Система рассуждений - Reasoning system

В информационные технологии а система рассуждений это программная система который генерирует выводы из имеющихся знание с помощью логичный такие методы, как вычет и индукция. Системы рассуждений играют важную роль в реализации искусственный интеллект и системы, основанные на знаниях.

Согласно повседневному определению этой фразы, все компьютерные системы являются системами рассуждений, поскольку все они автоматизируют некоторый тип логики или решения. Обычно используется в Информационные технологии Однако эта фраза обычно зарезервирована для систем, которые выполняют более сложные виды рассуждений. Например, не для систем, которые используют довольно простые типы рассуждений, такие как расчет налога с продаж или скидки для клиентов, а делают логические выводы о медицинском диагнозе или математической теореме. Системы рассуждений работают в двух режимах: интерактивном и пакетной обработке. Интерактивные системы взаимодействуют с пользователем, чтобы задавать уточняющие вопросы или иным образом позволяют пользователю управлять процессом рассуждений. Пакетные системы принимают всю доступную информацию сразу и генерируют наилучший возможный ответ без обратной связи или указаний пользователя.[1]

Системы рассуждений имеют широкую область применения, включая планирование, обработка бизнес-правил, решение проблем, сложная обработка событий, обнаружения вторжений, прогнозная аналитика, робототехника, компьютерное зрение, и обработка естественного языка.

История

Первыми системами рассуждений были средства доказательства теорем, системы, которые представляют аксиомы и утверждения в логике первого порядка, а затем используют правила логики, такие как modus ponens сделать вывод о новых заявлениях. Другой ранний тип системы рассуждений заключался в решении общих проблем. Это были такие системы, как Решение общих проблем разработано Newell и Саймон. Специалисты по решению общих проблем попытались предоставить общий механизм планирования, который мог бы представлять и решать структурированные проблемы. Они работали, разбивая проблемы на более мелкие, более управляемые подзадачи, решая каждую подзадачу и собирая частичные ответы в один окончательный ответ. Другим примером решения общих проблем был SOAR семейство систем.

На практике эти средства доказательства теорем и средства решения общих задач редко были полезны для практических приложений и требовали для использования специализированных пользователей со знанием логики. Первое практическое применение автоматическое рассуждение мы экспертные системы. Экспертные системы сосредоточены на гораздо более четко определенных областях, чем решение общих проблем, таких как медицинская диагностика или анализ неисправностей в самолете. Экспертные системы также ориентированы на более ограниченные реализации логики. Вместо того, чтобы пытаться реализовать полный спектр логических выражений, они обычно фокусировались на modus-ponens, реализованном с помощью правил IF-THEN. Сосредоточение внимания на конкретной области и использование только ограниченного подмножества логики улучшило производительность таких систем, так что они стали практичными для использования в реальном мире, а не просто в качестве исследовательских демонстраций, как это было в большинстве предыдущих систем автоматического мышления. Механизм, используемый для автоматизированного мышления в экспертных системах, обычно назывался механизмы вывода. Те, которые используются для более общего логического вывода, обычно называются средства доказательства теорем.[2]

С ростом популярности экспертных систем многие новые типы автоматизированного мышления стали применяться к различным проблемам в правительстве и промышленности. Некоторые из них, например рассуждение на основе конкретных случаев, были порождением исследований экспертных систем. Другие, такие как алгоритмы удовлетворения ограничений, также находились под влиянием таких областей, как технология принятия решений и линейное программирование. Кроме того, совершенно другой подход, основанный не на символических рассуждениях, а на коннекционистской модели, также оказался чрезвычайно продуктивным. Этот последний тип автоматизированного рассуждения особенно хорошо подходит для задач сопоставления с образцом и обнаружения сигналов, таких как поиск текста и сопоставление лиц.

Использование логики

Термин «система рассуждений» может применяться практически к любому сложному система поддержки принятия решений как показано в конкретных областях, описанных ниже. Однако наиболее распространенное использование термина «система рассуждений» подразумевает компьютерное представление логики. Различные реализации демонстрируют значительные различия с точки зрения системы логики и формальность. Большинство систем рассуждений реализуют варианты пропозициональный и символический (предикат ) логика. Эти варианты могут быть математически точными представлениями формальных логических систем (например, ВОЛС ), или расширенный и гибридный версии этих систем (например, вежливая логика[3]). Системы рассуждений могут явно реализовывать дополнительные типы логики (например, модальный, деонтический, временный логика). Однако многие системы рассуждений реализуют неточные и полуформальные приближения к признанным логическим системам. Эти системы обычно поддерживают множество процедурных и полу-декларативный методы для моделирования различных стратегий рассуждения. Они подчеркивают прагматизм над формальностью и могут зависеть от настраиваемых расширений и вложений для решения реальных проблем.

