Варшава

сын_отец. Рис. 1.18

боре аргументов. Эта информация порождает структурный уровень фс-сети.

Элементами носителя могут быть числа, сгрокн и структуры, построенные на их основе. Так, интерпретация может быть сопоставлена с классом ЧИСЛО — целые положительные числа, классам МАРКА-МАШИНЫ-~ множество соответ­ствующих наименований, а в некоторых случаях и с классом ЧЕЛОВЕК — (чел 1, чел 2,..., чел 10), если в описываемой предметной области наполнение этого класса зафиксировано.

Фс-сеть объединяет в себе возможности функциональной и семантической сетей. В ней выделяется три типа вершин: объекты, функции и отношения. Дуги отражают связи функций и отношений с их аргументами.

Каждая объектная вершина, как и библиотека понятий, имеет два уровня представления: декларативный и интерпретационный. На первом с ней связы­вается сорт (возможно, несколько) и имя, на втором — значение данного объ­екта или множество возможных значений. Например, вершина, соответствующая числу g (#<=ЧИСЛО) или цвету М (ЛГеЦВЕТ), кроме своего имени н указания сорта может содержать значение (g=4; Af««красный») или множество воз­можных значений (££={3, 7, 8, 15, 40}, Ме={«зеленый», «светло-голубой», «бе­лый»).

Предполагается, что БФС изначально содержит определение сорта МНО­ЖЕСТВО, семантика которого считается встроенной. Тем самым объектная вер­шина может представлять как единичный объект, так и множество объектов.

Функциональные вершины, а также отношения, имеющие интерпретацию, в рамках фс-сети обладают собсгвенной активностью. Отношения и функции, имеющие интерпретацию, пытаются вычислить или скорректировать значения своих аргументов подобно тому, как это происходит в обобщенных вычисли­тельных моделях [Нариньянн, 1986а, б]. Функции независимо от наличия интер­претации стремятся «склеить» объектные вершины, соответствующие их резуль­татам, при условии тождественности аргументов. Такие локальные процессы кор­рекция активируются при всяком изменении объектных вершин (в частности, при появлении новых) и исполняются вплоть до полной стабилизации фс-сети.

Продемонстрируем процесс коррекции фс-сети на примере простой ситуации:

«Поль с 15 по 25 мая был в Варшаве.

Дональд— сын Поля в мае выступал на одном из заседаний семинара.

Вскоре после своего выступления он передал материалы отцу».

Ее несколько стализованное изображение в виде фс-сети представлено на рис. 1.18, где использована дополнительная информация о том, что семинары

в мае проводились по следующим числам: 4, 13,!5, 24, 27. Такое состояние фс-сети вызовет следующие процессы коррекции:

вершины й(и a-i склеятся;

отношение раньше (t₃, ti) сформирует значение /₃ — <?, 14>;

отношение раньше (t₂, 1з) скорректирует значения обеих переменных сле­дующим образом: ^₃ = <5, 14>, ^е{4, 13}.

Наряду с перечисленными средствами допускается структуризация фс-сети, т. е. выделение фрагментов (подсетей), которые рассматриваются как самостоя­тельные вершины класса ПОДСЕТЬ. Различаются открытые и закрытые подсети. В первом случае наполнение подсети считается включенным в объемлющую под­сеть и доступно наравне с остальными ее элементами, во втором — содержащая­ся в подсети информация считается изолированной и добраться до нее можно только через обращение к соответствующей подсети.

Открытые сети могут использоваться для отображения сообщений типа: «содержание указа гласило...», «в газете сообщалось, что...> или для проблемной структуризации фс-сети. Закрытые сети удобны при введении альтернативных фактов или отображении сообщений, достоверность которых вызывает сомнения, например, таких, как «Мэри считает, что...», «ей приснилось, что...» и т. п.

Система продукций в БФС вводится как некоторое расширение продукци­онного языка, реализованного в составе технологического комплекса для разра­ботки семантических процессоров [Нариньяни, 19866]. Наряду со средствами ди­намического управления исполнением продукций, заимствованными из упомя­нутого языка, в БФС существует возможность активации продукций из фс-сети. Это обеспечивается следующим образом. Со всякой объектной вершиной фс-сетя (в частности, подсетью) может быть связана продукция или множество продук­ций, которые активируются при изменении данной вершины. Таким образом, например, можно осуществлять локализацию исполнения группы продукций (их привязку к конкретному фрагменту фс-сети).

