автореферат диссертации по философии, специальность ВАК РФ 09.00.07
диссертация на тему: Логические модели представления знаний

Текст диссертации на тему "Логические модели представления знаний"

САШСГ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ

на правах рукописи

МИЛОСЛАВОВ Алексей Сергеевич

ЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ

ЗНАНИЙ

Специальность: 09.00.07 - логика

Д и с с е р т а. ц и я на соискание ученой степени кандидата философских наук

Научный руководитель -доктор философских наук:, профессор Б Л ',. Федоров

ОГЛАВЛЕНИЕ

НИР ЯР НИР 3

Глава I. ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ, ОСНОВАННЫЕ

1.1. Интеллектуальные системы обработки информации............ 11

1.2.йнтешектуальные задачи...........................—...........................32

13. Знание и его виды в искусственных интеллектуальных

системах._________...___________________________.........—...—......—...........49

Глава!. ЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ПРЕДСТАВЛЕНИЮ И

ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ЗНАНИЙ...............................................66

2.1. Основные принципы логического подхода

к представлению знаний..................................................................66

2.2. Автоматическое доказательство теорем как способ реализации процедурного аспекта знаний..................................100

2.3. Дедуктивные базы данных ...........................................—...... 126

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................149

ВВЕДЕНИЕ

Для обеспечения своей жизнедеятельности человек с давних времен должен был сохранять и обрабатывать имеющуюся у него информацию о мире и о самом себе. В целях длительного хранения информации чаще всего использовались разного рода графические средства. Однако они сохраняли информацию пассивным образом , поскольку вся нагрузка по извлечению и переработке информации, содержащейся в текстах, рисунках и подобного рода средствах фиксации человеческого опыта, ложилась исключительно на человека. Только с появлением ЭВМ люди обрели возможность частично снять с себя нагрузку по обработке информации. Компьютеры оказались устройствами, позволяющими не только хранить огромные объемы данных, но и средствами, которым доступна относительно независимая обработка сохраняемых данных.

Со времени появления первых ЭВМ произошли изменения не только в их внешнем виде и технических характеристиках, но существенным образом изменилась сфера их применения в сторону увеличения областей использования и усложнения решаемых задач, Рост числа областей применения ЭВМ и желание приобрести в лице компьютера более или менее полноценного интеллектуального партнера, заставили специалистов в области вычислительной техники искать возможности для более изощренных способов организации информации, используемой машинами для решения поставленных перед ними задач. Это привело к выделению в рамках компьютерных наук специальных областей, исследователи которых ставят целью разработать оптимальные способы организации информации для использования ее вычислительными машинами. .

Начиная с 70-х годов в области исследований по "искусственному интеллекту'' (И И) сформировалась новая парадигма, в рамках которой одним из ключевых терминов в лексиконе специалистов по компьютерным

наукам стал термин "знание". Получили развитие, специальные направления исследований: "представление знаний", "'обработка знаний", "приобретение знаний". Указанные направления формируют, так называемую, "инженерию знаний" и во многом определяют сегодняшнее состояние компьютерной обработки информации. Более того, сама область ИИ понимается как "наука о знаниях» о том, как их добывать, представлять в искусственных системах, перерабатывать внутри системы и использовать дня решения задач,"1

Среди перечисленных направлений особое место занимает "представление знаний". От способа представления информации во многом зависит возможность использования вычислительных машин в различных областях практической и научной деятельности человека. Для решения проблемы представления знаний были предложены различные модели, одной из которых является логическая. Многие модели нашли практическое применение при создании интеялекуальных систем обработки информации. Однако, стремление как можно быстрее усовершенствовать разработанные средства представления и обработки знаний зачастую приводит специалистов в области компьютерных наук к решению частных проблем, путем скорейшего написания программы с последующим её испытанием и устранением обнаруженных недостатков. В отношении логических моделей представления знаний такая тенденция, с одной стороны, проявляет себя в росте числа работ, посвященных частным проблемам использования логики для представления знаний. С другой стороны, из-за увеличения числа используемых формализмов, их сложности и рассогласованности имеет место неудовлетворённость' исследователей логическими моделями. Причины этого видятся в том, что, во-первых, в работах, посвященных Ий и инженерии знаний отсутствует согласованный терминологический аппарат; во-вторых, достоинства и недостатки тех или иных моделей

Ношеяов ДА. Ситуационноеуправление: теория н практика, МлНаужа, 1986, С, 7,

представления знаний, возможности их использования чаще всего обсуждаются не на общем, теоретическом уровне, а на уровне конкретной программной реализации; в-третьих, представители "компьютерных наук" не уделяют достаточно внимания методологическим основаниям своей исследовательской деятельности.

Поэтому назрела настоятельная необходимость анализа общей методологий использования логики дня представления званий, выявления достоинств, недостатков и обоснованности применения логических моделей с философско-методологической точки зрения.

Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы заключалась в анализе общей методологии построения и использования логических моделей представления знаний, с учетом их специфики относительно других моделей, и оценке перспектив использования логических моделей в свете современных проблем ИИ и тенденций возможного развития этой области.

