Znalostné systémy

Znalostné systémy

Riešenie úloh a využívanie znalostí

Ing. Július Štuller

Ústav informatiky AV ČR

23. februára 2006 Znalostné systémy 2

Príklad: „Lišiak“

23. februára 2006 Znalostné systémy 3

Príklad: „Lišiak“

1 2 3

4 5 6

7 8

23. februára 2006 Znalostné systémy 4

Príklad: „Lišiak“

1 2 3

8 4

7 6 5

23. februára 2006 Znalostné systémy 5

Šachy

23. februára 2006 Znalostné systémy 6

Šachy

Počiatočný stav Cieľový stav:

Výhra bieleho Výhra čierneho Remíza

(nie explicitne, ale tzv. cieľovou podmienkou) Okamžitý stav

23. februára 2006 Znalostné systémy 7

Inteligentné systémy

Dôležitý rys:

Schopnosť vytvárať si vnútorný (strojový) model prostredia (sveta)

a pracovať s ním.

23. februára 2006 Znalostné systémy 8

Systémy umelej inteligencie

Nech je daný počiatočný (východzí) model prostredia a požadovaný koncový model.

Úlohou systémov umelej inteligencie jehľadať vhodnú postupnosť akcií, pomocou ktorých je možné prejsť od počiatočného modelu k cieľovému.

Takúto postupnosť nazývame plánom.

23. februára 2006 Znalostné systémy 9

Metódy riešenia úloh

~ Metódy vytvárania plánov.

(Problem solving) Každému modelu odpovedá stav prostredia Množina všetkých stavov: stavový priestor Prechody medzi modelmi odpovedajú

prechodom medzi stavmi.

23. februára 2006 Znalostné systémy 10

Stavový priestor

Dá sa reprezentovať orientovaným grafom. Uzol reprezentuje stav Orientovaná hrana prechod medzi stavmi.

Riešenie úloh: nájdenie prijateľnej cesty v orientovanom grafe medzi uzlom počiatočného stavu a uzlom cieľového stavu

grafu stavového priestoru.

23. februára 2006 Znalostné systémy 11

Cieľový stav

môže ich byť obecne viac (šachy) nemusí byť popísaný explicitne

(~ podmienkami, ktoré má spĺňať … šachy)

23. februára 2006 Znalostné systémy 12

Precíznejšia formulácia

Označme S konečnú množinu stavov si

s0 počiatočný stav

O konečnú množinu operátorov oj

- reprezentujúcich prechody medzi stavmi s1 = o1 (s0)

s2 = o2 (s1)

sn = on (sn-1)

23. februára 2006 Znalostné systémy 13

Stavový priestor

(každý operátor je parciálnym zobrazením S do S :

oj : S -> S) Usporiadanú dvojicu (S, O) nazveme

stavový priestor a budeme značiť

S = (S, O)

23. februára 2006 Znalostné systémy 14

Úloha

Úloha U nad stavovým priestorom S je dvojica U = ( s0, C), kde

s0 je počiatočný stav C je množina cieľových stavov (C S)

23. februára 2006 Znalostné systémy 15

Plán pre danú úlohu

~ riešenie úlohy U Je postupnosť operátorov P = (o1, o2, …, on)

že k nej existujú stavy (s1, s2, …, sn) , také že s1 = o1 (s0)

s2 = o2 (s1) … sn = on (sn-1), sn C

23. februára 2006 Znalostné systémy 16

Riadiaca stratégia

Procesy tvorby plánov ( ~ riešenia úloh) podľa určitej stratégie realizujú sa pomocou algoritmov riešenia úloh

23. februára 2006 Znalostné systémy 17

Produkčný systém

Je definovaný: súborom produkčných pravidiel bázou dát riadiacou stratégiou

ktorá určuje, aké pravidlá sa majú aplikovať na bázu.

