Mesterséges intelligencia alapjai

Tudásreprezentáció

​

Szemantikus háló alapú tudásszemléltetés�Ross Quillian, 1968

• Biológiai ihletés: az agy fogalomábrázolásának feltételezett formája
• objektumok, koncepciók, fogalmak - csomópontok
• viszonyaik, kapcsolataik - gráfélek.
• Hierarchikus modell oka: az ember kognitív (megismeréssel kapcsolatos) működésére vonatkozó kísérletek az objektumok specifikus jellemzőinél gyorsabb válaszidőket eredményeztek, mint az általános, magasabb szintű kategóriákhoz tartozó jellemzőknél (Kanári - énekel? Kanári - repül? Kanári - bőre van? )�Következtetés: hierarchikus egyed - alosztály - osztály kapcsolat� valószínű.
• Cél: Az emberi információtárolás és visszakeresés modellezése.

​

• Szoftveralkalmazás, célja: a természetes nyelvek megértésének gépi modellezése.

​

• Quillian: "egy szó jelentését meg lehet kapni a szóhoz társított szövegek halmazaként"

​

• Programjával az ember gondolkodási folyamatának azt a részét modellezte, amelyet az ember akkor végez, amikor egy lexikon két szava között keres kapcsolatot. Egy szemantikus háló jól definiált eljárásainak segítségével képes volt összeállítani egy választ bármelyik, a szótárban megtalálható szópár esetében azok összevetésére és szembeállítására.

​

• Megkereste a szavakhoz kötődő ismeretek közös részeit, kapcsolódási pontjaikat. Emiatt szokták asszociatív hálónak is nevezni a szemantikus hálót.

​

• Példák a Quillian által elkészített program működésére szavak közötti kapcsolat keresésekor:�1.Összevetés: Sírni, Kényelem

A. Kapcsolat: Szomorú

(1) A sírás azon dolgok közül való, amelyek szomorú hanggal párosulnak.

(2) A kényelem érdekében valamit kevésbé szomorúvá tehetünk.

2.Összevetés: Növény, Élő

A. 1.Kapcsolat: Élő

(1) A növény élő szervezet.

B. 2.Kapcsolat: Élő

(2) A növény olyan szervezet, amely a levegőből is vesz magához táplálékot.

Ez a táplálék olyan dolog, amely kell az életéhez.

3.Összevetés: Növény, Ember

A. Kapcsolat: Emlős

(1) A növény nem emlős szervezet. � (2) Az ember egy emlős.

​

​

Példa

• A nyilak az egyed-alosztály ( instance_of ) és az�alosztály - osztály (is_a) kapcsolatot jelzik, a többi gráfél a�tulajdonsága (featured__by) kapcsolat megadására szolgál.�További lehetséges kapcsolatformák: �típusa; van_neki; tud; azonos_vele; stb.

​

• Léteznek gazdagabb kapcsolatkészlettel dolgozó szemantikus háló reprezentációk is.

​

• Következtetés, feladatmegoldás szemantikus hálóval�Egy szemantikus hálóval ábrázolhatjuk egy tématerület ismereteit. A tématerülettel kapcsolatos ismeretek alapján megválaszolható kérdést szintén egy neki megfelelő szemantikus hálóval adjuk meg (célháló), majd ezt a kisebb hálót illesztjük a tématerület hálójának azonos csomópontokat tartalmazó részére. A kérdésre a választ a tématerület hálójának illeszkedő része hordozza.�Általában a hálókezelő algoritmusra ennél több feladat hárul, elő kell állítania például az öröklött tulajdonságokat is.

