14. 3.    Правила типа "если-то" для представления знаний

"Если-то"-правила обычно оказываются весьма естественным выразительным средством представления знаний. Кроме того, они обладают следующими привлекательными свойствами:

• Модульность:   каждое правило описывает небольшой, относительно независимый фрагмент знаний.
• Возможность инкрементного наращивания:    добавление новых правил в базу знаний происходит относительно независимо от других правил.
• Удобство модификации (как следствие модульности):   старые правила можно изменять и заменять на новые относительно независимо от других правил.
• Применение правил способствует прозрачности системы.

    (2)        Вопросы типа "почему":   Почему вас интересует эта информация?

Механизмы, основанные на "если-то"-правилах, для формирования ответов на подобные вопросы мы обсудим позже.

если
    1        тип инфекции - это первичная бактериемия и
    2        материал для посева был отобран стерильно, и
    3         предполагаемые ворота инфекции - желудочно- кишечный тракт

то
            имеются веские аргументы  (0.7)  за то,
            что инфекционный агент является бактерией

Рис. 14. 2.   "Если-то"-правило медицинской консультативной системы
MYCIN (Shortliffe, 1976). Параметр  0.7  показывает степень доверия
этому правилу.

        если     условие    А    то     заключение    В    с уверенностью    F

Рис.  14.2,  14.3  и  14.4  дают представление о разнообразии способов, которыми знания могут быть выражены при помощи "если-то"-правил. На этих рисунках приведены примеры правил из трех различных систем, основанных на знаниях: медицинской консультативной системы MYCIN, системы AL/X для диагностики неисправностей в оборудовании и системы AL3 для решения шахматных задач.

Правила, содержащиеся в базе знаний, имеют вид

        ИмяПравила  :   если  Условие  то  Заключение

где    Заключение    -     это простое утверждение, а

если
        давление в v-01 достигло уровня открытия
        выпускного клапана
то
        выпускной клапан в v-01 открылся
        [N=0.005, S=400]
если
        давление в v-01 не достигло уровня открытия
        выпускного клапана и выпускной клапан в v-01
        открылся
то
        преждевременное открытие выпускного клапана
        (сместилась установка порогового давления)
        [N=0.001, S=2000]

Рис. 14. 3.  Два правила из демонстрационной базы знаний системы
AL/X для диагностики неисправностей (Reiter 1980).    N   и   S   - 
величины "необходимости" и "достаточности", детально описанные
в разд. 14.7. Величина   S   указывает степень, с которой условие
влечет за собой заключение (вывод). Величина    N   указывает, до
какой степени истинность условия необходима для того, чтобы
заключение было истинным.

если
    1        существует гипотеза  H,  что план  Р   ведет к
              успеху, и
    2        существуют две гипотезы
              H1,   что план  Р1  опровергает план  Р,   и
              Н2,   что план  Р2  опровергает план  Р,   и
    3        имеют место факты:        гипотеза  H1   ложна и
                                                        гипотеза   Н2  ложна
то
    1        породить гипотезу  Н3,  что составной план  "Р1
              или Р2"  опровергает план  Р,  и
    2        породить факт: из   Н3  следует  не( Н)

Рис. 14. 4.  Правило уточнения плана из системы  AL3
для решения шахматных задач  (Bratko  1982).

Условие - это набор простых утверждений, соединенных между собой операторами  и  и  или.   Мы также разрешим в части условия использовать оператор  не,  хотя и с некоторыми оговорками. При надлежащем прологовском определении этих операторов (как это сделано на рис. 14.5) правила станут синтаксически верными предложениями Пролога. Заметим, что оператор  и  связывает операнды сильнее, чем  или,  что соответствует обычным соглашениям.

% Небольшая база знаний для идентификации животных

:- ор( 100, xfx, [имеет, 'кормит детенышей',
                                'не может', ест, откладывает, это]).

:- ор( 100, xf, [плавает, летает, хорошо]).

прав1:        если
                        Животное имеет шерсть
                        или
                        Животное 'кормит детенышей' молоком
                   то
                        Животное это млекопитающее.
прав2:        если
                        Животное имеет перья
                        или
                        Животное летает и
                        Животное откладывает яйца
                   то
                        Животное это птица.
прав3:        если
                        Животное это млекопитающее и
                        ( Животное ест мясо
                        или
                        Животное имеет 'острые зубы' и
                        Животное имеет когти и
                        Животное имеет
                            'глаза, направленные вперед' )
                   то
                        Животное это хищник.
прав4:        если
                        Животное это хищник и
                        Животное имеет
                                'рыжевато-коричневый цвет' и
                        Животное имеет 'темные пятна'
                   то
                        Животное это гепард.
прав5:        если
                        Животное это хищник и
                        Животное имеет
                                'рыжевато-коричневый цвет' и
                        Животное имеет 'черные полосы'
                   то
                        Животное это тигр,
прав6:        если
                        Животное это птица и
                        Животное 'не может' летать и
                        Животное плавает
                   то
                        Животное это пингвин,
прав7:        если
                        Животное это птица и
                        Животное летает хорошо
                   то
                        Животное это альбатрос.