Многие системы рассуждений используют дедуктивное мышление рисовать выводы из имеющихся знаний. Эти механизмы вывода поддерживают прямое или обратное рассуждение для вывода выводов через modus ponens. В рекурсивный методы рассуждения, которые они используют, называются "прямая цепочка ' и 'обратная цепочка ', соответственно. Хотя системы рассуждений широко поддерживают дедуктивный вывод, некоторые системы используют похищающий, индуктивный, отменяемый и другие типы рассуждений. Эвристика может также использоваться для определения приемлемых решений неразрешимые проблемы.

Системы рассуждений могут использовать предположение о закрытом мире (CWA) или предположение об открытом мире (OWA). OWA часто ассоциируется с онтологический представление знаний и Семантическая сеть. Различные системы демонстрируют различные подходы к отрицание. А также логичный или же побитовое дополнение, системы могут поддерживать экзистенциальные формы сильного и слабого отрицания, включая отрицание как неудача и «инфляционное» отрицание (отрицание не-основные атомы ). Различные системы рассуждений могут поддерживать монотонный или же немонотонный рассуждение, стратификация и другие логические приемы.

Рассуждения в условиях неопределенности

Многие системы рассуждений предоставляют возможности для рассуждений в неуверенность. Это важно при строительстве расположенный рассуждающие агенты который должен иметь дело с неопределенными представлениями о мире. Есть несколько общих подходов к управлению неопределенностью. К ним относятся использование факторов уверенности, вероятностный такие методы как Байесовский вывод или же Теория Демпстера – Шафера, многозначный (‘нечеткий ') Логика и различные коннекционист подходы.[4]

Типы системы рассуждений

В этом разделе дается неисчерпывающая и неформальная категоризация общих типов систем рассуждений. Эти категории не абсолютны. Они в значительной степени пересекаются и разделяют ряд техник, методов и алгоритмы.

Решатели ограничений

Решатели ограничений решают проблемы удовлетворения ограничений (CSP). Они поддерживают программирование в ограничениях. А ограничение - это условие, которому должны соответствовать любые допустимые решение проблемы. Ограничения определяются декларативно и применяются к переменные в пределах заданных доменов. Решатели ограничений используют поиск, возврат и распространение ограничений методы поиска решений и определения оптимальных решений. Они могут использовать формы линейный и нелинейное программирование. Их часто используют для исполнения оптимизация в очень комбинаторный проблемные места. Например, их можно использовать для расчета оптимального расписания, эффективного проектирования. интегральные схемы или максимизировать производительность производственного процесса.[5]

Средства доказательства теорем

Средства доказательства теорем использовать автоматическое рассуждение методы определения доказательства математических теорем. Их также можно использовать для проверки существующих доказательств. Помимо академического использования, типичные приложения для доказательства теорем включают проверку правильности интегральных схем, программ, инженерных разработок и т. Д.

Логические программы

Логические программы (LP) являются программное обеспечение написано с использованием языки программирования чей примитивы и выражения обеспечивают прямое представление конструкций, взятых из математической логики. Примером языка логического программирования общего назначения является Пролог. LP представляют собой прямое применение логического программирования для решения проблем. Логическое программирование характеризуется высоко декларативными подходами, основанными на формальной логике, и имеет широкое применение во многих дисциплинах.

Двигатели правил

Двигатели правил представляют условную логику как дискретные правила. Наборы правил можно управлять и применять отдельно к другим функциям. Они широко применяются во многих областях. Многие механизмы правил реализуют возможности рассуждений. Обычный подход - реализовать производственные системы для поддержки прямой или обратной цепочки. Каждое правило («производство») связывает сочетание предикатные предложения к списку исполняемых действий. Во время выполнения механизм правил сопоставляет продукцию с фактами и выполняет («запускает») связанный список действий для каждого совпадения. Если эти действия удаляют или изменяют какие-либо факты или утверждают новые факты, механизм немедленно пересчитывает набор совпадений. Механизмы правил широко используются для моделирования и применения бизнес правила, контролировать принимать решение в автоматизированных процессах и для обеспечения соблюдения деловой и технической политики.

