Организация знаний

Большая часть задач инженерии знаний включает получение знаний от экспертов в виде фактов и правил и преобразование этой информации в форму, которая может быть эффективно использована машинной программой. Рассмотрение экспертных знаний как обязательного элемента, определяющего успех функционирования экспертной системы, приводит к тому, что процесс приобретения и представления знаний становится решающим аспектом разработки этих систем.

Процесс создания, ведения и модификации баз знаний экспертных систем включает: определение состава представляемых знаний,организацию знаний, представление знаний, т.е. выбор или создание модели представления; использование модели представления знаний.

Определение состава представляемых знаний производится в зависимости от предметной области и структуры экспертной системы. Решая этот вопрос, необходимо учитывать тип решаемых задач, статический или динамический характер данных, а также такие параметры экспертных знаний, как точность, ошибочность, многозначность, полнота или неполнота знаний конкретной предметной области.

Зависимость состава знаний от структуры экспертной системы проявляется в необходимости знаний, определяющих функционирование системы: управляющие знания, т.е. знания о процессе решения задачи; знания о языке сообщения и способах организации диалога; знания о способах представления и модификации знаний, необходимых для реализации функции приобретения и обновления знаний экспертных систем; поддерживающие и управляющие знания, необходимые для подсистемы объяснения.

Знания о языке общения зависят от требуемого уровня понимания и определяются интерфейсом экспертной системы.

Пользователь, исходя из целей и круга решаемых задач, предъявляет свои требования к составу знаний. Определяются тип данных, предпочтительные способы и методы решений, ограничения на результаты и способы их получения, степень конкретности знаний о проблемной области.

Решение вопроса организации знаний в значительной степени зависит от выбранной модели представления знаний. С точки зрения организации знания целесообразно рассматривать по уровням представления и по уровням детальности.

База знаний экспертной системы может быть представлена как база фактов, база правил и база процедур. Это разбиение отражает различные уровни представления знаний.

Усложнение функциональных возможностей экспертной системы происходит за счет того, что она должна уметь не только использовать свои знания о проблемной области (объектный уровень знаний), но и обладает способностью исследовать их – экспертная система должна иметь знания о том, как представлены ее знания о проблемной области (метауровень знаний).

Метазнания (знания метауровня) не содержат ссылок к знаниям объектного уровня и не зависят от проблемной области. Основная цель организации метазнаний (многоуровневая организация знаний) заключается в следующем: разработка стратегий доказательств в ЭС; управление выводом результатов поиска решений; увеличение выразительной мощности языков представления знаний.

Использование метазнаний при разработке и выборе стратегий доказательств связано с возможностью определения на метауровне новых правил поиска результатов объектного уровня. Такие правила рассматриваются как высокоуровневый метод построения формальных доказательств, метазнания в виде стратегических метаправил используются для выбора релевантных правил, позволяют системе адаптироваться путем перестройки правил и функций объектного уровня, а также явно указать возможности и ограничения системы.

Область управления выводом является той областью, в которой использование метауровневых знаний получило наибольшее распространение, это связано с тем, что управление выводом можно считать частным случаем определения стратегий доказательств. Основная идея заключается в возможности определения как зависящих, так и не зависящих от проблемной области стратегий принятия решений с помощью знаний об управлении (эвристик). Выбранные стратегии позволяют сократить число вариантов поиска и тем самым увеличить его эффективность.

В области представления знаний наблюдается многообразие языков и формализмов, разработанных для конкретных потребностей представления. Комбинирование представления знаний на объектном уровне и метауровне оказалось очень полезным механизмом абстрагирования, благодаря которому решаются многие проблемы представления знаний, такие как знания системы о самой себе; знания об убеждениях, немонотонности; рассуждения при отсутствии явной информации; рассуждения, связанные с разными взглядами на объекты; взаимодействие между различными модулями знаний; взаимодействие между модулями знаний и пользователем.

Метазнания выполняют также ряд вспомогательных функций:

• обеспечение информацией архивного типа для работы стратегических метаправил;
• обоснование целесообразности применения правил для усиления способностей подсистемы объяснения;
• обнаружение ошибок в форме только что введенных правил, т.е. контроль при обновлении базы знаний;
• обнаружение синтаксических и семантических ошибок в правилах объектного уровня;
• упрощение ввода в систему новых знаний – фактов, правил, эвристик – посредством демонстрации структурных основ уже имеющихся знаний всех таких типов.

Распределение знаний по уровням представления обеспечивает расширение области применения ЭС, значительно улучшает качественный и количественный показатели системы.

Выделение уровней детальности позволяет рассматривать знания с различной степенью подробности. Количество уровней детальности определяется спецификой решаемых задач, объемом знаний и способом их представления. Введение нескольких уровней детальности обеспечивает дополнительную гибкость системы. Можно выделить три уровня детальности, отражающих общую организацию знаний, логическую организацию и физическую организацию отдельных структур знаний.

Вопрос организации знаний в базе знаний связан с проблемой доступа к знаниям, для того чтобы значительно ускорить процесс поиска решений, необходимо упорядочить и структурировать знания вокруг наиболее важных понятий предметной области.

Такой признак знаний, как связность, позволяет представлять знания, характеризующие конкретный объект, в виде отдельных блоков и устанавливать связи между элементами этого блока (внутренние связи) и связи между блоками (внешние связи).

Конкретная реализация базы знаний будет разобрана на примере системы Диэкс.