Продукционная модель

В моделях этого типа используются некоторые элементы логических и сетевых моделей. Из логических моделей заимствована идея правил вывода, которые здесь называются продукциями, а из сетевых моделей - описание знаний в виде семантической сети. В результате применения правил вывода к фрагментам сетевого описания происходит трансформация семантической сети за счет смены ее фрагментов, наращивания сети и исключения из нее ненужных фрагментов. Таким образом, в продукционных моделях процедурная информация явно выделена и описывается иными средствами, чем декларативная информация. Вместо логического вывода, характерного для логических моделей, в продукционных моделях появляется вывод на знаниях.

Продукции наряду с фреймами являются наиболее популярными средствами представления знаний. С одной стороны, они близки к логическим моделям, что позволяет организовывать на них эффективные процедуры вывода, а с другой стороны, более наглядно отражают знания, чем классические логические модели. В них отсутствуют жесткие ограничения, характерные для логических исчислений, что дает возможность изменять интерпретацию элементов продукции.

В общем виде под продукцией понимается выражение следующего вида:

(i); Q;P;AÞB;N, где i - имя продукции; Q - описание класса ситуаций, в которых данная продукция может использоваться; AÞ B – ядро продукции; Р - условие применимости ядра продукции; N описывает постусловия продукции.

С помощью имени продукция выделяется из всего множества продукций. В качестве имени может выступать некоторая лексема, отражающая суть данной продукции (например, "покупка книги"), или порядковый номер продукций в множестве, хранящемся в памяти системы. Элемент Q характеризует сферу применения продукции. Такие сферы легко выделяются в когнитивных структурах человека. Наши знания как бы "разложены по полочкам". На одной полочке хранятся знания о том, как надо готовить пищу, на другой как добраться до работы, и т.п. Разделение знаний на отдельные сферы позволяет экономить время на поиск нужных знаний.

Основным элементом продукции является ее ядро – именно оно является обязательным компонентом продукции. Интерпретация ядра может быть различной и зависит от того, что стоит слева и справа от знака секвенции Þ. Обычное прочтение ядра продукции выглядит так: ЕСЛИ А, ТО В. Более сложные конструкции ядра допускают в правой части альтернативный выбор, например, ЕСЛИ А, ТО В1, ИНАЧЕ В2. Секвенция может истолковываться в обычном логическом смысле как знак логического следования В из истинного А (если А не является истинным выражением, то о В ничего сказать нельзя). Возможны и другие интерпретации ядра продукции, например, А описывает некоторое условие, необходимое для того, чтобы можно было совершить действие В.

Ядра продукции можно классифицировать по различным основаниям. Прежде всего, все ядра делятся на два типа: детерминированные и недетерминированные. В детерминированных ядрах при актуализации ядра и при выполнимости А правая часть ядра выполняется обязательно; в недетерминированных ядрах В может выполняться и не выполняться. Таким образом, секвенция Þ в детерминированных ядрах реализуется с необходимостью, а в недетерминированных - с возможностью. Интерпретация ядра в этом случае может, например, выглядеть так: ЕСЛИ А, ТО ВОЗМОЖНО В. Возможность может определяться некоторыми оценками реализации ядра. Например, если задана вероятность выполнения В при актуализации А, то продукция может быть такой: ЕСЛИ А, ТО С ВЕРОЯТНОСТЬЮ р РЕАЛИЗОВАТЬ В. Оценка реализации ядра может быть лингвистической, связанной с понятием терм-множества лингвистической переменной, например: ЕСЛИ А, ТО С БОЛЬШЕЙ ДОЛЕЙ УВЕРЕННОСТИ В. Возможны иные способы реализации ядра. Детерминированные продукции могут быть однозначными и альтернативными. Во втором случае в правой части ядра указываются альтернативные возможности выбора, которые оцениваются специальными весами выбора. В качестве таких весов могут использоваться вероятностные оценки, лингвистические оценки, экспертные оценки и т.п. Особым типом являются прогнозирующие продукции, в которых описываются последствия, ожидаемые при актуализации А, например: ЕСЛИ А, ТО С ВЕРОЯТНОСТЬЮ р МОЖНО ОЖИДАТЬ В.

Условие применимости ядра продукции Р обычно представляет собой логическое выражение (как правило, предикат). Когда Р принимает значение "истина", ядро продукции активизируется. Если Р "ложно", то ядро продукции не может быть использовано.

Постусловия продукции, описываемые N, актуализируются только в том случае, если ядро продукции реализовалось. Они описывают действия и процедуры, которые необходимо выполнить после реализации В, причем эти действия могут относиться и к самой продукции - Р, A или В. Выполнение N может происходить сразу после реализации ядра продукции.

Если в памяти системы хранится некоторый набор продукций, то они образуют систему. Тогда должны быть заданы специальные процедуры управления продукциями, с помощью которых происходит их актуализация и выбор для выполнения той или иной продукции из числа актуализированных.

Построим продукционную модель, соответствующую задаче «Регулирование успеваемости по результатам сессии» (см. разделы 4.3.1, 4.3.2).

В качестве имени i продукции используем обобщенное обозначение выполняемого ею действия: перевод (в следующий семестр) без стипендии, перевод со стипендией, перевод с повышенной стипендией, отчисление. Поскольку ИТ в вузе может отражать разные стороны его деятельности, введем обозначение Q класса ситуаций, в которых данные продукции могут использоваться: Q = сессия. Условие применимости Р и постусловия N проигнорируем.

Ядра продукций представляют правила регулирования контингента студентов. Для их записи применим обозначения: ФИО – для представления студента, ОС_i – для оценки, С – для назначенной стипендии, С_Б – для базовой стипендии. Для простоты используем обычную интерпретацию детерминированного ядра: ЕСЛИ А, ТО В, где В – выполняемые действия: отчислить, перевести без стипендии, назначить стипендию, А – условия для выполнения этих действий:

(отчисление);сессия;; ФИО, ОС_i=2 Þ отчислить (ФИО);

(перевод без стипендии);сессия;; ФИО, ОС_i =3 Þ перевести без стипендии (ФИО);

(перевод со стипендией); сессия;; ФИО, ОС_i¹3, С=0 Þ назначить стипендию С=С_Б (ФИО);

(перевод с повышенной стипендией); сессия;; ФИО, ОС_i ¹4, С=С_Б Þ назначить стипендию С=С_Б+50%*С_Б (ФИО).

Последовательность данных продукций выстроена так, что каждая последующая использует результат применимости предыдущей (или одной из них). В этом проявляется управление выбором продукций из заданного множества при условии, что они просматриваются «сверху - вниз».