Рассмотрим более подробно работу управляющей компоненты. В ЭС используются нетрадиционные методы управления. Это вызвано неформализованностью решаемых ЭС задач. Неформализованную задачу можно характеризовать двумя величинами:  средним числом модулей, готовых к исполнению в текущий момент;  средней мощностью каждого модуля, готового к исполнению. Степень неформализованности задачи прямо пропорциональна среднему числу модулей, готовых в текущий момент к исполнению, и обратно пропорциональна средней мощности. Основное отличие управляющей компоненты ЭС от традиционных механизмов управления состоит в следующем:  отдельные модули вызываются не по имени, а по описанию ситуации;  способ взаимосвязи модулей формируется в процессе решения задачи, т.к. выбор очередного модуля зависит от текущей ситуации и не может быть сформирован заранее. Рассмотрим более подробно работу управляющей компоненты. В ЭС используются нетрадиционные методы управления. Это вызвано неформализованностью решаемых ЭС задач. Неформализованную задачу можно характеризовать двумя величинами:  средним числом модулей, готовых к исполнению в текущий момент;  средней мощностью каждого модуля, готового к исполнению. Степень неформализованности задачи прямо пропорциональна среднему числу модулей, готовых в текущий момент к исполнению, и обратно пропорциональна средней мощности. Основное отличие управляющей компоненты ЭС от традиционных механизмов управления состоит в следующем:  отдельные модули вызываются не по имени, а по описанию ситуации;  способ взаимосвязи модулей формируется в процессе решения задачи, т.к. выбор очередного модуля зависит от текущей ситуации и не может быть сформирован заранее.

Классическая схема управления ЭС

Управляющую компоненту ЭС часто наз. интерпретатором. Общая схема функционирования управляющей компоненты ЭС представлена на рис. 1 Рисунок 1 - Общая схема функционирования управляющей компоненты ЭС Управляющую компоненту ЭС часто наз. интерпретатором. Общая схема функционирования управляющей компоненты ЭС представлена на рис. 1 Рисунок 1 - Общая схема функционирования управляющей компоненты ЭС ИНТЕРПРЕТАТОР Память состояний Память состояний ДАННЫЕ Рабочая память (База данных) ДАННЫЕ Рабочая память (База данных) ОБРАЗЦЫ; МОДУЛИ База данных ОБРАЗЦЫ; МОДУЛИ База данных

Задача интерпретатора состоит в том, чтобы на основании текущего состояния рабочей памяти определить, какой модуль и с какими данными будет работать. По окончании работы текущего модуля интерпретатор проверяет условия окончания задачи, и если они не удовлетворены, то выполняется очередной цикл. Модули хранятся в базе знаний ЭС. Они обычно реализуются в виде программ или правил. Каждый модуль снабжается образцом, т.е. описанием, указывающим при выполнении каких условий этот модуль может приступить к работе. В общем случае работа интерпретатора в каждом цикле состоит в последовательном выполнении четырёх этапов: выборки, сопоставления, разрешения конфликтов, выполнения (действия) (рис.2). Задача интерпретатора состоит в том, чтобы на основании текущего состояния рабочей памяти определить, какой модуль и с какими данными будет работать. По окончании работы текущего модуля интерпретатор проверяет условия окончания задачи, и если они не удовлетворены, то выполняется очередной цикл. Модули хранятся в базе знаний ЭС. Они обычно реализуются в виде программ или правил. Каждый модуль снабжается образцом, т.е. описанием, указывающим при выполнении каких условий этот модуль может приступить к работе. В общем случае работа интерпретатора в каждом цикле состоит в последовательном выполнении четырёх этапов: выборки, сопоставления, разрешения конфликтов, выполнения (действия) (рис.2).

