Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана

 

 

 

 

 

 

Утверждаю:	_____________________
	"___"_____________2006  г.

 

 

 

 

 

 

Отчёт по лабораторной работе №3

по дисциплине Интеллектуальные системы

"Разработка базы знаний с использованием сетевых ЯПЗ "

 

 

 

отчет

(вид документа)

 

 бумага А4

(вид носителя)

 

12

 (количество листов)

 

 

 

ИСПОЛНИТЕЛЬ:
	____________________
	"12"  апреля  2006 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Название и цель работы

 

Название: "Разработка базы знаний с использованием сетевых ЯПЗ".

Цель: Ознакомиться с подходом к разработке БЗ ЭС с использованием сетевых языков представления знаний (семантических сетей, фреймов или сценариев).

 

2. Задания

 

2.1. Необходимо разработать семантическую (фреймовую, сценарную) сеть, которая включает не менее 15 основных понятий (фреймов) и не менее трех видов отношений, одно из которых имеет вид "Часть-Целое".

2.2. Реализовать возможность по запросу пользователя о конкретном параметре (значении, объекте, свойстве, понятии) на основе сети определять отношения (зависимости) с другими вершинами сети. При этом семантическая сеть должна храниться в БЗ, в которой ее можно редактировать, не изменяя программного кода интерпретатора (машины вывода).

2.3. Реализовать простейший вывод на семантической сети, который позволяет изменять свойство частей при изменении того же свойства у целого. Например, пусть имеется домашний кинотеатр, который состоит из DVD-проигрывателя, телевизора, радиоприемника, колонок и других частей. Пусть также каждая из частей домашнего кинотеатра имеет свойство цвет. Если в ЭС поступила информация о том, что кинотеатр должен иметь черный цвет, то это означает, что каждая из его частей также должна иметь черный цвет.

 

3. Краткое описание предметной области и выбранной задачи

 

В данной лабораторной работе поставлена задача реализовать семантическую сеть – набор понятий и связей между ними. Путем выбора объекта, необходимого для вывода, мы должны получить вывод всех связей данного объекта c другими объектами сети. В качестве рассматриваемой ПО для построения семантической сети были выбраны, как и в первых 2-х лабораторных работах, источники бесперебойного питания ИБП. Однако поскольку семантические сети характеризуются неоднозначностью и дублированием, то сеть разработанной БЗ охватывает не всю ПО, а только ее часть (в учебных целях). В частности, само понятие «ИБП», его составные части «Корпус», «Плата», «Аккумулятор», свойства ИБП и его частей «Цвет», «Виброустойчивость», «Защита от влаги», а также фирмы-производители и конкретные выпускаемые ими модели ИБП.

Для описания всей предметной области потребовалась бы более обширная семантическая сеть.

Лабораторная работа не имеет никакого практического применения и разработана исключительно в учебных целях.

 

4. Описание семантической сети.

 

4.1. Понятия семантической сети.

 

В семантической сети, описывающей данную предметную область, были выделены 4 типа понятий предметной области:

·               сущность (описывает абстрактный объект ПО);

·               экземпляр (конкретный представитель сущности); 

·               свойство (характеристика сущности);

·               значение (конкретное значение свойства);

Перечислим все понятия ПО в соответствие с данной классификацией.

4.1.1. Сущности.

 

1) ИБП;

2) Аккумулятор;

3) Плата;

4) Корпус;

5) Silcon;

6) LanPro;

7) SitePro.

 

4.1.2. Экземпляры.

 

1) Silcon DP310E;

2) Silcon DP320E;

3) LanPro 5-11;

4) LanPro 6-11;

5) SitePro 10;

6) SitePro 20.

 

4.1.3. Свойства.

 

В данной лабораторной работе для упрощения и более понятного простейшего вывода на семантической сети по отношениям между частями и целым свойства имеют только сущности

 

1) Цвет;

2) Устойчивость к вибрации;

3) Защита от влаги.

 

4.1.4. Значения.

 

Значения характеризуют свойства. Причем для определенных свойств есть списки значений, из которых выбирается одно конкретное.

 

1) Белый;

2) Черный;

3) Есть;

4) Нет;

5) NULL.

 

 

4.2. Связи семантической сети.

 

Все связи семантической сети разделены на 3 категории. Связи являются однонаправленными  - нисходящими. «Нисходящие» связи направлены от главного понятия к зависимому. Таким образом, можно определить односторонние отношения между всеми связанными понятиями в семантической сети в виде «Главное понятие» -> «Зависимое понятие» по какому-либо отношению.

Выделены следующие типы связей:

·                 1 тип: имеет свойство (связь сущности и его свойства) ;

·                 2 тип: состоит из (связь целого и его частей);

·                 3 тип: имеет разновидность (связь общего понятия и производных от него потомков);

·                 4 тип : имеет значение (связь свойства и его значения);

Ниже приведены по группам все связи, выделенные между понятиями семантической сети.

 

4.2.1. Имеет свойство.

 

1) имеет свойство.

 

4.2.2. Состоит из.

 

1) состоит.

 

4.2.3. Имеет разновидность.

 

1)      выпускается;

2)      продает.

 

4.2.4. Имеет значение.