23. februára 2006 Znalostné systémy 18

Báza dát

Popisuje aktuálny stav riešenej úlohy

( model riešenej úlohy;

dáta o riešenej úlohe) časť baze dát ( BD ) môže byť trvalá

(trvalo platné skutočnosti) časť zachycovať aktuálne platné údaje v danom

okamihu činnosti produkčného systému

(pracovná pamäť)

23. februára 2006 Znalostné systémy 19

BD

Môže byť vhodným spôsobom členená

23. februára 2006 Znalostné systémy 20

Produkčné pravidlá

Tvar

situácia - > akcia

(Ak nastane v báze dát situácia S ,

vykonaj akciu A ) Produkčný systém pracuje v cykloch:

rozpoznaj situáciu - > vykonaj akciu

23. februára 2006 Znalostné systémy 21

Produkčné pravidlá

Cieľ akcie:

( ~ cieľ prevedenia určitého pravidla ) previesť operáciu nad BD a zmeniť obsah BD .

(Produkčné pravidlá odpovedajú operátorom oj môžu byť reprezentované

hranou grafu stavového priestoru ).

23. februára 2006 Znalostné systémy 22

Riadiaci mechanizmus

Určuje ako a v akom poradí použiť pravidlá na BD

Rozlišujeme: Priamy režim (od počiatočného stavu

k niektorému zo stavov cieľových) Spätný ( od cieľa/cieľov k počiatočnému … )

23. februára 2006 Znalostné systémy 23

Riadiaci mechanizmus

Priamy režim = stratégia riadená dátami( data driven strategy )

Spätný = stratégia riadená cieľom( goal driven strategy… )

Je možná i ich kombinácia …

23. februára 2006 Znalostné systémy 24

Príklad: „Lišiak“

23. februára 2006 Znalostné systémy 25

Príklad: „Lišiak“

1 2 3

4 5 6

7 8

23. februára 2006 Znalostné systémy 26

Príklad: „Lišiak“

1 2 3

8 4

7 6 5

23. februára 2006 Znalostné systémy 27

Príklad: „Lišiak“

Produkčné pravidlá:1. Cieľový stav -> STOP2. Prázdne pole nie je u horného okraja

-> pohni prázdnym polom smerom hore3. Prázdne pole nie je u pravého okraja

-> pohni prázdnym polom smerom doprava4. Prázdne pole nie je u dolného okraja

-> pohni prázdnym polom smerom dole5. Prázdne pole nie je u ľavého okraja

-> pohni prázdnym polom smerom doľava

23. februára 2006 Znalostné systémy 28

Príklad: „Lišiak“

Riadiaca stratégia: Skúšaj použiť pravidlá v danom poradí Nedovoľ cykly v použití pravidiel Zastav, ak je dosiahnutý cieľ.

23. februára 2006 Znalostné systémy 29

Šachy

Produkčné pravidlá: Pravidlá pre ťahy rôznymi figúrami V každom stave existuje obyčajne

väčší počet možných ťahov Podľa

dlhodobejšej koncepcie alebo stratégie hráča

Naviac:

23. februára 2006 Znalostné systémy 30

Šachy

V každom nepárnom ťahu sa hrá podľa stratégie bieleho hráča

V každom párnom podľa stratégie čierneho Každý z nich (pokiaľ nehrajú na remízu …) má

inú (disjunktnú) podmnožinu cielových stavov.

23. februára 2006 Znalostné systémy 31

Zobecnenie

Úlohy Umelo vymyslené Presne formulovane Dobre štruktúrované

(Obecne) Definovanie stavového priestoru, prípadne produkčného systému môže byť veľmi zložité … ( strojové NLP … )

23. februára 2006 Znalostné systémy 32

Nejednoznačnosť

Voľba elementov stavového priestoru: stavy prechody medzi nimi počiatočné stavy cieľové stavy

Prípadne vhodného produkčného systému nie je jednoznačná úloha …

23. februára 2006 Znalostné systémy 33

Kompromis

Obecne platí čím jednoduchšie stavy (štruktúra), tým zložitejšie ( ~ menej obecné) pravidlá

( ~ väčšie časové nároky na realizáciu prechodu medzi stavmi)

a naopak: čím obecnejšie pravidlá, tým väčšie množstvo stavov …

( ~ rozsiahlejší stavový priestor k prehľadávaniu)

23. februára 2006 Znalostné systémy 34

Nedeterminizmus

Riešenie úloh môže mať nedeterministický charakter,

pokiaľ nie je definované poradie pravidiel, ak ich je možné aplikovať viac v danom stave …

Konfliktná množina pravidiel