Рисунок 2 - Цикл работы интерпретатора Рабочая память Выполнение (модификация рабочей памяти) Выполнение (модификация рабочей памяти) Разрешение конфликтов Разрешение конфликтов Сопоставление Выборкам База знаний База знаний Активный набор данных и правил (модулей) Активный набор данных и правил (модулей) Конфликтный набор означенных модулей (правил) Конфликтный набор означенных модулей (правил) Выбранный означенный модуль (правило) Выбранный означенный модуль (правило)

На этапе выборки осуществляется определение подмножества элементов рабочей памяти и подмножества модулей базы знаний, которые могут быть использованы в текущем цикле. Иногда этап выборки делается один раз на несколько следующих друг за другом циклов. На этапе сопоставления определяется, какие активные модули (правила) и на каких активных данных готовы к работе. Модуль готов к работе, если среди активных данных есть данные, удовлетворяющие условиям этого модуля, указанным в его образце. На этапе разрешения конфликтов интерпретатор выбирает из конфликтного набора то означивание, которое будет выполняться в текущем цикле. На данном этапе интерпретатор оценивает означенные модули с точки зрения их полезности при достижении текущей цели. Подчеркивая этот факт, данный этап иногда называют этапом планирования. На этапе выполнения осуществляется исполнение модулей (правил), выбранных этапом разрешения конфликтов. В ходе этого этапа осуществляется модификация рабочей памяти, выполняются операции ввода-вывода и изменяется память состояний интерпретатора. На этапе выборки осуществляется определение подмножества элементов рабочей памяти и подмножества модулей базы знаний, которые могут быть использованы в текущем цикле. Иногда этап выборки делается один раз на несколько следующих друг за другом циклов. На этапе сопоставления определяется, какие активные модули (правила) и на каких активных данных готовы к работе. Модуль готов к работе, если среди активных данных есть данные, удовлетворяющие условиям этого модуля, указанным в его образце. На этапе разрешения конфликтов интерпретатор выбирает из конфликтного набора то означивание, которое будет выполняться в текущем цикле. На данном этапе интерпретатор оценивает означенные модули с точки зрения их полезности при достижении текущей цели. Подчеркивая этот факт, данный этап иногда называют этапом планирования. На этапе выполнения осуществляется исполнение модулей (правил), выбранных этапом разрешения конфликтов. В ходе этого этапа осуществляется модификация рабочей памяти, выполняются операции ввода-вывода и изменяется память состояний интерпретатора.

Стратегии как механизм управления

Стратегии рассматривают с трех точек зрения:  как средство разрешения конфликтов;  как способ представления метазнания;  как средство повышения эффективности метода, встроенного в интерпретатор. Первая точка зрения важна в тех случаях, когда размер конфликтного множества достаточно велик. Выбор очень сильно влияет на "интеллектуальность" системы. Во многих системах знания, на основе которых осуществляется указанный выбор, не являются явными. В первом приближении стратегией можно назвать знания о том, какой модуль следует выбрать при наличии нескольких модулей. Стратегии можно рассматривать как метазнания о том, как и когда использовать различные источники знаний объектного уровня. Метазнания могут выражать знания о разбиении задачи на подзадачи, знания о кооперации источников знания, знания о наличии различных стратегий поиска. Оно обеспечивает гибкое поведение системы. Наконец, стратегии традиционно рассматриваются как средство повышения эффективности некоторого общего метода. Таковы, например, стратегии, ограничивающие принцип резолюции. Стратегии рассматривают с трех точек зрения:  как средство разрешения конфликтов;  как способ представления метазнания;  как средство повышения эффективности метода, встроенного в интерпретатор. Первая точка зрения важна в тех случаях, когда размер конфликтного множества достаточно велик. Выбор очень сильно влияет на "интеллектуальность" системы. Во многих системах знания, на основе которых осуществляется указанный выбор, не являются явными. В первом приближении стратегией можно назвать знания о том, какой модуль следует выбрать при наличии нескольких модулей. Стратегии можно рассматривать как метазнания о том, как и когда использовать различные источники знаний объектного уровня. Метазнания могут выражать знания о разбиении задачи на подзадачи, знания о кооперации источников знания, знания о наличии различных стратегий поиска. Оно обеспечивает гибкое поведение системы. Наконец, стратегии традиционно рассматриваются как средство повышения эффективности некоторого общего метода. Таковы, например, стратегии, ограничивающие принцип резолюции.