факт:  X это животное :-
        принадлежит( X, [гепард, тигр, пингвин, альбатрос]).

можно_спросить( _ 'кормит детенышей'_,
        'Животное' 'кормит детенышей' 'Чем').

можно_спросить( _ летает, 'Животное' летает).

можно_спросить( _ откладывает яйца,
        'Животное' откладывает яйца).

можно_спросить( _ ест _, 'Животное' ест 'Что').

можно_спросить( _ имеет _,'Животное' имеет 'Нечто').

можно_спросить( _ 'не может' _,
        'Животное' 'не может' 'Что делать').

можно_спросить( _ плавает, 'Животное' плавает).

можно_спросить( _ летает хорошо,
        'Животное' летает хорошо).

Рис. 14. 5.  Простая база знаний для идентификации животных.
Заимствовано из Winston (1984). Отношение "можно_спросить"
определяет вопросы, которые можно задавать пользователю.
Операторы  если,  то,  и,   или  определены на рис. 14.10.

Рассмотрим еще одну небольшую базу знаний, которая может помочь локализовать неисправности в простой электрической схеме, состоящей из электрических приборов и предохранителей. Электрическая схема показана на рис. 14.6. Вот одно из возможных правил:

        если
                лампа1 включена  и
                лампа1 не работает  и
                предохранитель1 заведомо цел
        то
                лампа1 заведомо неисправна.

Вот другой пример правила:

        если
                радиатор работает
        то
                предохранитель1 заведомо цел.

Эти два правила опираются на некоторые факты (относящиеся к нашей конкретной схеме), а именно что лампа1 соединена с предохранитель1 и что лампа1 и радиатор имеют общий предохранитель. Для другой схемы нам понадобится еще один набор правил. Поэтому было бы лучше сформулировать правила в более общем виде (используя прологовские переменные) так, чтобы они были применимы к любой схеме, а затем уже дополнять их информацией о конкретной схеме. Например, вот одно из полезных правил: если прибор включен, но не работает, а соответствующий предохранитель цел, то прибор неисправен. На наш

Рис. 14. 6.  Соединения между предохранителями и приборами в
простой электрической схеме.

формальный язык это транслируется так:

правило_поломки:
                        если
                                Прибор включен и
                                не (Прибор работает) и
                                Прибор соединен с Предохранитель и
                                Предохранитель заведомо цел
                        то
                                Прибор заведомо неисправен.

База знаний такого рода показана на рис. 14. 7.

Упражнения

14. 1.    Рассмотрите "если-то"-правила рис. 14.2-14.4 и транслируйте их в нашу систему обозначений для правил. Предложите расширение нотации, чтобы, при необходимости, можно было работать с оценками уверенности.

% Небольшая база знаний для локализации неисправностей в
% электрической схеме

% Если прибор включен, но не работает, и предохранитель цел,
% то прибор неисправен.

        правило_поломки:
                                        если
                                                вкл( Прибор) и
                                                прибор( Прибор) и
                                                не работает( Прибор) и
                                                соед( Прибор, Предохр) и
                                                доказано( цел( Предохр) )
                                        то
                                                доказано( неиспр( Прибор) ).

% Если устройство работает, то его предохранитель цел

        правило_цел_предохр:
                                        если
                                                соед( Прибор, Предохр)
                                                и работает( Прибор)
                                        то
                                                доказано( цел( Предохр) ).

% Если два различных прибора подключены к одному и тому же
% предохранителю, оба включены и не работают, то предохранитель
% сгорел.
% ЗАМЕЧАНИЕ: предполагается, что из двух приборов неисправных -
% не более одного!

            правило_предохр:
                                        если
                                                соед( Прибор1, Предохр) и
                                                вкл( Прибор1) и
                                                не работает( Прибор1) и
                                                общ_предохр( Прибор2, Прибор1) и
                                                вкл( Прибор2) и
                                                не работает( Прибор2)
                                        то
                                                доказано( сгорел( Предохр) ).

        правило_общ_предохр:
                                        если
                                                соед( Прибор1, Предохр) и
                                                соед( Прибор2, Предохр) и
                                                различны( Прибор1, Прибор2)
                                        то
                                                общ_предохр( Прибор1, Прибор2).

        факт:  различны( X, Y) :- not (X=Y).

        факт:  прибор( радиатор).
        факт:  прибор( лампа1).
        факт:  прибор( лампа2).
        факт:  прибор( лампа3).
        факт:  прибор( лампа4).

        факт:  соед( лампа1, предохр1).
        факт:  соед( лампа2, предохр1).
        факт:  соед( радиатор, предохр1).
        факт:  соед( лампа3, предохр2).
        факт:  соед( лампа4, предохр2).

        можно_спросить( вкл( П), вкл( 'Прибор') ).

        можно_спросить( работает( П), работает(' Прибор')).

Рис. 14. 7.  База знаний для локализации неисправностей
в схеме, показанной на рис. 14.6.

14. 2.    Придумайте какую-нибудь задачу принятия решений и сформулируйте соответствующие знания в форме "если-то"-правил. Можете рассмотреть, например, планирование отпуска, предсказание погоды, простой медицинский диагноз и лечение и т.п.