Мовні засоби для подання знань в інтелектуалізованих системах

Загальна характеристика мов подання знань. Не вдаючись у специфіку окремих мовних засобів, відзначимо одну загальну особливість застосування їх у системах подання та використання знань. Ця особливість ілюструється місцезнаходженням мов подання знань у процесі розроблення систем ШІ (СШІ). Уявимо собі узагальнено три методи A, В та С, які застосовуються при розробленні прикладних СШІ (рис. 1.15).

Рис. 1.15. Місце мовних засобів у процедурах подання знань

У методі прямого розроблення А використовується універсальна мова програмування і передбачається спочатку створення механізму управління БЗ із наданням системі специфічних функцій конкретної проблемної галузі, тобто з реалізацією спеціалізованої СШІ. Цей метод потребує значного часу на його реалізацію.

Метод В ґрунтується на використанні мови подання знань або мови розроблення СШІ (зокрема, він застосовується при створенні СШІ на основі продукційних систем). Цей метод вирізняється простотою і за наявності оболонки (toy system) потребує на розроблення СШІ порівняно небагато часу. Проте метод В характеризується деякою невідповідністю методам подання знань і управління виведенням, внаслідок чого він не став універсальним.

Класичним методом із застосуванням мови подання знань є метод С. Фреймова МПЗ характеризується значною гнучкістю: вважається можливою комбінація декларативних і процедурних знань в одній одиниці подання знань — фреймі; можливими є ієрархічна побудова БЗ згідно зі ступенем абстракції поняття, а також реалізація будь-якої системи виведення з використанням об’єктивно-орієнтованого методу управління виведенням — обміну повідомленнями.

Однак при застосуванні фреймової моделі виникає ряд проблем. Насамперед треба відповідно до прикладної задачі побудувати модель СШІ з використанням багаторівневої ієрархічної структури. Другою не менш важливою проблемою, пов’язаною з приєднувальною процедурою, є вибір фреймової структури, оскільки мови цього рівня орієнтовані на фахівців (тобто є середовищем для досліджень і розробок у галузі ШІ та інженерії знань).

Інакше кажучи, мови фреймового типу мають характер універсальних мов програмування вищого рівня, ніж Лісп, Пролог. Системи ж обробки знань здебільшого бувають написані мовами ШІ типу Лісп Пролог або Пленер, і нерідко для того, щоб підвищити швидкість виконання програм і використовувати не найновіший комп’ютер, їх описують мовами Сі та ФОРТРАН. Отже, залишається суперечність між необхідним рівнем інтелекту для опису фреймової структури та прагненням обмежитись при цьому рамками простих методів подання знань.

Мовні засоби для розроблення експертних систем. Створення ЕС — складна та трудомістка процедура, причому обсяг витрачених зусиль суттєво залежить від уміння створювачів орієнтуватись у досить широкому на сьогодні арсеналі інструментальних засобів.

Як зазначалося (див. п. 1.9), програмні засоби розроблення та реалізації систем із ШІ можна поділити на дві групи: 1) процедурні мови, 2) декларативні мови. Всі без винятку мови, орієнтовані на традиційні ЕОМ, є мовами першої групи. А мови другої групи виникли у зв’язку з обробкою знань.

Перетворення мов — це не що інше, як переклад, і перекладач (у даному разі комп’ютер) має бути дуже добре обізнаним з обома мовами (або хоча б повинен розуміти їх). Мова, одержана як наслідок перетворення, є машино-орієнтованою мовою і тому з нею проблем не виникає, але є необхідність забезпечити можливість обробки ЕОМ ще однієї мови, а саме тієї, яку людина використовує для опису задач. Для цього вводиться нова машино-орієнтована мова, що відрізняється семантикою від традиційних таких мов. При цьому необхідно, щоб машина розуміла зовнішнє подання проблеми (зовнішню мову), яке використовується людиною (на рис. 1.15 нова машино-орієнтована мова позначена блоком В і є мовою опису знань).

Для зручності висловлювання мова (блок A), що є мовою, якою людина (перебуваючи поза комп’ютером) описує знання та проблему для комп’ютера, називається зовнішньою; мова подання знань (блок В) — проміжною, а процедурна мова (блок С), здобута при перетворенні проміжної мови для наступного оброблення на ЕОМ, — внутрішньою.

Процедурні мови відображають мовний напрям розвитку сучасних ЕОМ; вони дають змогу описувати алгоритми за допомогою процедур, а потім — зміст проблеми. В цих мовах відсутня безпосередня відповідність між об’єктами, які описуються процедурами, та концепціями реального світу. Крім того, є посилання на те, що відповідність між об’єктами та явищами реального світу і процедурним описом їх не має зв’язку із семантикою самої мови. Приймається, що опис відповідності реального світу та світу комп’ютера беззастережно встановлюється людиною.

