Интеллектуальные системы управления

вопросы и распределение времени:
Вступление..............................................................................................5 мин.
1. Обобщенная типология знаний………….......................................30 мин.
2.

Виды работ со знаниями.................................................................. 40 мин.
Выводы и ответы на вопросы.................................................................5 мин.

сложных корабельных систем.-Л.:Судостроение, 1986.-232с.
2. В. Б. Кудрявцев. Введение в теорию

интеллектуальных систем: Учеб. пособие/МаксПресс – М., 2006. – 210 с.
3. Л. С. Болотова. Системы искусственного интеллекта. Теоретические основы и формальные модели представления знаний: Учеб. пособие/ МИРЭА.– М., 2001. – 78 с.
4. Гаврилова Т.А., Хорошевский В.Ф. Базы знаний интеллектуальных систем. – СПб: Питер, 2001.– 384 с.
5. П. Джексон. Введение в экспертные системы.- М.: Изд-во Вильямс, 2001.- 624 с.

классифицированы по таким признакам, как глубина, степень определенности, этимология (источник

происхождения).

Поверхностные знания

Глубинные знания

Поверхностные знания основаны на частных результатах или опытах, они свидетельствуют о видимых (лежащих на поверхности) взаимосвязях между сущностями предметной области. Они не обязательно подтверждаются строгой теорией и, как правило, носят субъективный характер

Глубинные знания основаны на общепризнанной теории и строгой аксиоматике, отображающих структуру и природу сущностей ПО и закономерности их связей. Как правило, глубинные знания носят характер абстракций, аналогий, схем и обобщений, фундаментальных законов и объективных закономерностей. Они более устойчивы, чем поверхностные.

Степень отображения сущностных (глубинных)
аспектов объекта знания

Поверхностные знания

Степень отображения сущностных (глубинных)
аспектов объекта знания

Глубинные знания

Поверхностные знания

Степень отображения сущностных (глубинных)
аспектов объекта знания

Глубинные знания

Поверхностные знания

Степень отображения сущностных (глубинных)
аспектов объекта знания

Глубинные знания

Поверхностные знания

Степень отображения сущностных (глубинных)
аспектов объекта знания

знания дают однозначные ответы на вопросы, которые могут возникнуть по

поводу свойств сущностей ПО и характера отношений между ними.

Расплывчатые знания на эти же вопросы дают, как правило, вариантные или неопределенные ответы.

«Мягкие» (расплывчатые)

«Жесткие» (определенные)

Степень определенности знаний

«Мягкие» (расплывчатые)

«Жесткие» (определенные)

Степень определенности знаний

«Мягкие» (расплывчатые)

«Жесткие» (определенные)

Степень определенности знаний

«Мягкие» (расплывчатые)

«Жесткие» (определенные)

«Мягкие» (расплывчатые)

«Жесткие» (определенные)

«Мягкие» (расплывчатые)

«Жесткие» (определенные)

«Мягкие» (расплывчатые)

«Жесткие» (определенные)

«Мягкие» (расплывчатые)

«Жесткие» (определенные)

«Мягкие» (расплывчатые)

«Жесткие» (определенные)

«Мягкие» (расплывчатые)

«Жесткие» (определенные)

«Мягкие» (расплывчатые)

«Жесткие» (определенные)

«Мягкие» (расплывчатые)

«Жесткие» (определенные)

«Мягкие» (расплывчатые)

«Жесткие» (определенные)

«Мягкие» (расплывчатые)

«Жесткие» (определенные)

сущностей ПО и отношения между ними через описания базовых понятий

конкретной ПО. Такие описания должны отражать понятийную часть каждого базового понятия (описание его структуры и описание структур или свойств его компонент), а также операционную часть - зависимость между компонентами базового понятия.

Экспертные знания основаны на знаниях высококвалифицированного специалиста в конкретной предметной области, они часто носят характер оригинальных и субъективных.