​

Az egyed - alosztály - osztály kapcsolat

• Egyed: van olyan tulajdonsága, amely csak rá igaz
• Osztály: olyan kategória, melynek jellemzői több egyedre, vagy alsóbb osztályra is igazak, így ezek az egyedek, vagy alosztályok közös tulajdonságaik alapján egy magasabbszintű osztályba sorolhatók.
• A közös tulajdonságot csak az osztálynál kell tárolni, az egyedekre, vagy alosztályokra öröklődik.
• A tulajdonságörökítés (inheritance) általánosan értendő: nemcsak a tulajdonság jellegű kapcsolatok öröklődnek, hanem például a birtoklást, valamilyen érzelem irányulását, stb. is beleértjük.
• A tulajdonságörökítést a hálókezelő programnak kell végeznie.
• A taxonomikus kapcsolat: osztálybatartozás.
• Másik fő kapcsolati forma: tulajdonság hozzárendelés,�objektum-attribútum-érték hármas.

Szemantikus háló előnyei

• Az osztályhierarchia a tulajdonságok hatékony tárolását is segíti: az osztály minden alosztályára, illetve egyedére egyaránt érvényes tulajdonságok a legmagasabb, legáltalánosabb szinten kerülnek tárolásra, azonban érvényesek a becsatlakozó alsóbb osztályokra és egyedekre is - működik az öröklődés. Kiküszöböli a redundanciát, ellentmondás-mentességet eredményez.
• A grafikus ábrázolás szemléletes és könnyű érthetőséget �jelent és az emberi gondolkodáshoz közel áll.
• Gyors számítógépi reprezentációt tesz lehetővé: a csomópontok memóriaterületekre, az élek mutatókra képezhetők le. Elmarad a listák elemeinek kimerítő illesztése, mely a szabály- és logika alapú ismeretszemléltetést jellemezte. Az objektumok megtalálása ún. hash táblák segítségével gyorsan megtörténhet, a kapcsolatoknak megfelelő mutatók pedig meghatározzák a kapcsolódó ismeretelemek helyét.

​

• Rugalmas tudásszemléltetési eszköz: könnyen bővíthető új objektumokkal és viszonylatokkal, a módosítás és a törlés egyszerű.

​

A jelentés tárolása

• A szemantikus háló önmagában nem hordozza a teljes jelentést.�A kapcsolatok értelmezése a szemantikus hálót szemlélő emberre, ill. a hálót kezelő algoritmusra hárul.
• Például mondhatjuk azt, hogy a Cápa a Hal osztály egyede, de jelenthetné a kapcsolat azt is, hogy a Cápa a Hal objektum mellett él.
• Az ábra által sugallt értelmezéstől eltérő értelmezés alkalmazása az ember számára a fogalmakhoz kötődő tudása miatt erőltetettnek tűnhet, de a számítógép számára csak annyi, az objektumokhoz kötődő ismeret áll rendelkezésre, amennyit a háló kapcsolatrendszere és az azt kezelő algoritmus megtestesít.
• Előnyös lenne az algoritmus szempontjából, ha az összes kapcsolatot, amely egy szemantikus hálóval történő tudásszemléltetésben előfordulhat, az algoritmus elkészítése előtt néhány csoportba sorolhatnánk. Ez lehetővé tenné a szemantikus háló működtető, értelmező részének a hálótól független elkészítését, és számtalan olyan háló értelmezését, melyek csak egy adott tématerület fogalmait (objektumait) és viszonylataikat tartalmazzák.

​

Az öröklés problémái�Kivétel: Pityuka repülni nem tud.�

Az öröklés problémái ..�Ellentmondás: Kaszkadőr autóknak lehet, vagy sem biztosítása?�

Feloldási módszerek: alapértelmezés; prioritás alkalmazása.

A szemantikus háló egyéb problémái�A típus/egyed megkülönböztetés szükségessége (Type/Token Distinction).�

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

A probléma ott érezhető, hogy a piros esetében az örökölt fizikai jellemző�mivolta nem tűnik helyesnek. Ennek magyarázata abban van, hogy a fizikai�jellemző tulajdonság a színhez, mint osztályhoz (type) kötődik, és nem az�osztály egyedéhez (token).