В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:

- критический анализ терминологии, используемой в области ИИ;

» выявление предпосылок, определяющих смысловые особенности ключевых терминов в работах по ИИ и проблемам представления знаний ;;

- комплексное представление методологии использования логических моделей для представления знаний;

- определение возможностей использования логических средств в создании систем, работающих со знаниями;

- проведение сравнительного анализа логических моделей с другими моделями, используемыми для представления знаний;

- выявление особенностей представления и использования знаний в системах ИИ, имплицируемых применением логических моделей.

Методология исследования, Специфика темы и многообразие связанных с ней проблем предопределили выбор метода данного

исследования. Методологическим основанием диссертации является метод сравнительного анализа Для некоторых разделов использовался метод историко-яогичеекой реконструкции. Взаимосвязь обоих методов дает возможность осветить весь спектр проблем. Для формирования общей концепции исследования плодотворным оказалось обращение к работам отечественных и зарубежных логиков, философов науки и специалистов в областях ИИ и компьютерных наук.

В настоящей работе не ставилась цель описать, технические детали логических моделей представления знаний. Существующие модели отличаются разнообразием, использование той или. иной из них зависит прежде всего от предметной области, знание о которой представляется. Поэтому мы не рассматривали многие частные вопросы, связанные с построением тех или иных специальных формализмов, отражающих временные, модальные эпистемические аспекты рассуждений. Подробный анализ этих проблем можно найти в специальной литературе.

Степень разработанности темы. Существует большое число публикаций, в которых вопрос, связанные с ИИ и представлением знаний, обсуждаются с различных позиций и на различном уровне общности. Среди работ, в которых приводится описание общих идей и методов из области ИИ, отметим работы ДА. Поспелова [56-59], а также переведённые на русский язык монографии Н.Нильсона [50], П.Уинстона [74], А Эндрю [87]. Философская оценка возможностей ИИ была предложена Х.Дрейфуеом [25,97], В.Б. Бирюковым [9], ЮА. трейдером [83], П.П.Гайденко [15], М. Родованом [125].

Технологический аспект построения интеллектуальных систем, работающих со знаниями, подробно освещен в работах В.О.Германа [19], А.И.Змитровича [28], ВЛ.Гладуна [22,23], Д.Марседлуса[43], ДжЭлти и М.Кумбса [86], Р. Форсайта £84]. С методологических позиций проблемы представления знаний применительно к вычислительным машинам

обсуждены в работах Л.В.Мкртчян [45], HJHL Неиейводы и ВА.Кугергина [48,49], А.И.Габидулина и Б А. .Силантьева [14], A.C. Нариньяни |47|, Дж.Мияополоуса и ГЛевеека [116], НЛильсона [118], М.Штефиха и ДжАткинса [127], У А.Вудса [12.]» ДЛената [109], Проблеме представления метазнаний посвящена работа ЛАстеяло, К.Чекки и Д.Сартини [7].

Вопросы гносеологического и эпистемологического характера в отношении систем, использующих знания, анализируются в работах И .Ю Алексеевой [2,3]» Ю .И .Шемякина и А А.Романова [82], И.Сильдмяэ [66], И.М. Кребна [35], А.Ньюэлла [117].

Возможности использования логики для создания систем ИИ обсуждаются в работах И.СЛаденко [38], Д. А.Поспелова [59,60], Е.И.Бфимова [26], Ван Хао [75], Н.Нильсона [118]. Р.Ковальски [106], ДАндерсона и П.Д.Хойза [4], Проведены комплексные исследования, дающие полное представление о формализмах применяемых, при создании систем ИИ2. Среди работ, посвященных различным проблемам использования логических моделей представления знаний, выделим также исследования таких специалистов, как ГЛевеск [10.5]. Дж.Маккарти [111], К.Хирст [104], Б.Орловска [119],

Из исследований, посвященных вопросам построения дедуктивных баз данных, отметим работы Дж. Минкера [101,112,113,114,115], Р. Рейтера [121,122], А, вам Гельдера [18], К. Кларка [92]. М. Геяьфонда [99], Принципам организации информации в базах данных посвящено исследование Ш. Атре [8].

Однако, методологический аспект использования логических моделей представления знаний не получил достаточного освещения ни в работах

2 Логический подход к искусственному интеллекту: от классической логики к яогичеезсому программированиюЛГейз А.. Грибомон П., Лун Ж. и др. - М.:Мир, 1990. -

432 с,

Логический подход к искусственному интеллекту; от модальной логики к логике баз данных/Геш А,, Грибомои П. и др. М,;Мир, 1998, - 494с.

специалистов по компьютерным наукам, ни в трудах философов. В диссертации предпринята попытка восполнить этот пробел.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения и списка цитируемой литературы.