Этап выборки

Этап выборки состоит в сокращении количества возможных путей поиска решения за счет того, что в каждом цикле работы интерпретатора рассматриваются не все, а только некоторая часть данных и модулей (правил), называемых активными данными и правилами. Рассмотрим следующие аспекты выборки:  вид объекта выборки;  тип выборки;  способ задания выбираемых объектов;  операция, выполняемая при выборке. На этапе выборки осуществляется отбор объектов следующих видов: данных, правил, метаданных и метаправил. Осуществляя выбор данных, система фокусирует свое внимание на целях (гипотезах), а осуществляя выбор правил, - на способах обработки данных. Выделяют два типа выборки: простую и иерархическую. Простая выборка характеризуется тем, что выбираемые сущности рассматриваются как сущности одного уровня. При иерархической выборке объекты (правила, данные) разбиваются на иерархические подмножества (классы). Выборка в данном случае состоит в использовании метаправила для выбора одного из классов. Этап выборки состоит в сокращении количества возможных путей поиска решения за счет того, что в каждом цикле работы интерпретатора рассматриваются не все, а только некоторая часть данных и модулей (правил), называемых активными данными и правилами. Рассмотрим следующие аспекты выборки:  вид объекта выборки;  тип выборки;  способ задания выбираемых объектов;  операция, выполняемая при выборке. На этапе выборки осуществляется отбор объектов следующих видов: данных, правил, метаданных и метаправил. Осуществляя выбор данных, система фокусирует свое внимание на целях (гипотезах), а осуществляя выбор правил, - на способах обработки данных. Выделяют два типа выборки: простую и иерархическую. Простая выборка характеризуется тем, что выбираемые сущности рассматриваются как сущности одного уровня. При иерархической выборке объекты (правила, данные) разбиваются на иерархические подмножества (классы). Выборка в данном случае состоит в использовании метаправила для выбора одного из классов.

Рассмотрим пример иерархической системы правил. Здесь метаправила проверяют условия X,Y и на основании их значений выбирают соответствующее подмножество правил (класс). Знак , стоящий перед некоторыми символами, означает утверждение об отсутствии этого символа в рабочей памяти. Метаправила P0:  X,Y -> P2  X,  Y -> P3 X->P1 Правила P1: C1,C2->A1 C2,C3->A2 P2: C3,C4->A3 C4,C5->A4 P3: C5,C6->A5 C6,C7->A6 Рассмотрим пример иерархической системы правил. Здесь метаправила проверяют условия X,Y и на основании их значений выбирают соответствующее подмножество правил (класс). Знак , стоящий перед некоторыми символами, означает утверждение об отсутствии этого символа в рабочей памяти. Метаправила P0:  X,Y -> P2  X,  Y -> P3 X->P1 Правила P1: C1,C2->A1 C2,C3->A2 P2: C3,C4->A3 C4,C5->A4 P3: C5,C6->A5 C6,C7->A6

