ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЗНАНИЙ
В этой главе показано, как использовать логику первого порядка для представления наиболее важных аспектов реального мира, таких как действия, пространство, время, мыслимые события, а в качестве примера описано осуществление покупок.
В предыдущих трех главах была описана технология агентов, основанных на знаниях: синтаксис, семантика и теория доказательства для пропозициональной логики и логики первого порядка, а также реализация агентов, в которых применяются эти варианты логики. В данной главе рассматривается вопрос о том, какое информационное наполнение следует поместить в базу знаний такого агента, т.е. как представлять факты о мире.
В разделе 10.1 описывается идея общей онтологии, которая позволяет организовать все, что существует в мире, в виде иерархии категорий. В разделе 10.2 рассматриваются основные категории объектов, веществ и мер. В разделе 10.3 обсуждаются способы представления для действий, которые играют центральную роль в создании агентов, основанных на знаниях, а также раскрывается более общее понятие событий, или пространственно-временнь/х фрагментов. В разделе 10.4 излагаются знания об убеждениях, а в разделе 10.5 все эти знания переводятся в контекст среды осуществления покупок в Internet. В разделах 10.6 и 10.7 рассматриваются специализированные системы формирования рассуждений для представления неопределенных и изменяющихся знаний.
ОНТОЛОГИЧЕСКАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
В "учебных", экспериментальных проблемных областях выбор представления не столь важен; для них несложно найти подходящий словарь. С другой стороны, для таких сложных проблемных областей, как осуществление покупок в Internet или управление роботом в изменяющейся физической среде, требуются более общие и гибкие способы представления. В настоящей главе показано, как создать такие представления, сосредоточиваясь на общих понятиях (таких как действия, время, физические объекты и убеждения), которые проявляются во многих разных про
блемных областях. Способы представления таких абстрактных понятий иногда называют онтологической инженерией; процесс применения этих способов связан с процессом инженерии знаний, описанным в разделе 8.4, но разворачивается в больших масштабах.
Попытка формально представить все, что существует в мире, была бы бесперспективной. Безусловно, нам не требуется фактически составлять полное описание всего, что существует в мире (требуемый для этого объем изложения был бы слишком велик даже для учебника с 1000 страниц), но мы можем оставить свободные места, в которые будут укладываться новые знания о любой проблемной области. Например, мы определим, что подразумевается под понятием физический объект, а описания подробных сведений о различных типах объектов (роботах, телевизорах, книгах или о чем-то другом) оставим на будущее. Такая общая инфраструктура понятий называется верхней онтологией, поскольку принято соглашение составлять схемы онтологии, помещая общие понятия в верхней части, а более конкретные понятия — под ними, как показано на рис. 10.1.
Прежде чем приступить к более подробному обсуждению онтологии, необходимо высказать одно важное предостережение. Мы решили использовать логику первого порядка для обсуждения содержания и организации знаний. Но некоторые аспекты реального мира трудно представить в логике первого порядка. Основная сложность состоит в том, что почти все обобщения имеют исключения или соблюдаются только до определенной степени. Например, хотя правило "помидоры имеют красный цвет" является достаточно удобным, некоторые помидоры имеют зеленый, желтый или оранжевый цвет. Аналогичные исключения можно указать применительно почти ко всем общим утверждениям из этой главы. Способность учитывать исключения и неопределенность является чрезвычайно важной, но она ортогональна задаче понимания общей онтологии. По этой причине мы отложим обсуждение исключений до раздела 10.6, а более общей темы неопределенной информации — до главы 13.