 

1)      имеет значение.

 

4.3. Графическое представление семантической сети.

На рисунке ниже представлена описанная семантическая сеть.

4.4. Реализация простейшего вывода на семантической сети.

 

Поскольку вывод значений в семантической сети осуществлять труднее, чем с использованием продукционных правил, то в данной лабораторной работе ограничимся только некоторыми примерами правил вывода. В частности, это правила, которые определяют значение некоторого свойства части, если изменилось соответствующее свойство целого.

В данной БЗ представлены 3 основных примера таких правил вывода:

 

1. Свойство “Цвет” у ИБП изменилось, значит должно измениться значение свойства “Цвет” у сущностей, являющихся зависимыми понятиями по отношению «Состоит из» вида «Целое->Часть».
2. Свойство “Защита от влаги” у ИБП изменилось, значит должно измениться значение свойства “Защита от влаги ” у сущностей, являющихся зависимыми понятиями по отношению «Состоит из» вида «Целое->Часть».
3. Свойство “Защита от вибрации” у ИБП изменилось, значит должно измениться значение свойства “Защита от вибрации ” у сущностей, являющихся зависимыми понятиями по отношению «Состоит из» вида «Целое->Часть».

 

Например, если свойства «Цвет» у ИБП меняется на белый, то свойство «Цвет» у всех частей ИБП, которые его имеют, также должно иметь цвет белый.

 

5. Описание структуры базы знаний.

 

5.1. Обобщенная структура.

 

База знаний экспертной системы хранится отдельно от машины вывода в виде файла СУБД Access. Название файла базы знаний - lab3.mdb.

Формально этот файл состоит из 3-х разделов-таблиц:

1)      Things – перечень понятий ПО с их индексами.

2)      Relations – перечень отношений ПО с их индексами и возможностью получения определенных типов отношений в соответствии с приведенной классификацией (4.2).

3)      Structure – перечень всех связей между понятиями предметной области с указанием их типа.

 

5.2. Раздел Things.

 

 

5.2. Раздел Relations.

 

По данной таблице можно выделить отношение типа «Имеет свойство» (поле «Sv_otn») и типа «Состоит из» (поле «Sost_otn»).

 

 

5.3. Раздел Structure.

 

Задана связь между понятиями семантической сети. Значение того или иного свойства сущности реализовано через двухсоставное отношение «Имеет свойство»-«Имеет значение», что позволяет определить отношение типа «Имеет значение» и присвоить значение свойству конкретного понятия.

Таблица по сути представляет из себя проиндексированный набор правил из ссылок на связи и понятия.

 

6. Алгоритм работы программы.

 

6.1 Алгоритм поиска связанных понятий и отношений.

 

6.2 Алгоритм простейшего вывода на семантической сети.

 

После изменения какого-либо свойства «Целого» происходит изменение свойств всех его частей по данному алгоритму:

 

 

7. Инструкция по работе с сиcтемой.

7.1. Инструкция по работе с программой.

 

Экспертная система выполнена в виде Windows - приложения. Экранная форма для работы с программой имеет вид, представленный на рисунке.

 

 

Форма «Выберите понятие» содержит весь перечень понятий в заданной семантической сети. Выбрав понятие и сделав по нему 2 клика, справа от формы мы получим все нисходящие отношения от выбранного понятия. А снизу мы получим информацию в текстовом виде о связанных с выделенным понятием понятиях и типах связей между ними, в том числе и тех, по которым выделенное понятие является подчиненным.

 

Нижние 3 формы предназначены для организации простейшего вывода на семантической сети. После выбора «Целого», его свойства и изменения значение применяется описанный выше алгоритм простейшего вывода на семантической сети.

7.2. Инструкция по работе с базой знаний.

 

Для исправления базы знаний необходимо открыть файл lab3.mdb СУБД «Access». После чего вручную исправить требуемые поля описанных в пункте 5 таблиц.

 

Добавление записей в указанные таблицы рекомендуется осуществлять по описанным ниже алгоритмам.

 

Добавление понятия:

 

1)      Ввести имя понятия в поле «Имя сущности» таблицы Things.

 

Добавление отношения:

 

1)      Ввести имя отношения в поле «Имя связи» таблицы Relations.

2)      Если отношение имеет тип «Состоит из», то отметить это в поле “Sost_otn” (как для отношения «состоит из»)

3)      Если отношение имеет типа «Имеет свойство», то отметить это в поле “Sv_otn” (как для отношения «имеет свойство»)

 

Изменение структуры сети:

 

1)      Открыть таблицу “Structure”.

2)      В поле «Сущность» выбрать главное понятие (например, «Аккумулятор»).

3)      В поле «Имеет отношение» выбрать конкретное отношение (например, «имеет свойство»).

4)      В поле «Сущность 2» выбрать подчиненное понятие (например, «Защита от влаги»).

5)      Если указанное в поле «Имеет отношение» отношение отмечено в таблице отношений как отношение типа «Имеет свойство», то в поле «Имеет значение» необходимо выбрать отношение типа «Имеет значение» (например, «имеет значение»). В поле «Значение» при этом надо выбрать любое логически подходящее данному свойству понятие типа «значение» (например, «Есть»).