Предполагается, что символы в условии правил связаны конъюнктивно. Объекты, подлежащие выборке на текущем цикле, задаются либо по имени, либо по описанию свойств. Операции, выполняемые на этапе выборки, характеризуются следующими аспектами:  способом задания операции (явный, неявный);  содержанием выполняемой операции. Явно заданная операция - это, например, метаправило, заданное в явной форме и упорядочивающее соответствующий список правил. Примером неявно заданной операции является образование и модификация в рабочей памяти системы MYСIN контекста, соответствующего некоторому объекту. На этапе выборки используются довольно простые операции: замена, добавление, устранение, упорядочивание множества активных объектов. Предполагается, что символы в условии правил связаны конъюнктивно. Объекты, подлежащие выборке на текущем цикле, задаются либо по имени, либо по описанию свойств. Операции, выполняемые на этапе выборки, характеризуются следующими аспектами:  способом задания операции (явный, неявный);  содержанием выполняемой операции. Явно заданная операция - это, например, метаправило, заданное в явной форме и упорядочивающее соответствующий список правил. Примером неявно заданной операции является образование и модификация в рабочей памяти системы MYСIN контекста, соответствующего некоторому объекту. На этапе выборки используются довольно простые операции: замена, добавление, устранение, упорядочивание множества активных объектов.

Этап сопоставления

Задача данного этапа состоит в том, чтобы сопоставить выбранное множество активных правил выбранному подмножеству элементов рабочей памяти и определить конфликтный набор правил, т.е. определить, какие правила и на каких данных удовлетворены. (Правило удовлетворено, если выполнены требования, указанные в условии правила). В связи с тем, что скорость работы является одной из главных проблем ЭС, необходимо обеспечить эффективность операции сопоставления. Наиболее общий подход к ускорению операции сопоставления состоит в комбинировании двух процессов: процесса индексирования и процесса интерпретации (выполнения) условий правил. Простейшая форма индексирования сотоит в том, что интерпретатор извлекает одну или более характеристик из каждого элемента рабочей памяти и использует их для того, чтобы выделить подмножество правил, условия которых могут быть удовлетворены. Затем интерпретатор исследует условия этих выделенных правил и определяет те их них, которые удовлетворяются. Задача данного этапа состоит в том, чтобы сопоставить выбранное множество активных правил выбранному подмножеству элементов рабочей памяти и определить конфликтный набор правил, т.е. определить, какие правила и на каких данных удовлетворены. (Правило удовлетворено, если выполнены требования, указанные в условии правила). В связи с тем, что скорость работы является одной из главных проблем ЭС, необходимо обеспечить эффективность операции сопоставления. Наиболее общий подход к ускорению операции сопоставления состоит в комбинировании двух процессов: процесса индексирования и процесса интерпретации (выполнения) условий правил. Простейшая форма индексирования сотоит в том, что интерпретатор извлекает одну или более характеристик из каждого элемента рабочей памяти и использует их для того, чтобы выделить подмножество правил, условия которых могут быть удовлетворены. Затем интерпретатор исследует условия этих выделенных правил и определяет те их них, которые удовлетворяются.

Далее, рассмотрим эффективный алгоритм (Rete) сопоставления, который можно характеризовать как индексирование, не требующее последующей интерпретации. Алгоритм Rete получает на вход информацию об изменении рабочей памяти и формирует те изменения, которые надо произвести над конфликтным набором. Описания изменений рабочей памяти, поступающие в Rete-алгоритм, наз. признаками. Задача алгоритма состоит в том, чтобы определить, какие правила будут удовлетворены поступившими на вход признаками. Простейшее решение - это сопоставление признаков со всеми правилами. При таком подходе будет много лишних просмотров. Для того, чтобы избежать лишних сопоставлений, образцы правил организуются в сетевую структуру, которая выполняет функции индексирования правил. В зависимости от результатов проверок характеристик элементов в вершинах дискриминационной сети признак, поступивший на вход сети, пройдет через сеть по тому или иному пути, и, как результат, сообщит, какие правила удовлетворяют этому признаку. Сеть составляется специальной программой на основе анализа условий правил, хранимых в рабочей памяти. Далее, рассмотрим эффективный алгоритм (Rete) сопоставления, который можно характеризовать как индексирование, не требующее последующей интерпретации. Алгоритм Rete получает на вход информацию об изменении рабочей памяти и формирует те изменения, которые надо произвести над конфликтным набором. Описания изменений рабочей памяти, поступающие в Rete-алгоритм, наз. признаками. Задача алгоритма состоит в том, чтобы определить, какие правила будут удовлетворены поступившими на вход признаками. Простейшее решение - это сопоставление признаков со всеми правилами. При таком подходе будет много лишних просмотров. Для того, чтобы избежать лишних сопоставлений, образцы правил организуются в сетевую структуру, которая выполняет функции индексирования правил. В зависимости от результатов проверок характеристик элементов в вершинах дискриминационной сети признак, поступивший на вход сети, пройдет через сеть по тому или иному пути, и, как результат, сообщит, какие правила удовлетворяют этому признаку. Сеть составляется специальной программой на основе анализа условий правил, хранимых в рабочей памяти.