Семантика декларативних мов визначається шляхом установлення відповідності концептів описуваного світу або ж їх взаємозв’язків при описі на мовному рівні. Типовою декларативною мовою є природна мова. Декларативними також вважаються мови ШІ кількох типів, наприклад СС.

Для того щоб чіткіше уявити перетворення різних мов та особливості, якими супроводжуються такі перетворення, можна ввести поняття рівнів подання інформації. Рівнем тут вважається логічний рівень подання інформації, який семантично еквівалентний рівню в ієрархії високорівневих мов. Однак відстань між рівнями, про які тут говориться, більша, ніж у високорівневих мовах.

Окрім того, що рівень є логічним поняттям подання інформації, він відповідає певним апаратним засобам, які потрібні для його реалізації. Наприклад, сучасні ЕОМ з архітектурою Тьюринга фон Неймана мають щонайменше чотири рівні, які відповідно називаються «висловлювання — бітовий рівень», «знакова інформація — регістровий рівень», «одиничні дії — рівень команд», «процедурне подання — рівень програми».

Кожний рівень описується парою «логічне подання інформації — внутрішньо-машинне подання». На всіх рівнях реалізується міжрівневий механізм, який перетворює інформацію більш високого рівня в інформацію нижчого рівня. Як правило, чим вищий рівень подання, тим ясніше людина розуміє його інформацію, а чим нижчий рівень, тим легшою є її обробка ЕОМ. Таким чином, рівень, на якому можлива взаємодія людини та машини, залежить від проектування механізму перетворення відповідного рівня в подання нижчого рівня.

Декларативне подання утворює ще один, зовсім відмінний від розглянутих рівень. По-перше, воно ґрунтується на методах символьної обробки інформації; по-друге, остання подається через одержаний дедуктивно опис проблеми; по-третє, подання знань і виведення повністю розміщується на цьому рівні і вважається, що на ньому зосереджена вся обробка інформації. Але в системах з такою простою структурою неможливо виконувати алгебраїчні операції над дійсними числами та операції булівої алгебри, і тому їх важко суміщувати зі звичайними ЕОМ.

Для усунення зазначеного недоліку експертні системи слід комбінувати зі структурами, в яких рівень подання знань накладається на програмний рівень. Така структура використовується в нових механізмах перетворення інформації, розроблених з метою зниження рівня подання знань процедурного їх подання.

Сучасні мови подання знань можна зарахувати до найнижчого підрівня декларативного рівня, тобто сподівання на те, що в недалекому майбутньому з’являться мови більш високого рівня, цілком обґрунтоване. Для вибору найбільш придатної мови спочатку треба з’ясувати умови, яким повинна відповідати декларативна мова. Щоб забезпечити можливості ієрархічного подання знань на кожному з рівнів, насамперед необхідно створити механізм їх обробки, який перетворює верхнє подання знань у наступне, причому цей механізм повинен бути побудований на основі інформації та механізму обробки знань нижнього рівня, з яким межує цей рівень.

Як уже згадувалося, системи з ШІ є деяким програмним комплексом або технічним засобом (наприклад, таким є інтелектуальний робот, у якого апаратно «зашито» програму), що дає змогу розв’язувати виробничі задачі на рівні людини-оператора (експерта). Але очевидно, що будь-яку програму можна написати машино-орієнтованою мовою або універсальною мовою високого рівня (ПЛ/1, СІ, БЕЙСІК, Алгол, Ада, ФОРТРАН, Паскаль тощо).

При цьому постає цілком слушне запитання: навіщо розглядати спеціалізовані засоби, для вивчення яких потрібен певний час, якщо універсальною мовою високого рівня володіє практично будь-який програміст? Відповідь на це запитання дає практика: процес програмування системи з ШІ на спеціалізованих засобах (мовах високого рівня) потребує в два-три рази менше часу, ніж на універсальних. Однак завжди слід пам’ятати, що параметри ефективності (обсяг пам’яті та швидкодія) систем із ШІ, реалізованих на основі спеціалізованих засобів, здебільшого нижчі, ніж при реалізації цих систем машинною мовою (асемблером).

Сьогодні багато фахівців погоджуються, що об’єднання засобів ШІ з традиційними засобами обчислювальної техніки є ключем до успішного розроблення застосувань ЕС. Для цього необхідно, щоб ЕС без зайвих ускладнень можна було зв’язувати в одне ціле з прикладними програмами, що виконуються на універсальних ЕОМ і високопродуктивних персональних комп’ютерах.