Adam Meissner SZTUCZNA INTELIGENCJA. Reprezentowanie i przetwarzanie wiedzy o czasie



Podobne dokumenty
Adam Meissner SZTUCZNA INTELIGENCJA. Architektury systemów eksperckich

Adam Meissner.

TEORETYCZNE PODSTAWY INFORMATYKI

Język UML w modelowaniu systemów informatycznych

Paradygmaty dowodzenia

Sztuczna Inteligencja Projekt

Logika Stosowana. Wykład 1 - Logika zdaniowa. Marcin Szczuka. Instytut Informatyki UW. Wykład monograficzny, semestr letni 2016/2017

Uniwersytet Zielonogórski Wydział Elektrotechniki, Informatyki i Telekomunikacji Instytut Sterowania i Systemów Informatycznych

B jest globalnym pokryciem zbioru {d} wtedy i tylko wtedy, gdy {d} zależy od B i nie istnieje B T takie, że {d} zależy od B ;

Adam Meissner SZTUCZNA INTELIGENCJA Problem spełnialności (SAT)

Drzewa spinające MST dla grafów ważonych Maksymalne drzewo spinające Drzewo Steinera. Wykład 6. Drzewa cz. II

Logika. Michał Lipnicki. 15 stycznia Zakład Logiki Stosowanej UAM. Michał Lipnicki () Logika 15 stycznia / 37

Sortowanie topologiczne skierowanych grafów acyklicznych

Podstawy Sztucznej Inteligencji (PSZT)

Podstawy Automatyki. Wykład 9 - Podstawy matematyczne automatyki procesów dyskretnych. dr inż. Jakub Możaryn. Instytut Automatyki i Robotyki

1. Algorytmy przeszukiwania. Przeszukiwanie wszerz i w głąb.

Drzewa Semantyczne w KRZ

Elementy logiki. Wojciech Buszkowski Wydział Matematyki i Informatyki UAM Zakład Teorii Obliczeń

Np. Olsztyn leży nad Łyną - zdanie prawdziwe, wartość logiczna 1 4 jest większe od 5 - zdanie fałszywe, wartość logiczna 0

Metoda tabel semantycznych. Dedukcja drogi Watsonie, dedukcja... Definicja logicznej konsekwencji. Logika obliczeniowa.

LOGIKA Dedukcja Naturalna

Systemy ekspertowe - wiedza niepewna

Wstęp do Sztucznej Inteligencji

Adam Meissner. SZTUCZNA INTELIGENCJA Gry dwuosobowe

SYSTEMY UCZĄCE SIĘ WYKŁAD 4. DRZEWA REGRESYJNE, INDUKCJA REGUŁ. Dr hab. inż. Grzegorz Dudek Wydział Elektryczny Politechnika Częstochowska

METODY DOWODZENIA TWIERDZEŃ I AUTOMATYZACJA ROZUMOWAŃ

Badania operacyjne: Wykład Zastosowanie kolorowania grafów w planowaniu produkcji typu no-idle

Logika Temporalna i Automaty Czasowe

Temporalne bazy danych

Dowody założeniowe w KRZ

Rachunek zdań. Materiały pomocnicze do wykładu. wykładowca: dr Magdalena Kacprzak

Rachunek zdań i predykatów

Wyrażenia regularne.

Inżynieria oprogramowania

Data Mining Wykład 9. Analiza skupień (grupowanie) Grupowanie hierarchiczne O-Cluster. Plan wykładu. Sformułowanie problemu

Teoretyczne podstawy informatyki

Wykład z Technologii Informacyjnych. Piotr Mika

Logika Stosowana. Wykład 7 - Zbiory i logiki rozmyte Część 3 Prawdziwościowa logika rozmyta. Marcin Szczuka. Instytut Informatyki UW

Obliczenia na stosie. Wykład 9. Obliczenia na stosie. J. Cichoń, P. Kobylański Wstęp do Informatyki i Programowania 266 / 303

SZTUCZNA INTELIGENCJA

JEZYKOZNAWSTWO. I NAUKI O INFORMACJI, ROK I Logika Matematyczna: egzamin pisemny 18 czerwca Imię i Nazwisko:... I

Metody Programowania

Rozwiązywanie problemów metodą przeszukiwania

Ziemia obraca się wokół Księżyca, bo posiadając odpowiednią wiedzę można stwierdzić, czy są prawdziwe, czy fałszywe. Zdaniami nie są wypowiedzi:

Podstawy Automatyki. Wykład 13 - Układy bramkowe. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Programowanie deklaratywne

4 Klasyczny rachunek zdań

Ćwiczenie numer 4 JESS PRZYKŁADOWY SYSTEM EKSPERTOWY.

SZTUCZNA INTELIGENCJA

Sterowniki Programowalne (SP)

Programowanie liniowe

Algorytm Dijkstry znajdowania najkrótszej ścieżki w grafie

System hilbertowski. Plan wykładu. hilbertowskiego. Definicja systemu hilbertowskiego. Podstawowe twierdzenie systemu. Podstawowe twierdzenie systemu

INTERNETOWE BAZY DANYCH materiały pomocnicze - wykład X

1 Moduł Neuronu Analogowego SM

Aproksymacja funkcji a regresja symboliczna

Systemy ekspertowe i ich zastosowania. Katarzyna Karp Marek Grabowski

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Podstawy Automatyki. Wykład 13 - Układy bramkowe. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Metody eksploracji danych. Reguły asocjacyjne

Podstawowe własności grafów. Wykład 3. Własności grafów

JEZYKOZNAWSTWO. I NAUKI O INFORMACJI, ROK I Logika Matematyczna: egzamin pisemny 11 czerwca Imię i Nazwisko:... FIGLARNE POZNANIANKI