По этимологии (источнику происхождения)

экспертные

к возникновению или генерации новых знаний.
Знания, возникающие на
основе

ассоциаций
или аналогий
с уже известными
знаниями (примерами)

По побудительному мотиву

Знания, возникающие на
основе применения
каких-то правил
преобразования
или применения уже
известных знаний.

новой профессии - инженер по знаниям. Эта профессия в аспекте

процесса проектирования и особенно создания ИС является ключевой.

Часто в отечественной литературе, посвященной вопросам создания баз знаний ИС, вместо термина «инженер по знаниям» используется термин «инженер-когнитолог» или просто «когнитолог». С английского языка cognition переводится как «знание, познание». Главным качествами когнитоолога являются высокая и разносторонняя образованность в конкретной предметной области, способность к аналитической деятельности, умение рационально мыслить, точно и кратко выражать свои мысли, умение слушать и вести беседу, общительность, умение расположить к себе собеседника, обладание развитыми навыками психолога.

знаниями

Извлечение знаний

Приобретение знаний
Формирование знаний
Извлечение знаний. Этим термином принято называть процесс

взаимодействия когнитолога с источником знаний - экспертом или базами данных и базами знаний, реализованными в виде книг или иных носителей информации. В результате этого процесса становятся явными ход рассуждений специалиста, раскрывающий рекомендуемый им вариант решения какой-либо задачи, и структура его представлений о предметной области.

экспертами, а текстологические - на работу с текстами или иными

носителями информации и знаний.

Активные методы предполагают высокую активность когнитолога, который умело поставленными вопросами и иными действиями способствует взаимопониманию с экспертом и обеспечивает эффективное решение главной задачи - получение полных и точных ответов на поставленные вопросы.

Методы извлечения знаний

Коммуникативные

Текстологические

Активные методы

Пассивные методы

Групповые

Индивидуальные

Активные методы

Групповые

Активные методы

Индивидуальные

Групповые

Активные методы

Коммуникативные

Текстологические

Коммуникативные

Текстологические

Коммуникативные

Методы извлечения знаний

Текстологические

Коммуникативные

может избрать групповой или индивидуальный метод работы с экспертами.
К

групповым методам относятся метод «мозгового штурма», метод «круглого стола» и метод «ролевой игры».

Индивидуальные методы более разнообразны и могут быть реализованы в виде анкетирования, интервьюирования, диалога, экспертной игры и пр.

Активные методы

Активные методы

Индивидуальные

Групповые

Индивидуальные

Групповые

Индивидуальные

Активные методы

Групповые

Индивидуальные

роль в процессе извлечения знаний отводится эксперту, а когнитолог только

регистрирует рассуждения эксперта.

При пассивном извлечении знаний когнитологу не доступна реакция источника знаний на его действия или вопросы - здесь его возможности ограничены такими методами, как наблюдение, протоколирование высказанных вслух мыслей и конспектирование выступлений или лекций.

методам относятся анализ учебной литературы, анализ научной литературы, анализ документов

и источников, выпускаемых средствами массовой информации.

представляет собой процесс взаимодействия эксперта с программной системой (ПС), входящей

в состав БЗ.

ПС автоматически или полуавтоматически выполняет процедуры сбора, интерпретации, систематизации, сортировки, форматирования и других видов обработки знаний, источником которых является эксперт.
Процесс этот интерактивный, поскольку он связан не только с вводом знаний в БЗ, но и с их уточнением и расширением.

Главное свойство таких программных систем заключается в том, что они осуществляют фактически некоторую предварительную структуризацию знаний.

сущностей ПО и отношениях между ними иногда называют концептуальной моделью

ПО или полем знаний.

Эта модель в терминах теории множеств может быть задана кортежем К - конечным (счетным) множеством, состоящим из трех конечных множеств X, Y, M:

К={Х, У, М},

символом X обозначено множество структур исходных знаний, вводимых в БЗ экспертом, символом Y - множество структур знаний, являющихся результатом интерактивного процесса интерпретации и обработки соответствующих структур знаний исходного множества X, а символом M - множество операционных процедур, с помощью которых структуры знаний множества X преобразуются в структуры знаний множества Y.

