; адаптивные информационные системы на основе использования CASE-технологий и/или компонентных технологий.



Система с интеллектуальным интерфейсом — это ИИС, предназначенная для поиска неявной информации в базе знаний или тексте для произвольных запросов, составляемых, как правило, на ограниченном естественном языке.

Экспертная система (ЭС) - это ИИС, предназначенная для решения слабоформализуемых задач на основе накапливаемого в базе знаний опыта работы экспертов в проблемной области.

Участники процесса разработки и эксплуатации ЭС: эксперты, инженеры по знаниям (когнитологи), пользователи.

При работе с объектами, имеющими сложную, слабоформализуемую структуру не приходится надеяться на возможность использования в качестве стратегий поиска решения традиционных методов и приемов.

При автоматизации решения подобных задач в современных условиях эффективно могут быть использованы модели представления знаний.

Базовыми моделями в этой области могут служить логические модели представления знаний и методы поиска решений по этим моделям.

В учебном пособии рассматриваются вопросы логического базиса представления знаний;

синтаксис и семантика логики предикатов, сетевое представление, фреймовое и объектное представления.

1. ЛОГИКА И ЧЕЛОВЕЧЕСКИЕ РАССУЖДЕНИЯ Современная1 логика развилась в точную науку, применяющую математические методы.

Предметом исследования в логике являются человеческие рассуждения, а основная задача ее состоит в выявлении правильных способов рассуждений. При этом под рассуждением понимается переход от некоторых суждений, относящихся к определенному предмету или вопросу и называемых посылками, к суждению, называемому заключением и полученному таким путем, что любое текущее суждение является следствием предшествующих суждений. Большой вклад в развитие логики внес Аристотель, гениальный мыслитель древности. Со времени создания его теории прошло более двух тысячелетий, но она по-прежнему занимает достойное место в науке.

Его теорию силлогистических выводов (силлогистику) никто не пытался критиковать или опровергать, ее лишь уточняли и модернизировали. В силлогистике Аристотеля посылки и заключения формируются в виде стандартных категорических утверждений, например, "все S суть P ", "некоторые S не суть Р " и др. Чтобы доказать правильность рассуждения средствами теории Аристотеля, необходимо было все суждения предоставить в форме простых категорических высказываний.

В своих работах Аристотель использовал все известные ему типы рассуждений, а именно:

дедуктивные ("от общего к частному"), индуктивные ("от частного к общему") и правдоподобные рассуждения ("от частного к частному"). Рассмотрим кратко эти типы рассуждений. Дедуктивные рассуждения основываются на явном для людей положении, согласно которому, если общее утверждение, верно, то должны быть верными и частные утверждения, определяемые этим общим рассуждением.

Пример. Общее положение: "Все собаки лают".

Частное утверждение: "Собака Жучка лает".

Другие типы рассуждений менее очевидны. Индуктивные рассуждения отражает наш путь постижения мира. В этом случае общее утверждения возникают во время обобщения частных утверждений, отражающих совокупность наших единичных опытов. Истинность общего результата таких рассуждений для людей становится очевидной, если частных утверждений, подтверждающих этот результат, довольно много, а опровергающие утверждения отсутствуют.

Пример. Частное утверждение: "Жучка - собака, она лает". Частное утверждение: "Белка - собака, она лает". Частное утверждение:

"Пальма - собака, она лает". Общее положение: "Все собаки лают", Еще менее очевидны правдоподобные рассуждения, например, "снег белый, поэтому заяц "Логика - наука о приемлемых способах рассуждения". БСЭ, 3-е изд., т.14. - М.: Сов. энциклопедия. 1973.- С. 595.

белый". Зафиксируем два основных положения теории силлогистических выводов Аристотеля:

1) исходные посылки рассуждения являются истинными;

2) правильно применяемые приемы перехода от посылок к другим вытекающим из них утверждениям, а также из посылок и ранее полученных утверждений к новым утверждениям должны сохранять истинность всех получаемых суждений, то есть истинные посылки порождают только истинные следствия.

Аппарат силлогистики Аристотеля оказался настолько мощным, что, например, на его основе средневековый Философ и богослов Фома Аквинат осуществил обоснование всей христианской теологии. Широкое применение силлогистика нашла также в судебной практике, когда материалы предварительного следствия брались за истинные посылки. Применяя к этим посылкам процедуры порождения новых утверждений по правилам теории Аристотеля, судьи делали вывод о виновности или невиновности подсудимого.

Известны следующие схемы человеческих рассуждений, связанные с текстом:

герменевтические, экзегетические и гомилетические схемы. В герменевтических схемах заключения выводятся на основании того, о чем говорится в тексте. Для получения экзегетических выводов привлекается информация, связанная с контекстом, в котором был порожден данный текст. Герменевтическими и экзегетическими схемами рассуждений пользуются все комментаторы литературных и научных сочинений. Гомилетические рассуждения основаны на получении заключений, опирающихся на нравственные посылки, связанные с текстом и его создателями. Рассмотрим герменевтические схемы рассуждений более подробно. Для герменевтики важно не только то, о чем говорится в тексте, но и какова его структура. Ниже приведены примеры анализа текстов с использованием герменевтической схемы.





