Znalostné systémy

Znalostné systémy Riešenie úloh a využívanie znalostí Ing. Július Štuller Ústav informatiky AV ČR

Príklad: „Lišiak“ Znalostné systémy

Šachy Znalostné systémy

Šachy • Počiatočný stav • Cieľový stav: • Výhra bieleho • Výhra čierneho • Remíza (nie explicitne, ale tzv. cieľovou podmienkou) • Okamžitý stav Znalostné systémy

Inteligentné systémy • Dôležitý rys: Schopnosť vytvárať si vnútorný (strojový) model prostredia (sveta) a pracovať s ním. Znalostné systémy

Systémy umelej inteligencie • Nech je daný • počiatočný (východzí) model prostredia a • požadovaný koncový model. • Úlohou systémov umelej inteligencie je hľadaťvhodnú postupnosť akcií, pomocou ktorých je možné prejsť od počiatočného modelu k cieľovému. • Takúto postupnosť nazývame plánom. Znalostné systémy

Metódy riešenia úloh ~ Metódy vytvárania plánov. (Problem solving) • Každému modelu odpovedá stav prostredia • Množina všetkých stavov: stavový priestor • Prechodymedzi modelmi odpovedajú prechodom medzi stavmi. Znalostné systémy

Stavový priestor Dá sa reprezentovať orientovaným grafom. • Uzol reprezentuje stav • Orientovaná hranaprechod medzi stavmi. • Riešenie úloh: nájdenie • prijateľnejcesty v orientovanom grafe • medzi uzlom počiatočného stavu a • uzlom cieľového stavu grafu stavového priestoru. Znalostné systémy

Cieľový stav • môže ich byť obecneviac (šachy) • nemusí byť popísaný explicitne (~ podmienkami, ktoré má spĺňať … šachy) Znalostné systémy

Precíznejšia formulácia Označme • Skonečnú 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) Znalostné systémy

Stavový priestor (každý operátor je parciálnym zobrazením S do S: oj : S -> S) • Usporiadanú dvojicu (S, O) nazveme stavový priestora budeme značiť S = (S, O) Znalostné systémy

Úloha Úloha U nad stavovým priestorom S jedvojica U = ( s0, C),kde • s0je počiatočný stav • C je množina cieľovýchstavov (CS) Znalostné systémy

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 Znalostné systémy

Riadiaca stratégia Procesy tvorby plánov ( ~ riešenia úloh) • podľa určitej stratégie • realizujú sa pomocou algoritmov riešenia úloh Znalostné systémy

Produkčný systém Je definovaný: • súborom produkčných pravidiel • bázou dát • riadiacou stratégiou ktorá určuje, aké pravidlá sa majú aplikovať na bázu. Znalostné systémy

Báza dát Popisujeaktuálny stav riešenej úlohy (modelriešenej úlohy; dáta o riešenej úlohe) • časťbaze dát (BD) môže byť trvalá (trvalo platné skutočnosti) • časťzachycovať aktuálne platné údajev danom okamihu činnosti produkčného systému (pracovná pamäť) Znalostné systémy

BD • Môže byť vhodným spôsobom členená Znalostné systémy

Produkčné pravidlá • Tvar situácia -> akcia (Ak nastanev báze dát situáciaS, vykonajakciu A) • Produkčný systém pracuje v cykloch: rozpoznajsituáciu -> vykonajakciu Znalostné systémy

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). Znalostné systémy

Riadiaci mechanizmus Určuje • akoa • v akom poradípoužiťpravidlá na BD Rozlišujeme: • Priamy režim(od počiatočného stavuk niektorému zo stavov cieľových) • Spätný(od cieľa/cieľovk počiatočnému …) Znalostné systémy

Riadiaci mechanizmus • Priamy režim= stratégia riadená dátami (data driven strategy) • Spätný= stratégia riadená cieľom (goal driven strategy…) Je možná i ich kombinácia … Znalostné systémy

Príklad: „Lišiak“ Znalostné systémy

Príklad: „Lišiak“ Produkčné pravidlá: • Cieľový stav -> STOP • Prázdne pole nie je u horného okraja -> pohniprázdnym polomsmerom hore • Prázdne pole nie je u pravého okraja -> pohniprázdnym polomsmerom doprava • Prázdne pole nie je u dolného okraja -> pohniprázdnym polomsmerom dole • Prázdne pole nie je u ľavéhookraja -> pohniprázdnym polomsmerom doľava Znalostné systémy

Príklad: „Lišiak“ • Riadiaca stratégia: • Skúšaj použiť pravidlá v danom poradí • Nedovoľcykly v použití pravidiel • Zastav, ak je dosiahnutý cieľ. Znalostné systémy

Šachy • Produkčné pravidlá: • Pravidlápre ťahy rôznymi figúrami • V každom stave existuje obyčajne väčší počet možných ťahov • Podľa • dlhodobejšej koncepcie alebo • stratégie hráča • Naviac: Znalostné systémy

Šachy • V každom nepárnomťahu sa hrá podľa stratégie bielehohráča • V každom párnompodľa stratégie čierneho • Každý z nich (pokiaľ nehrajú na remízu …) má inú (disjunktnú) podmnožinucielových stavov. Znalostné systémy

Zobecnenie • Úlohy • Umelo vymyslené • Presne formulovane • Dobre štruktúrované • (Obecne) Definovanie • stavového priestoru, prípadne • produkčného systému môže byť veľmi zložité … ( strojové NLP … ) Znalostné systémy

Nejednoznačnosť • Voľbaelementov stavového priestoru: • stavy • prechody medzi nimi • počiatočné stavy • cieľové stavy • Prípadne vhodnéhoprodukčného systémunie je jednoznačná úloha … Znalostné systémy

Kompromis Obecne platí • čím jednoduchšiestavy (štruktúra), • tým zložitejšie ( ~ menej obecné) pravidlá ( ~ väčšie časové nároky na realizáciu prechodu medzi stavmi) a naopak: • čím obecnejšiepravidlá, • tým väčšie množstvostavov … ( ~ rozsiahlejšístavový priestor k prehľadávaniu) Znalostné systémy

Nedeterminizmus • Riešenie úloh môže mať nedeterministickýcharakter, pokiaľ nie je definované poradie pravidiel, ak ich je možné aplikovať viac v danom stave … • Konfliktná množina pravidiel Znalostné systémy

Znalostné systémy