A szemantikus háló egyéb problémái ..

• Másik érzékenységet igénylő probléma az intencionális és az extencionális értelmezés eltérése ugyanazon dolognál. Ugyanazon dolog intencionális leírása a lényeget ragadja meg, míg az extencionális megadás a dolog leírása által megadott valós objektumok halmaza. Pl. a kutya fogalom extencionális jelentése az összes kutya, intencionális jelentése mindazok a gondolatok, melyek a kutyákhoz kapcsolódnak, azaz a "kutyaság" maga.
• Egyes szerzők a szemantikus háló hibájául rótták fel, hogy a logikai szemléltetéssel ellentétben nem tud olyan fogalmakat kezelni, mint: legalább egy nem specifikált objektum, összes objektum, stb.

​

12

Keret alapú tudásszemléltetés

• A keretek�A keretek a valós világra vonatkozó ismereteket oly módon reprezentálják, hogy egyesítik az objektumokra, tevékenységekre és eseményekre vonatkozó deklaratív leírást azon információk előállítására vonatkozó eljárások megadásával, melyek célok elérésének, információk megszerzésének módjára vonatkoznak, ilymódon túllépve több olyan problémán, mely a szemantikus hálót jellemezte.
• A keret tudásábrázolási forma bevezeti a prototípus fogalmát, mely azt a felismerést tükrözi, hogy az emberi ismerettárolás sok sztereotip leképezést tartalmaz.
• A valós, vagy elvont objektumokat, fogalmakat reprezentáló keretek hierarchikus keretrendszerré kapcsolódnak össze az ismeretábrázolás során.
• A keret alapú ismeretszemléltetés a szemantikus háló továbbfejlesztésének tekinthető.

Egy keretrendszer�részlete

A szemantikus hálókkal megegyező tulajdonságok�

• Hierarchikus egyed - alosztály - osztály szerkezet.
• Tulajdonság örökítés, mely kiterjed a procedurális tulajdonságokra is. Konfliktusok feloldása specifikusság, prioritás, vagy alapértelmezés figyelembe vételével.
• Hasonló számítógépes reprezentáció: keretek - memóriahelyek; �kapcsolatok - mutatók. Gyors működés.
• Keretkezelő program a következtetés, problémamegoldás kivitelezésére, de jóval gazdagabb feladatkörrel.
• Grafikus ábrázolás használható, de a grafika inkább a keretleíró nyelvek támogatója.
• Rugalmas tudás bővítés, módosítás, törlés.

A szemantikus hálókon túlmutató tulajdonságok

• Egységbefoglalás: objektum, attribútumok, értékek, deklaratív és procedurális összetevők. Slot - filler, attribútum - érték párok, speciális attribútum a keret neve.
• Az attribútumok és attribútum-értékek megadása más keretekre való utalással, többszörös egymásba ágyazással is lehetséges.
• Default, alapértelmezett értékek szolgálják a kérdések megválaszolását.
• A procedurális ismeretszemléltetés részeként értékeket előállító függvények, az értékváltozásokra működésbe lépő mechanizmusok, eseményvezérelt démon rendszer működik.� IF_NEEDED� IF_ADDED� IF_MODIFIED� IF_DELETED �démonok működésének eredményeként dinamikus, élő rendszerek alakíthatók ki.

​

​

• Az attribútumok értékkészletére, értéktartományára, alap (default) értékére adhatunk meg előírásokat.

​

• A keret tudásábrázolás sokkal elterjedtebb, mint a szemantikus háló, mivel gyakorlatilag annak összes tulajdonságát magába foglalja. Speciális keretkezelő nyelveket hoztak létre a keretek használatának megkönnyítésére (FRL,KRL,OWL,NETL,KL-ONE, ART, stb). �Ezenkívül több hibrid, azaz többféle tudásszemléltetési módszert egyesítő rendszerben is alkalmazásra került (KappaPC, Level5 Object, Nexpert Object/Smart Elements, Aion Development System, CBR Express, stb.).