В первой главе проводится критический анализ ключевых терминов, используемых в исследованиях по ИИ и "инженерии знаний". К таким терминам отнесены "информация", "интеллект", "информационная интеллектуальная система", "данные", "знания", "задача". Предлагается связанная система терминологии для последующего» лишенного неопределённости обсуждения проблем представления знаний с использованием логических моделей, и экспликации смысла ключевых терминов на основе логической модели,

Вторая глава работы посвящена анализу основных принципов построения и использования логических моделей представления знаний. Дается описание общего метода построения логических моделей представления • знаний. Исследуется процедурный аспект знания интеллектуальной системы при использовании логических моделей. Анализируется становление таких областей, как автоматическое доказательство теорем и теория дедуктивных баз данных.

В заключении диссертационной работы приводятся основные выводы и результаты исследования, а также обсуждаются дальнейшие перспективы использования логических моделей в системах ИИ.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

- осуществлена систематизация основных подходов к использованию ключевых терминов в работах по вопросам ИИ и представления знаний;

- представлено комплексное описание методологии использования логических моделей представления знаний в искусственны интеллектуальных системах: указаны принципы представления и обработки информации, реализуемые посредством логических моделей, определена

специфика логических моделей представления знаний на основе сравнения их с друг ими моделями.

проведён исторический анализ исследований в области автоматического доказательства теорем» в результате которого сформулированы направления совершенствования средств реализации процедурной составляющей знания искусственной интеллектуальной системы;

- выявлено принципиальное отличие между способом представления знаний, использующим системы продукций, с одной стороны, и логической моделью представления знаний, с другой, Показано, что несмотря на формальное сходство систем продукций и логических, моделей, последние имеют преимущества, поскольку позволяют выразить те аспекты знания, которые невыразимы с помощью систем продукций.

показано, что полная классификация продукций соответствует общей схеме взаимодействия ЭВМ и мира, предложенной Н. Нильсоном, и может быть интерпретирована в терминах этой схемы.

В работе выдвигаются следующие положения:

1) Наиболее перспективным подходом к построению искусственных интеллектуальных систем, позволяющим максимально приблизиться к решению самых сложных задач с помощью ЭВМ, является подход, базирующийся на создании моделей предметных областей с последующим их описанием и использованием для представления знаний о мире в искусственной интеллектуальной системе.

2) Логика является достаточным и наиболее естественным и удобным средством для согласованного описания предметных областей в искусственных системах, основанных на знаниях.

3) Использование логических моделей для представления знаний позволяет в максимально возможной степени сохранить концептуальное и

методологическое единство теоретической ба,зы для создания информационных интеллектуальных систем.

Теоретическое и практическое значение результатов диссертационной работы заключается в следующем:

во-первых, работа, посвященная методологическим принципам построения логических моделей представления знаний, позволяет выявить специфику их использования и наметить пути дальнейшего развития систем ИИ, в которых используются яогачские модели;

во-вторых, материалы диссертации целесообразно использовать в учебном процессе в курсах, посвященных общим вопросам логики и логико-философским проблемам ИИ.

Глава I. ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ, ОСНОВАННЫЕ

НА ЗНАНИЯХ

1 .1. йшгеллектуалъные системы обработки информации

В защиту того, что информация играет очень важную роль в жизни современного человека и современного общества, не требуется приводить много аргументов. Такие термины как "информационные технологии", "информационное пространство", "информационное общество" прочно вошли в обиход в научной литературе и стали часто употребляемыми в повседневном общении людей. Академик Юзвишин И. И. в статье "К обоснованию фундаментальных основ информациологии" пишет: "Информация - это беспрецедентный по определению и безальтернативный по своей вселенской глубокой сущности (содержанию) фундаментальный субстрат мироздания. Её поля и огромные потоки постоянно циркулируют в природе и обществе. Информация завладела сознанием, поведением и досугом людей. Она - везде и всюду: внутри нас, вне нас, между нами, вокруг нас, - везде вселенский информационный континуум. Информация -единая безальтернативная сущность природы. Мир информационен. Информация ~ первична, материя - вторична,"[89, с.21]. Хотя мы не склонны приписывать информации "функцию бога'" [89, с .33) и понимать этот термин в смысле И. И. Юзвшшша, приведённая выше цитата хорошо характеризует то внимание, с которым современная наука обращается к изучению явлений, связанных с информацией, и ту роль, которую, по мнению учёных, играет информация в жизни человека и современного общества. Влияние современных информационных технологий на жизнь общества рассматривается, например, в работах [37, 73].

В последнее время сформировались новые научные дисциплины, так или иначе связанные с информацией, с её обработкой, передачей, приёмом.

С появлением ЭВМ тематика исследований, связанных с информацией, стала ещё более актуальной, поскольку в вычислительных машинах человек нашёл мощное орудие для обработки информации и удобное средство для её хранения. Стремление сделать процесс обработки информации более эффективным, а средства её хранения как можно более удобными для человека, привело учёных к осознанию того, что этих целей можно добиться на пути интеллектуализации вычислительных машин, иначе говоря, посредством придания ЭВМ способностей, присущих человеческому интеллекту. Этим стремлением было стимулировано появление таких областей науки, как ИИ, теория баз данн