Существуют некоторые отличия от традиционного (§ 1.4) исполнения от­дельной продукции. Продемонстрируем это на примере продукции, отражающей свойство отношения порядка между точками на прямой (х_и х₂, х₃, х₄ —точки, R — функция расстояния):

(*i<*2<*₄) (*1<*з<#*) (R(xi_t Xi)<R{x_u x₂)+R(X3, X4))=>x₃<x₂,

В терминах БФС данное утверждение будет выглядеть следующим об­разом:

(*i, Хг, Х$, *₄€=ТОЧКА) (х_х<Х₂) (Хг<Х_л) (XiKXs)

() (R(_lt х₂)) (</₂=#(*з, х_л)) (y₃=R(x_u х₄)))

где у_и у-2, уз, //₄<=ЧИСЛО.

Пусть с классом ЧИСЛО, функцией «+» и отношением «<», определенными над числами, соотнесена интерпретация, а ТОЧКА и функция расстояния R ин­терпретации не имеют. При этом левую часть продукции можно разбить на две части:

декларативную: /><*=(*,, х₂, х₃, *₄б= ТОЧКА) {х_х<х₂ (х₂<х₃) (х_х<хз)

(<) (/?(!, X»)) (y2 R()) (

интерпретируемую: P_int = (yi=yi+y₂) (Уз<У<).

Проверка условий выполнимости данной продукции будет включать два этапа (результаты поиска объединяются): обычный поиск по образцу для всей левой части продукции и частичный поиск, состоящий в поиске образца Ра и вычислении /\п*.

L-язык и ленема

L-язык как бы надстраивается на БФС за счет ввода терминальных выра­жений и специальных конструкций, обеспечивающих компактное и удобное пред­ставление знаний. Специфической единицей Л-языка является ленема. С первого

взгляда она напоминает фрейм, однако сходство это чисто внешнее. Ленема предназначена для структурного комплексного описания понятий предметной области. При «трансляции» выражений L-языка в БФС она трансформируется в множество определений библиотеки понятий и группу продукций.

В £-языке выделяется три типа ленем: для описания функций, отношений и классов объектов, незначительно отличающихся друг от Друга составом и семантикой своих полей. Наиболее богата по содержанию объектная ленема (или о-ленема), которая включает следующие компоненты (поля): имя, иерар­хический контекст, определитель, отрицательный определитель, интерпретацию, оболочку, функциональную схему оболочки, модель.

Описание конкретного класса объектов не обязательно включает полный набор полей, любое из них может отсутствовать (конечно, с учетом взаимообус­ловленности их компонентов). Рассмотрим поля более подробно.

Поле имя вводит обозначение описываемого класса и переменную, исполь­зуемую в остальных полях как произвольный элемент данного класса, например:

имя: ЧИСЛО х\ имя: КНИГА у.

Поле иерархический контекст содержит перечень понятий, являющихся более общими и (или) более частными по отношению к данному, например:

иер-контекст:

родители ДОМАШНЕЕ ЖИВОТНОЕ, ПЛОТОЯДНОЕ;

дети ДВОРНЯГА, СЛУЖЕБНАЯ, ОХОТНИЧЬЯ, ДЕКОРАТИВНАЯ;

Существует возможность помечать полные альтернативно-исключающие раз­биения класса.

Поле определитель включает достаточные условия принадлежности элемен­тов классу и (или) его точное определение. В рамках данного поля можно ис­пользовать определения трех типов:

предикатно-сужающее — накладывает ограничения на класс или множество классов, например, ленема, описывающая класс РЕБЕНОК, может содержать определение

п-опред: ЧЕЛОВЕК х\ возраста {х)<\2 лет; интерпретируемое следующим образом:

(лг«=ЧЕЛОВЕК)&(возраста (*)<12 лет)=^хе=РЕБЕНОК;

предикатно-конструирующее — описывает вводимых данной ленемой, например:

(х_и х₂, х₃)),

к-опред: (xi, x₂, x₃*=TO4KA)&P_l(x_ti x», x₃)

где Р\ — предикат «не лежат на одной прямой», х — переменная из поля имя данной ленемы, описывающей класс ТРЕУГ —- треугольник);

конструктивное — задает способ построения описываемого класса, например:

опред: <ЧИСЛО х, ЧИСЛО у> (х<у),

данная запись описывает сорт, элементами носителя которого являются пары упорядоченных чисел.

