Продукционные модели

Продукции наряду с фреймами являются наиболее популярны­ми средствами представления знаний в системах, основанных на знаниях. Продукции, с одной стороны, близки к логическим моде­лям, что позволяет организовывать с ними более эффективные про­цедуры вывода, а с другой стороны, более наглядно отражают зна­ния, чем классические логические модели, поскольку в них отсутст­вуют жесткие ограничения, характерные для логических исчислений. В общем виде под продукцией понимается выражение вида

(i); Q; Р; А Þ В; N.

Здесь i - имя продукции, с помощью которого данная продук­ция выделяется из всего множества продукций.

Элемент Q характеризует сферу применения продукции. Такие сферы легко выделяются в когнитивных структурах человека. Наши знания как бы «разложены по полочкам», и такое разделение помо­гает экономить время на поиск нужных знаний. Такое же разделение на сферы в базе знаний целесообразно и при использовании для их представления продукционных моделей.

Основным элементом продукции является ее ядро: А Þ В. Ин­терпретация ядра продукции 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 В,, ИНАЧЕ В2. Секвенция может истолковы­ваться в обычном логическом смысле как знак логического следова­ния В из истинного. Возможны и другие интерпретации ядра про­дукции: А описывает некоторое условие, необходимое для того, что­бы можно было совершить действие В.

Элемент Р есть условие применимости ядра продукции. Обычно Р 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.

Элемент N описывает постусловия продукции. Они актуализи­руются только в том случае, если ядро продукции реализовалось. Постусловия продукции описывают действия и процедуры, которые необходимо выполнить после реализации В.

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

В ряде систем используются комбинации сетевых и продукци­онных моделей представления знаний. В таких моделях декларативные знания описываются в сетевом компоненте модели, а процедур­ные знания — в продукционном. В таком случае говорят о работе продукционной системы над семантической сетью.

Термин «продукция» принадлежит американскому логику Э.Посту и предложен им в 1943 г. В понимании Поста в качестве продукции выступала только та ее часть, которую теперь называ­ют ядром.

Иногда ядро продукции называют правилом. Вообще можно сказать, что правило есть частный случай продукции. В настоящее время системы продукций (правил) широко распространены в экс­пертных системах. С определенными допущениями можно признать тождественность данных понятий — «ПРОДУКЦИЯ — ПРАВИЛО»; «ПРОДУКЦИОННАЯ СИСТЕМА - СИСТЕМА, ОСНОВАННАЯ НА ПРАВИЛАХ».

Считается, что каждое правило (упрощенная продукция, импли­кация) состоит из двух частей АНТЕЦЕДЕНТНОГО УСЛОВИЯ и КОНСЕКВЕНТНОГО ПРЕДЛОЖЕНИЯ и может быть использовано в дедуктивном процессе рассуждений. Антецедент — первый член импликации, которому предпослано слово ЕСЛИ; консеквент - член импликации, вводимый в высказывание словом ТО; импликация — логическая операция, связывающая два высказывания (простых) в сложное с помощью логической связки, которой в обычном языке соответствует конструкция «ЕСЛИ..., ТО...».

Популярность продукционных моделей определяется несколь­кими факторами.

1. Подавляющая часть человеческих знаний может быть записа­на в виде продукций (правил).

2. Системы продукций являются модульными. За небольшим исключением удаление или добавление продукций (правил) не при­водит к изменениям в остальных продукциях (правилах).

3. Наличие в продукциях указателей на сферу применения про­дукции позволяет эффективно организовать память, сократив время поиска в ней необходимой информации.

4. При объединении систем продукций и сетевых представлений получаются средства, обладающие большой вычислительной мощ­ностью.

В то же время продукционные модели имеют ряд недостатков. По крайней мере два из них являются основными.

1. При большом числе продукций усложняется проверка непро­тиворечивости системы продукций. Это заставляет при добавлении новых продукций тратить много времени на проверку непротиворе­чивости новой системы.

2. Из-за присущей системе недетерминированности возникают принципиальные трудности при проверке корректности работы си­стемы.