Znalostné systémy

Znalostné systémy

Riešenie úloh a využívanie znalostí

Ing. Július Štuller

Ústav informatiky AV ČR

23. februára 2006 Znalostné systémy 2

Príklad: „Lišiak“



1 2 3

4 5 6

7 8



1 2 3

8 4

7 6 5


Šachy


Šachy

Počiatočný stav Cieľový stav:

Výhra bieleho Výhra čierneho Remíza

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


Inteligentné systémy

Dôležitý rys:

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

a pracovať s ním.


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.


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.


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.


Cieľový stav

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

(~ podmienkami, ktoré má spĺňať … šachy)


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)


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)


Úloha

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

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


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


Riadiaca stratégia

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


Produkčný systém

Je definovaný: súborom produkčných pravidiel bázou dát riadiacou stratégiou

ktorá určuje, aké pravidlá sa majú aplikovať na bázu.


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)


BD

Môže byť vhodným spôsobom členená


Produkčné pravidlá

Tvar

situácia - > akcia

(Ak nastane v báze dát situácia S ,

vykonaj akciu A ) Produkčný systém pracuje v cykloch:

rozpoznaj situáciu - > vykonaj akciu


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 ).


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 … )


Riadiaci mechanizmus

Priamy režim = stratégia riadená dátami( data driven strategy )

Spätný = stratégia riadená cieľom( goal driven strategy… )

Je možná i ich kombinácia …





1 2 3

4 5 6

7 8



1 2 3

8 4

7 6 5



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



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


Šachy

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

väčší počet možných ťahov Podľa

dlhodobejšej koncepcie alebo stratégie hráča

Naviac:


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.


Zobecnenie

Úlohy Umelo vymyslené Presne formulovane Dobre štruktúrované

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


Nejednoznačnosť

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

Prípadne vhodného produkčného systému nie je jednoznačná úloha …


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)


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

Documents

Znalostné systémy