I. В стихотворении Бальмонта есть следующие строки: "Все моря целовали его корабли.

Такая фраза неоднозначна, так как неясно, кто кого целует.

2. Рассмотрим фразу: "Мать любит дочь". Из данной фразы неясно, кто является объектом, а кто - субъектом ЛЮБВИ.

3. Рассмотрим фразу: "Он встретил ее на поляне с цветами". У этой фразы можно найти три смысла в зависимости от того, где были цветы: у него в руках, у нее в руках или росли на поляне.

Следует, однако, отметить, что когда человек читает такие тексты, у него обычно неоднозначности не возникает. Люди склонны считать, во—первых, что в предложении вначале упоминается субъект, а потом объект, на который направлено действие, во-вторых, что чем ближе друг к другу находятся слова в предложении, тем теснее связь между ними.

Логические примеры часто применяются в демагогии. При этом в демагогических рассуждениях, как правило, используется софистика, предназначенная дал доказательства заведомо ложных положений. Она основана на софизмах, представляющих собой умышленно ложные, двусмысленные умозаключения или доводы, извращающие факты и (или) интерпретирующие их в требуемом направлении. Ниже приведены примеры софистических рассуждений, 1. "Дикари украшают свое тело татуировкой. У одного продавца магазина имеется татуировка. Поэтому продавец магазина - дикарь". В данном примере используется рассуждение "от частного к частному", поэтому такие рассуждения верны только с некоторой степенью достоверности.

2. Существует предание, что Александрийскую библиотеку снес калиф Омар. Обосновал он это так: "Если ваши книги согласны с Кораном, то они излишни. Если они не согласны с Кораном, то они вредны. Но вредные и излишние книги следует уничтожить, значит, ваши книги надо уничтожить". В данном примере рассуждение является правильным, но неправильны посылки, и в итоге сделанное заключение является неверным.

Долгое время логическая наука развивалась как средство решения задач обоснования математики. Начиная с 60-х гг. нынешнего столетия, интенсивно начали развиваться разделы логики, ориентированные на глубокую теоретико-познавательную проблематику. Были созданы модальные, временные, доказумостные логики, логики с не всюду определенными функциями и предикатами.

Первоначально эти исследования были связаны с философской проблематикой, в частности, временную логику вначале планировалось использовать как вспомогательное средство для анализа античных философских текстов. В настоящее время в связи с бурным развитием информатики, программирования и исследованиями в области искусственного интеллекта значение логики существенно возросло, особенно в прикладном плане. Областями использования логики в настоящее время являются:

- проектирование цифровых схем;

- исследование семантики языков программирования;

- спецификация, верификация и синтез программ;

- спецификация и верификация параллельных процессов;

- создание логических языков программирования;

- системы искусственного интеллекта.

Вопросы и упражнения 1. Дайте определение логики и рассуждения.

2. Приведите примет:

а) дедуктивных рассуждений;

б) индуктивных рассуждений;

в) правдоподобных рассуждений, 3. Приведите примеры рассуждений, основанных на:

а) герменевтической схеме;

б) экзегетической схеме;

в) гомилетической схеме.

4. Дайте определение софизма.

5. Приведите примеры софистических рассуждений.

6. Укажите области применения логики на современном этапе развития науки и техники.

2. РЕШЕНИЕ ЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ НА ОСНОВЕ СИЛЛОГИСТИКИ АРИСТОТЕЛЯ Рассмотрим основные понятия и положения теории силлогистических выводов Аристотеля. Сущностью называется все то, о чем можно нечто утверждать. Сущности могут образовывать классы, представляющие собой совокупности, объединенные с помощью общего имени. Для обозначения классов сущностей будем использовать больше буквы латинского алфавита, а для обозначения конкретных сущностей - малые буквы, квантор "Всякий", поставленный рядом с именем класса, показывает, что в высказывании будет утверждаться то, что одновременно истинно для всех сущностей, входящих в этот класс. Квантор "некоторый", поставленный рядом с именем класса сущностей, показывает, что в высказывании будет утверждаться нечто относительно какого-либо подкласса сущностей, входящих в данный класс. С помощью кванторов строятся схемы базовых высказываний, используемые в силлогистике, а именно:

1. Всякий S есть Р 5. S есть Р 2. Всякий S не есть Р 6. S не есть Р 3. Некоторый S есть Р 7. a есть Р 4. Некоторый S не есть Р 8. a не есть Р где S - субъект высказывания, Р - предикат высказывания.

При этом S определяет сущности, о которых что-то утверждается в высказывании, в то время как Р определяет, что именно говорится. Связки "есть", "не есть" для высказываний 1...6 будем интерпретировать как отношения включения (не включения) множеств сущностей, а для высказываний 7 в 8 - как отношения принадлежности элемента множеству.

Графическая интерпретация схем базовых высказываний выполняется с использованием жергоновских отношений (рис.2.1). В приведенной ниже таблице установлено соответствие между схемами базовых высказываний и жергоновскими отношениями.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 19 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.