20

Példa eseményt leíró keretre

Általános Előadás keret

​

Megnevezés: előadás

Terem:

Lehetőségek: római számos előadótermek, kb.20db,

arab számozású kistermek, kb. 200 db,

laborok, kb. 40 db.

Kezdési idő: 8:00, 9:00, ... , 18:00.

Időtartam: 40 perc - 180 perc.

Default: 50 perc.

Befejezés időpontja:

Ha szükséges: Kezdési idő + Időtartam.

Eszközök:

Lehetőségek: krétás tábla, filctollas tábla, számítógép, írásvetítő, diavetítő, projektor, video, TV, film, modell, laboreszközök.

​

​

ME Alkalmazott Informatikai Tanszék MI előadás keret

​

Megnevezés: MI előadás

Terem:

Lehetőségek: I, II, XXX.

Default: I.

Kezdési idő: szerda, kb.14:00.

Időtartam: 160 perc - 175 perc.

Default: 170 perc.

Befejezés időpontja (öröklött függvény):

Ha szükséges: Kezdési idő + Időtartam.

Eszközök:

Lehetőségek: krétás tábla, számítógép, írásvetítő, projektor.

​

Esetalapú rendszerek

• Cél: Régebbi feladatok megoldásakor szerzett tapasztalatok hasznosítása hasonló aktuális feladatok megoldásához.
• Egy eset összetevői:
• A probléma leírása
• A probléma megoldásának leírása
• A megoldás jóságának/rosszaságának minősítése.
• Az eset leírása történhet bármilyen ismeretreprezentációs módszerrel, leggyakoribb a keretalapú szemléltetés.
• A probléma leírásánál olyan formalizmust kell alkalmazni, amely olyan metrikát értelmez, amely révén az esetek problémaleírásai egymással számszerű eredménnyel összehasonlíthatók (Közelség). (10cm - 20cm; piros színű - narancs színű; szép - gyönyörű. Eltérő adattípusokra nem egyformán könnyű metrikát találni.)
• Az eseteket esetbázisban tároljuk.

Az esetalapú következtetés működése�

1. Visszakeresés: Az esetbázisban megkeressük a megoldandó aktuális problémához legjobban hasonlító, az alkalmazott metrika szerint legközelebbi korábbi problémaleírást.

2. Újrafelhasználás: amennyiben a hasonlóság egy megadott nagy értéket elér, a korábbi eset megoldását használjuk fel az aktuális probléma megoldására.

3. Hozzáigazítás: Amennyiben a legközelebbi eset hasonlósága nem éri el a kívánt szintet, a rendszer interaktív módon hozzáigazítja az eset problémaleírását az aktuális problémához, eközben természetesen az eset megoldás oldalát is módosítva. Az ily módon előállt megoldást használjuk fel az aktuális probléma megoldására.

4. Tanulás: A 3. pontban előállt hozzáigazított esetet az esetbázishoz adja, a megoldás jóságának/rosszaságának minősítésével együtt.

Felhasználás

probléma

Visszakeresés

Hasonlóság�megfelelő?

megoldás

Hozzáigazítás

probléma

megoldás

megoldás

Tanulás

Esetbázis

Újrafelhasználás

i

n

Az esetalapú következtetés tulajdonságai�

Előnyök:

• A probléma modelljének előzetes kidolgozása nélkül is alkalmazható
• Használat közben fejlődik, könnyen bővíthető
• Robusztus: hiányos, vagy rosszul definiált fogalmakkal is megadhatók esetek
• Nem algoritmizálható problémák esetén is alkalmazható
• Képes támogatni a korábbi hibás megoldások elkerülését is.

​

Hátrányok:

• Emberi interakciót igényel az esetek többségében
• Minősége romolhat az eltérő felhasználók eltérő igényszintje miatt a tanulás során.

​