Дедуктивный классификатор

Дедуктивные классификаторы возникла немного позже, чем системы, основанные на правилах, и была составной частью нового типа инструмента представления знаний искусственного интеллекта, известного как языки фреймов. Фреймовый язык описывает проблемную область как набор классов, подклассов и отношений между классами. Это похоже на объектно-ориентированный модель. Однако, в отличие от объектно-ориентированных моделей, фреймовые языки имеют формальную семантику, основанную на логике первого порядка. Они используют эту семантику для предоставления входных данных дедуктивному классификатору. Классификатор, в свою очередь, может анализировать данную модель (известную как онтология ) и определить, согласованы ли различные отношения, описанные в модели. Если онтология несовместима, классификатор выделит несогласованные объявления. Если онтология непротиворечива, классификатор может затем провести дальнейшие рассуждения и сделать дополнительные выводы об отношениях объектов в онтологии. Например, он может определить, что объект на самом деле является подклассом или экземпляром дополнительных классов, описанных пользователем. Классификаторы - важная технология при анализе онтологий, используемых для описания моделей в Семантическая сеть.[6][7]

Системы машинного обучения

Машинное обучение системы со временем развивают свое поведение на основе опыт. Это может включать рассуждения о наблюдаемых событиях или примерах данных, предоставленных в учебных целях. Например, системы машинного обучения могут использовать индуктивное мышление чтобы генерировать гипотезы для наблюдаемых фактов. Обучающиеся системы ищут обобщенные правила или функции, которые дают результаты в соответствии с наблюдениями, а затем используют эти обобщения для управления будущим поведением.

Системы рассуждений на основе прецедентов

Рассуждения на основе случая (CBR) системы предоставляют решения проблем, анализируя сходство с другими проблемами, для которых уже существуют известные решения. Они используют аналогичный рассуждения, чтобы вывести решения на основе историй болезни. Системы CBR обычно используются в клиентах /техническая поддержка и колл-центр сценарии и приложения в промышленное производство, сельское хозяйство, лекарство, закон и многие другие направления.

Системы процессуального мышления

А процессуальная система рассуждений (PRS) использует методы рассуждения для выбора планы из процедурные знания основание. Каждый план представляет собой курс действий для достижения заданного Цель. PRS реализует модель убеждения-желания-намерения рассуждая над фактами (‘верования ’), Чтобы выбрать подходящие планы (‘намерения ’) Для поставленных целей (" желаний "). Типичные применения PRS включают управление, мониторинг и обнаружение неисправности системы.

Рекомендации

  1. ^ Вос, Ларри; Овербек, Росс; Юинг, Ласк; Бойл, Джим (1984). Автоматизированное рассуждение: введение и приложения. Прентис Холл. п.4. ISBN  978-0-13-054453-7.
  2. ^ Хейс-Рот, Фредерик; Уотерман, Дональд; Ленат, Дуглас (1983). Создание экспертных систем. Эддисон Уэсли. ISBN  978-0-201-10686-2.
  3. ^ Грозоф, Бенджамин Н. (30 декабря 1997 г.). «Программы вежливой логики: приоритетное разрешение конфликтов на основе правил» (Постскриптум). Отчет об исследованиях IBM. RC 20836 (92273).
  4. ^ Моисей, Йорам; Варди, Моше Y; Феджин, Рональд; Халперн, Джозеф Y (2003). Рассуждения о знаниях. MIT Press. ISBN  978-0-262-56200-3.
  5. ^ Шалков, Роберт (2011). Интеллектуальные системы: принципы, парадигмы и прагматика: принципы, парадигмы и прагматика. Джонс и Бартлетт Обучение. ISBN  978-0-7637-8017-3.
  6. ^ МакГрегор, Роберт (июнь 1991). «Использование классификатора описания для улучшения представления знаний». Эксперт IEEE. 6 (3): 41–46. Дои:10.1109/64.87683.
  7. ^ Бернерс-Ли, Тим; Хендлер, Джеймс; Лассила, Ора (17 мая 2001 г.). «Семантическая сеть Web. Новая форма веб-контента, значимая для компьютеров, откроет революцию новых возможностей». Scientific American. 284 (5): 34–43. Дои:10.1038 / scientificamerican0501-34. Архивировано из оригинал 24 апреля 2013 г.