Для чего может применяться верхняя онтология? Еще раз рассмотрим онтологию электронных схем, описанную в разделе 8.4. В ней принято большое количество упрощающих допущений. Например, полностью исключено понятие времени. Сигналы являются постоянными и не распространяются. Структура схемы остается неизменной. А если бы потребовалось сделать эту онтологию более общей, то нужно было бы учитывать, какие значения сигналы имеют в конкретные моменты времени, а также вводить данные о длине проводников и задержках распространения. Это позволило бы моделировать временнь/e свойства схемы, и такое моделирование действительно часто осуществляется проектировщиками схем. Кроме того, можно было бы ввести более широкий перечень интересующих классов электронных элементов, например, описывая технологию (ТТЛ, МОП, КМОП и т.д.), а также спецификацию ввода-вывода. Если же нам потребовалось бы обсуждать надежность или проводить диагностику, то необходимо было бы учесть возможность неконтролируемого изменения структуры схемы или свойств электронных элементов. Чтобы учесть паразитные емкости, нужно было бы перейти от чисто топологического представления связей к более реалистичному описанию геометрических свойств.
Рассматривая мир вампуса, можно прийти к аналогичным выводам. Хотя в описание этого мира включено время, оно имеет очень простую структуру: в мире ничего не происходит, кроме действий агента, а все изменения осуществляются мгновенно. Более общая онтология, которая лучше подходила бы для описания реального мира, должна была бы позволить синхронным изменениям распространяться во времени. Кроме того, для представления информации о том, в каких квадратах имеются ямы, использовался предикат Pit. Но можно было бы разрешить применять ямы разных типов, определив несколько объектов, принадлежащих к конкретному классу ям, каждый из которых характеризуется разными свойствами. Кроме того, в этом мире могла быть предусмотрена возможность обеспечить существование других животных, кроме вампусов. В таком случае не было бы возможности точно определять вид встретившегося животного из доступных результатов восприятия, поэтому потребовалось бы разработать биологическую таксономию для мира вампуса, позволяющую агенту прогнозировать оптимальное поведение на основании скупой информации.
При использовании любой онтологии специального назначения существует возможность вносить изменения, подобные этим, для перехода к большей общности. В таком случае возникает очевидный вопрос — сходятся ли все эти онтологии к некоторой онтологии общего назначения? По истечении целых столетий философских и математических исследований на этот вопрос был дан лишь один ответ — "Возможно". В данном разделе представлена одна из таких версий, воплощающая в себя синтез идей, собранных в течение многих веков. Онтологии общего назначения обладают двумя описанными ниже основными особенностями, которые отличают их от коллекций отдельных онтологии специального назначения.
• Любая онтология общего назначения должна быть в большей или меньшей степени применимой для любой специализированной проблемной области (с добавлением аксиом конкретной проблемной области). Это означает, что в ней по мере возможности не следует ни детализировать, ни скрывать какие-либо вопросы конкретного представления.
• В любой проблемной области, характеризующейся достаточно высокой значимостью, различные области знаний должны быть унифицированы, поскольку процессы формирования рассуждений и решения задач могут включать сразу несколько направлений одновременно. Например, в системе ремонта электронных схем робота необходимо формировать рассуждения и о самих схемах, с точки зрения состояния электрических соединений и физической компоновки, и о времени, поскольку последнее требуется для анализа временнб/х свойств схем и оценки необходимых затрат труда на ремонт. Поэтому высказывания с описанием времени должны быть применимыми для комбинирования с высказываниями, описывающими пространственную компоновку, и одинаково хорошо представлять не только наносекунды и минуты, но и ангстремы и метры.
После представления в этой главе общей онтологии мы применим ее для описания проблемной области осуществления покупок в Internet. Эта проблемная область чрезвычайно хорошо подходит для упражнений в области онтологии, а также оставляет для читателя большой простор, чтобы он мог сам создавать творческие представления знаний. Достаточно представить себе, например, что агент для осуществления покупок в Internet должен знать о бесчисленном множестве тем и авторов, чтобы покупать книги на узле Amazon.com, владеть информацией о всевозможных сортах пищевых продуктов, чтобы покупать бакалейные товары на узле Peapod. com, а также иметь сведения обо всем, что можно найти на дешевой распродаже, чтобы не упустить выгодные сделки на узле Ebay. com1.