ПО. На основании операционной модели ПО содержание каждой структуры множества

Х превращается в соответствующую структуру множества Y.

В свою очередь, операционная модель ПО (множество М) может быть представлена объединением множеств Z и G:

М={Z, G},

где множество G - это структурированное описание ПО с ее сущностями, их свойствами и отношениями между сущностями, а Z - множество знаний эксперта, совокупность которых позволяет обобщить (объединить) некоторые сущности ПО по их специфическим признакам в концепты, устанавливающие отношения между этими сущностями.

знания о ней) может быть сильно, средне или слабо структурированным.

Степень структурированности
описания ПО

Сильная

Средняя

Слабая

Развитый
математический аппарат

Четкая аксиоматика

Устоявшаяся
терминология

Логичная классификация
понятий

Явные взаимосвязи

Недостаточно
Развиты
теоретические
основы

Не установившаяся
понятийно-
терминологическая
компонента

Предположения и
гипотезы

Определения и
понятия
не устоявшиеся

объективной (G) и субъективной (Z) компонент может быть различным.
Модели

ПО производственно-технической направленности, развивающиеся в течение длительного времени, характеризуются значительным превосходством объективной компоненты знаний над мнением отдельного эксперта.

В то же время, в операционных моделях ПО гуманитарной направленности (например, в психологии, философии, истории, юриспруденции и пр.) очень часто больший вес имеют субъективные знания экспертов.

ответственный. На основании практического опыта создания баз знаний различной направленности

он может быть представлен следующими шестью этапами.

Этап 1 - постановочный - состоит в определении направленности структурного преобразования и систематизации знаний, представленных экспертом (множество Х), в состояние, характеризуемое множеством структур Y. На этом этапе когнитолог обязан качественно или количественно оценить, в какой мере намеченное преобразование будет соответствовать классу задач, которые предстоит решать с применением создаваемой ИС.

Этап 2 - создание терминологической основы структурируемой базы знаний. На этом этапе осуществляется смысловой и текстуальный анализ всех намечаемых сеансов получения знаний от эксперта. Результатом этапа является составление словаря (D) терминов (значимых слов и словосочетаний), обозначающих понятия, явления, процессы, признаки и т.п. в описаниях целей и процедур запланированных сеансов извлечения знаний. Такой словарь должен быть хорошо продуман и не допускать многозначности или неопределенности терминов.

понятиями и оформление этих связей в виде сети ассоциаций. На

этом этапе происходит установление только факта наличия ассоциативной связи между понятиями, но смысловой характер связи и даже ее содержательное определение остаются не установленными. Сеть ассоциативных связей может иметь вид неориентированного или слабо ориентированного графа.

понятий. Ассоциативные связи, установленные на предыдущем этапе, позволяют когнитологу построить

модель иерархии понятий - то есть определить, какие из них характеризуются наибольшим числом ассоциаций с другими, и таким образом выделить разные уровни «ассоциативной активности» понятий. Анализ этой модели позволит уточнить иерархию понятий и выявить метапонятия (базовые понятия), через которые могут быть определены другие понятия.

Построение иерархической структуры понятий предметной области (иногда ее называют деревом понятий) способствует углубленному пониманию уровней абстракции понятий и существенным образом материализует (конкретизирует смысловые аспекты) ассоциативные связи между ними. В результате образуется как бы пирамида знаний, структура (число уровней иерархии и общее число понятий) которой зависит как от природы ПО, так и от профессионализма эксперта и когнитолога.

построенной пирамиды знаний. Выявление характера, а также количественных или иных

метрик отношений между понятиями должно быть выполнено как в пределах одного уровня иерархии, так и в межуровневом аспекте. На этом этапе происходит канонизация названий всех выявленных на предыдущих этапах ассоциативных связей между понятиями, и формулируются предикаты бинарных отношений (парадигматических, синтагматических, причинно-следственных, лингвистических и пр.) между ними.