Этапы разрешения конфликтов и выполнения Этапы разрешения конфликтов и выполнения

Рассмотрим стратегии разрешения конфликтов, которые широко используются в ЭС. Все стратегии используют один или несколько из следующих источников знаний: рабочая память; память правил; память состояний, поддерживаемая интерпретатором. Рабочая память хранит элементы данных и некоторую информацию о них (например, относительный возраст элементов). Память правил содержит правила и некоторую информацию о них (например, порядок, в котором правила введены в систему). Память состояний интерпретатора хранит историю работы, т.е. информацию об удовлетворенных правилах и о подмножестве данных. Выделим следующие классы стратегий:  стратегии упорядочивания правил;  стратегии специальных случаев;  стратегии возраста элементов;  стратегии различий;  случайные стратегии. Рассмотрим стратегии разрешения конфликтов, которые широко используются в ЭС. Все стратегии используют один или несколько из следующих источников знаний: рабочая память; память правил; память состояний, поддерживаемая интерпретатором. Рабочая память хранит элементы данных и некоторую информацию о них (например, относительный возраст элементов). Память правил содержит правила и некоторую информацию о них (например, порядок, в котором правила введены в систему). Память состояний интерпретатора хранит историю работы, т.е. информацию об удовлетворенных правилах и о подмножестве данных. Выделим следующие классы стратегий:  стратегии упорядочивания правил;  стратегии специальных случаев;  стратегии возраста элементов;  стратегии различий;  случайные стратегии.

Стратегии упорядочивания правил используют в качестве критерия для выбора означиваний из конфликтного набора приоритеты, приписанные правилам, т.е. источникам знаний для стратегий этого класса является память правил. Стратегии специальных случаев используют в качестве критериев выбора означиваний отношение "специальный случай". Источником знаний в стратегиях этого класса может быть память правил, рабочая память и оба эти источника одновременно. Стратегии возраста используют в качестве критерия выбора время нахождения элементов в рабочей памяти. Стратегии различий используют в качестве критериев выбора подобие (или отличие) означиваний из текущего конфликтного набора тем означиваниям, которые были выполнены в предыдущих циклах. Источником знаний в стратегиях этого класса - память состояний интерпретатора. Случайные стратегии являются нежелательными, но к ним приходится прибегать в тех случаях, когда после применения других стратегий не происходит выбора одного означивания. Стратегии упорядочивания правил используют в качестве критерия для выбора означиваний из конфликтного набора приоритеты, приписанные правилам, т.е. источникам знаний для стратегий этого класса является память правил. Стратегии специальных случаев используют в качестве критериев выбора означиваний отношение "специальный случай". Источником знаний в стратегиях этого класса может быть память правил, рабочая память и оба эти источника одновременно. Стратегии возраста используют в качестве критерия выбора время нахождения элементов в рабочей памяти. Стратегии различий используют в качестве критериев выбора подобие (или отличие) означиваний из текущего конфликтного набора тем означиваниям, которые были выполнены в предыдущих циклах. Источником знаний в стратегиях этого класса - память состояний интерпретатора. Случайные стратегии являются нежелательными, но к ним приходится прибегать в тех случаях, когда после применения других стратегий не происходит выбора одного означивания.