Система представления и обработки знаний ЭЗОП

Е.М. Бениаминов, Д.М. Болдина

РГГУ

 

          1. Основные положения                  

          Разрабатываемая система основана на категорном подходе к представлению знаний [1], который является естественным развитием реляционного  подхода к базам данных, дополненного идеями, возникшими в программировании в связи с применением алгебраических методов к типам данных в программировании. В  категорном  подходе  используются  развитые  математические  средства  математической теории категорий  и достижения теории категорий в ее  приложениях  к  математической логике [2].

      В основе категорного подхода к представлению знаний лежит предположение,  что определение всякого понятия может быть представлено в виде наборов областей, функций из одних областей в другие, отношений, констант, переменных и соотношений между ними в виде аксиом.

Это предположение является общим для систем, в основе которых лежит логическое моделирование. При разработке системы ЭЗОП предполагается учет стандартного языка межмашинного обмена знаниями KIF [3] для систем подобного рода.

Широта принятого тезиса подтверждается  тем,  что  схемы  базы данных  и абстрактные типы данных являются примерами таких понятий. Эксперименты показывают (см., например, [4]), что  так  представляются  понятия  многих  предметных областей знаний.

     Для представления сложных понятий в категорном подходе предполагается, что внутри общих понятий не все элементы областей могут быть известны, и они могут уточняться в других понятиях, использующих данное общее понятие. В системе представления понятий применяются основные принципы объектно-ориентированного программирования. Кроме того, при формировании понятий  используются стандартные категорные операции, строящие новые области, преобразования и отношения из имеющихся. Особенностью категорных операций является,  например, возможность  построения новых областей таких, как декартово произведение, из областей, не все элементы которых известны. Имеется стандартный набор таких операций, разработанный в рамках теории категорий.

Применение системы ЭЗОП ориентировано, главным образом, не на программирование отдельных задач, а на создание автоматизированной информационной системы о знаниях в некоторой предметной области  и, затем,  на автоматизированную поддержку постановок и решений многочисленных задач, для формулировок которых используются понятия и задачи, уже представленные в этой системе. В этом отношении проектируемая  система  близка  к  системе Ontolingua[4,5]. Предполагается, что система ЭЗОП создаст более удобную среду и язык, чем система Ontolingua, для формирования библиотек онтологий по различным областям знаний специалистам в области этих знаний и обеспечит перевод в стандартный формат по межмашинному обмену знаниями с системами обработки знаний.

Важный  компонент предлагаемого подхода, наиболее существенный с точки зрения приложений, - это языковые  средства  ЭЗОП.  Так  как этот язык разрабатывается для использования проблемными специалистами,  возможно не являющимися профессиональными программистами, то к удобству его использования должны предъявляться особые требования. В основе построения языка системы ЭЗОП положены принципы открытого языка представления знаний [6].

Средства  представления знаний должны обеспечить возможность проблемным специалистам представлять понятия своей предметной области для автоматизированной обработки, выражать условия задачи и вопросы к миру задачи, используя введенные понятия и языковые шаблоны, принятые в области знаний проблемного специалиста.

Язык ЭЗОП является языком представления знаний и языком программирования задач, расширяемым шаблонами языка приложений по мере пополнения базы понятий системы. Процесс программирования на языке ЭЗОП - это диалог с системой программирования ЭЗОП, в котором специалист формирует постановки задач проблемной области, используя уже введенные понятия, как модули, или вводит новые понятия и шаблоны языка.

   

          2. Общее описание состава и функций системы

     Система представления знаний ЭЗОП состоит из взаимодействующих баз данных, машины (программы) логического вывода и подсистем, поддерживающих некоторые специальные функции системы. 

В  каждый  момент времени в системе выделяется текущее понятие (задача), с которым работает пользователь или которое он формирует. Текущее понятие может пополняться данными других понятий,  редактироваться в процессе диалога с пользователем.

Состояние  текущего  понятия описывается в системе в виде базы данных понятия. Схема базы данных единая для всех понятий (не зависит от представляемого понятия) определяется составом основных категорных операций системы. В базе данных текущего понятия представляется определение и аппроксимация категории понятия. Вопрос к аппроксимации представляется в виде запроса к базе данных текущего понятия.

      Система  поддержки  диалога с пользователем организует взаимодействие с пользователем, осуществляет анализ предложений пользователя и за счет взаимодействия подсистем по предложениям пользователя  и  состоянию  системы,  обеспечивает  выдачу информации, которая может быть использована в системах текстовых редакторов или передана для обработки специализированным системам.

3. Состояние разработки.  Направления возможного использования результатов

В настоящее время разработан математический аппарат категорного подхода к представлению знаний, в котором с каждым  представляемым понятием связываются:

• категорное представление определяемого понятия - алгебраический объект, отражающий полное знание о понятии, которое вытекает из определения понятия;
• конечная аппроксимация  объекта,  отражающая  непосредственно доступные системе знания о понятии в текущий момент.

      Определены  операции  над аппроксимациями, которые строят аппроксимации новых понятий, определяемых через имеющиеся понятия, и расширяют аппроксимации текущих понятий. Разработаны  основные  структуры  открытого языка и системы представления  знаний ЭЗОП.      Разработан вариант системы ЭЗОП на языке программирования Visual Prolog.

      Предлагаемая система автоматизированного представления и обработки  знаний наиболее эффективна для представления хорошо структурированных областей знаний. Можно  выделить  следующие  направления использования разработки:

• создание справочных систем по отдельным курсам школьных знаний таких, как физика, химия и т.д.;
• создание и поддержка баз непроцедурных знаний о предметных областях в экспертных системах;
• проектирование и описание схем баз данных на языке высокого уровня;
• создание и генерации  проблемно-ориентированного  языка  конкретной предметной области и создание библиотек формальных онтологий для данной предметной области знаний.

Литература

1. Бениаминов Е.М. Основания категорного подхода к представлению знаний. Категорные  средства - Изв. АН СССР Техн. кибернетика N 2, 1988.
2. Голдблатт Р. Топосы. Категорный анализ логики. М.: Мир 1983.
3. Genesereth M. R., Fikes R.E. (Editors). Knowledge Interchange Format,  Version 3.0  Reference  Manual.  //Computer Science Department,  Stanford  University,  Technical  Report Logic-92-1, June 1992.
4. Farquhar A, Fikes R, Rice J.  The Ontolingua Server:  A  Tool  for  Collaborative  Ontology   Construction. // Knowledge   Systems Laboratory, KSL-96-26,  September  1996 (http://ontolingua.stanford.edu/).
5. Бениаминов Е.М., Болдина Д.М. Система представления знаний Ontolingua - принципы и перспективы. // НТИ, Сер.2, 1999, № 10.
6. Бениаминов Е.М., Манушина М.Ю. Принципы построения открытого языка шаблонных выражений в системе представления знаний.//НТИ, Сер.2, 2000,№ 7.