Поле отрицательный определитель содержит условия непринадлежности объ­ектов данному классу. Например, для класса СОБАКА

не-опред: (хеДОМАШНЕЕ ЖИВОТНОЕ) Амяукает (х).

В частности, это поле может использоваться для вывода «от противного».

Поле интерпретация вводит носитель (множество значений) описываемого сорта.

Поле оболочка является аналогом системы слотов во фрейме. Оболочка вы­деляет семантическую окрестность (когнитивное пространство) объекта и пред­ставляет синтаксические возможности для прямого доступа к своим элементам.

В /.-языке допускаются элементы оболочки (их также именуют слотами), порождаемые унарными функциями, бинарными и тренарными отношениями: (предикатами), соответственно выделяется три типа слотов: функциональные, предикатные и параметрические. Функциональный слот соответствует унарной функции, определенной на описываемом классе. Например: год рождения чело­века, стоимость вещи, название книги и т. п.

В общем случае значением предикатного слота является корректируемое множество объектов. Его описание наряду с указанием имени и сортности вклю­чает функцию его коррекции. В качестве примера таких слотов можно указать: сторона-треугольника (значение—множество из трех отрезков), последнее-место-работы (значение меняется при поступлении новой, более свежей информации).

Параметрические слоты индуцируются тернарными отношениями. При этом один из аргументов должен принадлежать описываемому классу, второй выде­ляется как параметр и выносится в заголовок поля оболочка, третий выступает в качестве слота. Примерами таких слотов служат: возраст, дети, должность, вес, рост человека, где в роли параметра выступает время. Вообще говоря, с объектом может связываться несколько оболочек, соответствующих различ­ным сферам (подмоделям) знаний, выделяемым в предметной области. Напри­мер, с понятием ЧЕЛОВЕК могут быть связаны оболочки, соответствующие следующим «граням» данного понятия; физиология, психология, профессиональ­ная деятельность, этические и (или) моральные «свойства характера», бытовое поведение и т. п.

Функциональная схема оболочки задает условия однозначности определения объекта описываемого класса и (или) значений его слотов. Модель оболочки — это совокупность отношений и продукций, связывающих элементы оболочки. Модель отражает внутренние свойства описываемого понятия и при переходе к БФС трансформируется в фрагмент системы продукций. Модель оболочки и ее функциональная схема соотносятся не столько с классом, сколько с припи­сываемой ему оболочкой.

Семаатику двух последних полей продемонстрируем на примере описания понятия ЙНТервал (отрезок прямой) — основное понятие формальной модели времени, реализация которой была осуществлена в рамках экспертной системы ВРЕМЯ-1 [Kandrashina, 1985]:

имя: ИНТ / оболочка:

начало; ТОЧКА х

конец; ТОЧКА у

длина; ЧИСЛО g /-схема:

х, У, х, g; у, g-+t g=K{x,y)

Данная ленема вводит класс объектов ЙНТервал, а также три функции: начало, конец, длина, определенных на этом классе. В функциональной схеме (/-схеме) указано, что значения любой пары слотов однозначно определяют интервал. Наполнение модели эквивалентно утверждению:

/<=ИНТ=>-(начало (х)<конец (у)) (длина (/) =/?(начало (t), (конец (t)). Ленемы, задающие схемы описания функций и отношений, имеют практически тот же набор полей, лишь немного модифицируется их семантика.

Описанный подход к представлению и обработке знаний имеет три особен­ности: 1) двухуровневость рассматриваемого ЯПЗ (L-язык— для пользователя, БФС — для разработчика ядра интеллектуальной системы); 2) объединение трех существующих в настоящее время парадигм представления знаний по крайней мере на пользовательском уровне; 3) введение в ЯПЗ (в образе ленемы) средств поддержки некоторой методологии описания предметной области. По изобрази­тельным возможностям ленемы превосходят такие устоявшиеся традиционные средства представления знаний, как семантическая сеть, фрейм, система продук-

пни, функциональная сеть. Конечно, всегда найдутся понятия, для которых дан­ные средства будут неудобны либо неприемлемы. В частности, понятия, в опи­сании которых существенную роль играет внутренняя динамика (традиционно для их спецификации используются сценарии).

Гл ава 2