Логический подход к построению систем ИИ

Режим возвратов

Таблица решений, приведенная в Таблице 6.1, иллюстрирует так называемую безвозвратную процедуру. В этом случае на каждом шаге выбирается единственное решение — так, для слова РОЗА таким решением будет РОЗЫ, — проблема выбора решения не возникает. В общем случае неформальные процедуры являются многозначными, а правильность конкретного выбора, сделанного на некотором шаге, проверяется на следующих шагах. При этом используется так называемый режим возвратов.

1. МАТЬ 	——————> 	ЛЮБИТ 	——————> ?
         что делать?		  кого?

2. МАТЬ 	<—————— 	ЛЮБИТ 	<—————— ?
              кого?		    что делать?

Пусть предложение начинается со слов МАТЬ ЛЮБИТ ... . Проанализировав эти слова в первоначальном предположении именительного падежа для слова МАТЬ, система вправе построить структуру, представленную в случае 1). Если следующее слово после слова ЛЮБИТ представляет собой существительное в винительном падеже, например, вся фраза имеет вид МАТЬ ЛЮБИТ СЫНА, то эта структура является окончательной. Если же фраза имеет вид МАТЬ ЛЮБИТ СЫН, то возникает противоречие или, как говорят, сигнал неуспеха — очередное слово СЫН противоречит ожиданию прямого дополнения. В этом случае система должна вернуться на ближайший из предыдущих шагов, где можно принять другую альтернативу анализа. В данном примере это шаг анализа слова МАТЬ — система должна принять теперь альтернативу винительного падежа для этого слова. Далее будет построена структура, указанная в случае 2).

Тривиальность рассмотренного примера убеждает в необходимости режима возвратов при реализации неформальных процедур.

Логический вывод

Важность логического вывода становится очевидной уже при рассмотрении простейших информационно-логических процедур. Предположим, что некоторая база данных содержит сведения об отношениях " х — ОТЕЦ у " и " х — МАТЬ у ". Чтобы обработать запросы типа:

ИВАНОВ А.И. — ДЕД ПЕТРОВА В.А.?

ПЕТРОВ В.А. — ВНУК ИВАНОВА А.И.?

необходимо либо ввести в базу данных также и сведения об отношениях " х — ДЕД у " и " х — ВНУК у ", либо объяснить системе, как из отношений ОТЕЦ, МАТЬ извлечь искомую информацию. Реализация первой возможности связана с неограниченным ростом избыточности базы данных. Вторая возможность при традиционном алгоритмическом подходе требует написания все новых и новых программ для реализации новых типов запросов.

Логический вывод позволяет расширять возможности "общения" наиболее просто и наглядно. Так, для приведенных типов запросов системе достаточно будет сообщить три правила:

1. х —ДЕД у если х —ОТЕЦ а и а —РОДИТЕЛЬ у ;
2. х —РОДИТЕЛЬ у если х —ОТЕЦ у или х —МАТЬ у ;
3. х —ВНУК у если у —ДЕД х.

Эти правила содержат естественные и очевидные определения понятий ДЕД, РОДИТЕЛЬ, ВНУК. Поясним, в чем состоит логический вывод для запроса " А —ДЕД В?" в предположении, что в базе данных имеются факты: А —ОТЕЦ Б и Б —МАТЬ В. При этом для упрощения опустим тонкости, связанные с падежными окончаниями. Пользуясь определением 1, система придет к необходимости проверки существования такого индивидуума а, что факты А —ОТЕЦ а и а —РОДИТЕЛЬ В истинны. Если такой а существует, то А —ДЕД В, если не существует такого а, то А не является дедом В.

Зависимость продукций

Продукционные системы, содержащие аппарат логического вывода, отличает высокая степень общности правил обработки данных. Однако именно эта общность приводит к ухудшению динамических свойств соответствующих продукционных программ, к трудностям их модификации и развития. Чтобы понять, в чем тут причина, обратимся снова к Таблице 6. Пока эта таблица содержит несколько строк, не представляет особого труда установление правильного порядка их следования, но если учесть, что реальное количество продукций в подобных задачах исчисляется сотнями и более, трудоемкость их правильного взаимного расположения становится очевидной. Практически, при программировании неформальных "человеческих" процедур, подобные таблицы можно вручную создавать и сопровождать для нескольких десятков продукций, максимум — для 100-200. Продукции зависимы, и за правильное выявление этой зависимости отвечает программист. Новые продукции необходимо вручную вставлять на нужное место.

Мы могли бы использовать в таблице решений только конкретные факты, например правила ДОМ -> ДОМА, МАМА -> МАМЫ и т. д., и динамичность соответствующей таблицы решений была бы восстановлена — подобные правила можно было бы вводить в произвольном порядке! Однако цена подобной "динамичности" окажется непомерно высокой — полный отказ от обобщенных правил.

Желательно восстановить динамичность продукционно-логических систем, сохранив при этом в полном объеме возможность использования обобщенных правил. Продукционная система должна взять на себя функции распознавания и интерпретации приоритета продукций — программист должен только описывать ситуации и соответствующие им действия.

Продукционные системы с исключениями

Если отношение "правило—исключение" встроено в систему, она сама может понять, что преобразование ПАЛКА -> ПАЛКЫ неверно. При этом система должна руководствоваться простым принципом: если применимо исключение, общее правило запрещено. Соответствующие системы будем называть системами с исключениями.

Отношение "общее правило — исключение" безусловно полезно для понимания системой уместности правил. Можно сказать, что это отношение устанавливает автоматически (по умолчанию) наиболее типичное для неформальных процедур взаимодействие правил:

• исключение "вытесняет" общее правило;
• при пересечении разрешены оба правила.

Разумеется, возможны ситуации, когда необходимо поступать наоборот:

• исключение не запрещает общего правила;
• при пересечении одно из правил запрещено.

Пусть дано, например, общее правило и его исключение . Таким образом, для произвольного слова необходима реакция р₁. Для слова же, начинающегося с буквы А, исполняется реакция р₂ — по умолчанию для таких слов реакция р₁ незаконна.

Предположим, однако, что по условию конкретной задачи для слов, начинающихся с А, реакция р₁ также допустима. В этом случае введение нового правила снимает запрет на реакцию р₁ в ситуации Ах.

Аналогичный способ годится для пересечения правил.

Таким образом, аппарат исключений позволяет устанавливать произвольные способы взаимодействия правил, в том числе и отличные от взаимодействия по умолчанию.

При развитии продукционной системы с исключениями программист сосредотачивает свое внимание на выявлении новых правил и на обобщении уже имеющихся. Аппарат исключений освобождает программиста от решения трудоемких вопросов согласования правил — распознавание и интерпретация исключений осуществляется автоматически.