Этап 6 - определение операционной модели ПО, то есть множества М. Напомним, что это множество представляет собой набор цепочек логических рассуждений и правил, на основании которых все понятия и отношения между ними в сформированной концептуальной модели К будут связаны в единую динамичную систему знаний.

Именно эти цепочки (последовательности) рассуждений и правил придают знаниям динамичность и активность в процессе преобразования на пути перехода от множества Х к множеству Y.

модель (поле знаний) ПО будет включать:
терминологию понятий;
перечень понятий

и их атрибутов (свойств и отношений между понятиями),
систему иерархии понятий,
описания исходных знаний,
описания структурированных и систематизированных знаний и набор решающих правил, обеспечивающих необходимые преобразования исходных знаний.

Существуют различные системы интерактивного приобретения знаний (ИПЗ).

Системы ИПЗ

По области
применения

По характеру
приобретаемых знаний

По методам и способам
приобретения знаний

Системы ИПЗ

По области
применения

По характеру
приобретаемых знаний

По методам и способам
приобретения знаний

способам
приобретения знаний
Системы ИПЗ,
использующие
метод
интервьюирования
эксперта
ИПЗ для решения

задач анализа знаний

ИПЗ для решения
комбинированных
задач

ИПЗ для решения
задач анализа знаний

ИПЗ для решения
комбинированных
задач

ИПЗ для решения
задач анализа знаний

ИПЗ для решения
комбинированных
задач

По области
применения ИПЗ

ИПЗ для решения
задач анализа знаний

ИПЗ для решения
комбинированных
задач

ИПЗ для решения
задач синтеза знаний

Системы ИПЗ,
ориентированные
на работу только
с когнитологом

Системы ИПЗ,
ориентированные
на работу одним
экспертом

Системы ИПЗ,
ориентированные
на работу с
группой экспертов

задач анализа знаний
ИПЗ для решения
задач анализа знаний
ИПЗ для решения

задач анализа знаний

По характеру
приобретаемых знаний

Системы ИПЗ для приобретения
стратегических (комплексных,
фундаментальных, системных)
знаний

Системы ИПЗ для приобретения
тактических знаний
(правил, понятий,
отношений, связей и т.п.).

на работу с источниками знаний (ИЗ), существенно зависит от особенностей

каждого ИЗ.

Если ИЗ - эксперт, то имеют значение его психофизические качества и профессиональная концепция в данной предметной области. Многое зависит от того, как происходит формирование поля знаний каждого ИЗ, участвующего в создании БЗ.

То есть эксперт принимает непосредственное участие в построении субъективного семантического пространства (СП).

Под субъективным семантическим пространством ИЗ понимается структурированная система признаков, используемая экспертом для представления (описания) предметной области.

факторного, кластерного анализа, многомерного шкалирования и пр.).
Построение объективного СП

позволяет сформировать концептуальные категории (концепты) более высоких уровней абстракции.

Семантическое пространство

Построение объективного СП позволяет сгруппировать отдельные признаки (свойства) сущностей ПО и отношения между ними в более емкие категории (правила, аксиомы, классификации, закономерности, законы) и факторы.

являются эксперты, обычно содержит три последовательных шага.
Семантическое пространство
Шаг первый -

выбор и применение метода оценки семантического сходства понятий. Этот шаг предполагает проведение эксперимента, в котором каждому эксперту предлагается оценить общность предъявленных понятий по некой условной шкале.

Шаг второй - на основе полученной на первом шаге матрицы сходства определяется структура СП для всей группы экспертов. При этом за счет обобщения сходных по смыслу понятий в один класс происходит, как правило, уменьшение числа используемых понятий.

Шаг третий - интерпретация обобщенных понятий, выделенных на втором шаге. Она заключается в выборе (назначении) смысловых эквивалентов (имен или идентификаторов) для обобщенных понятий. Эффективность этой процедуры зависит от таланта, эрудиции и лингвистического чутья экспертов и когнитолога.