Logika Temporalna i Automaty Czasowe

Indukcja. Materiały pomocnicze do wykładu. wykładowca: dr Magdalena Kacprzak

Konsekwencja logiczna

Grafika komputerowa Wykład 8 Modelowanie obiektów graficznych cz. II

Metoda Tablic Semantycznych

Sztuczna Inteligencja Projekt

Lekcja 3: Elementy logiki - Rachunek zdań

Adam Meissner SZTUCZNA INTELIGANCJA

Indukowane Reguły Decyzyjne I. Wykład 3

Programowanie obiektowe

xx + x = 1, to y = Jeśli x = 0, to y = 0 Przykładowy układ Funkcja przykładowego układu Metody poszukiwania testów Porównanie tabel prawdy

LOGIKA I TEORIA ZBIORÓW

Reprezentacje grafów nieskierowanych Reprezentacje grafów skierowanych. Wykład 2. Reprezentacja komputerowa grafów

Matematyczne Podstawy Informatyki

Modelowanie hierarchicznych struktur w relacyjnych bazach danych

Podstawowe operacje arytmetyczne i logiczne dla liczb binarnych

Pracownia Informatyczna Instytut Technologii Mechanicznej Wydział Inżynierii Mechanicznej i Mechatroniki. Podstawy Informatyki i algorytmizacji

Graf. Definicja marca / 1

1 Automaty niedeterministyczne

6. Zagadnienie parkowania ciężarówki.

Systemy ekspertowe. Wnioskowanie w systemach regułowych. Część piąta. Autor Roman Simiński.

Logika intuicjonistyczna

Internet Semantyczny i Logika I

Jak wnioskują maszyny?

Spośród licznych filtrów nieliniowych najlepszymi właściwościami odznacza się filtr medianowy prosty i skuteczny.

Instytut Automatyki i Inżynierii Informatycznej Politechniki Poznańskiej. Adam Meissner. Elementy uczenia maszynowego

Reprezentacja wiedzy ontologie, logiki deskrypcyjne

Jeśli X jest przestrzenią o nieskończonej liczbie elementów:

Metody dowodzenia twierdzeń i automatyzacja rozumowań Tabele syntetyczne: definicje i twierdzenia

Elementy logiki i teorii mnogości

Struktury formalne, czyli elementy Teorii Modeli

Wstęp do Techniki Cyfrowej... Algebra Boole a

Wstęp do Techniki Cyfrowej... Teoria automatów

Wprowadzenie do Prologa

INŻYNIERIA WIEDZY I SYSTEMY EKSPERTOWE

Logika. Michał Lipnicki. 18 listopada Zakład Logiki Stosowanej UAM. Michał Lipnicki Logika 18 listopada / 1

Wstęp do programowania

w analizie wyników badań eksperymentalnych, w problemach modelowania zjawisk fizycznych, w analizie obserwacji statystycznych.

Transkrypt:

2015 Adam Meissner Instytut Automatyki i Inżynierii Informatycznej Politechniki Poznańskiej Adam Meissner Adam.Meissner@put.poznan.pl http://www.man.poznan.pl/~ameis SZTUCZNA INTELIGENCJA Reprezentowanie i przetwarzanie wiedzy o czasie literatura [1] Allen J.F., Maintaining Knowledge about Temporal Intervals; Comm. ACM 26 (1983) 832-943. [2] Kamiński J., Przegląd algorytmów utrzymywania wiarygodności, raport IPI PAN nr 639, sierpień 1988, Warszawa. [3] McDermott D.V., A Temporal Logic for Reasoning about processes and plans, Cognitive Sci. 6 (1982) 101-155. [4] Puppe F., Systematic Introduction to Expert Systems, Springer-Verlag, 1993.

Plan wykładu 2015 Adam Meissner 1. Zagadnienia dotyczące czasu w systemach z wiedzą zależności czasowe miedzy zdarzeniami zmienność wiedzy w czasie 2. Reprezentowanie zależności czasowych między zdarzeniami [4] reprezentacja bezwzględna reprezentacje względne 3. Przetwarzanie wiedzy zmiennej w czasie wnioskowanie niemonotoniczne systemy utrzymywania wiarygodności (ang. Truth Maintenance Systems). 2

Zależności czasowe między zdarzeniami reprezentacja bezwzględna (czas jako oś liczbowa) zalety: prostota technik reprezentowania i przetwarzania wiedzy wady: wymóg precyzyjnego określania czasu zachodzenia zdarzeń reprezentacje względne rachunek punktów [McDermott D.V. 1982] rachunek interwałów [Allen J.F. 1983]. Reprezentacja bezwzględna zastosowania: nauki techniczne, medycyna system VM [Fagan L. 1984] sterowanie pracą respiratora na podstawie pomiarów ciśnienia krwi pacjenta, tętna i tempa oddychania reprezentacja wiedzy wzorowana na syst. MYCIN dokonywanie pomiarów 30 razy na dobę o ściśle określonych porach system MED2 [Puppe F. 1987] udoskonalenie systemu VM rejestrowanie wyników pomiarów w różnych odstępach, możliwość odnoszenia momentu pomiaru do wskazanego punktu czasowego funkcje mechanizmu wnioskującego: (1) wyznaczanie czasu, jaki upłynął między dwoma pomiarami, (2) wyznaczanie zmian wartości oraz dynamiki zmian danego parametru w okresie między pomiarami. 3

Rachunek punktów [McDermott D.V. 1982] REPREZENTACJA WIEDZY O ZALEŻNOŚCIACH CZASOWYCH zdarzenia są reprezentowane za pomocą punktów czasowych w przestrzeni punktów czasowych definiuje się funkcję odległości przyporządkowującą parze punktów liczbę całkowitą Dist baza wiedzy o zależnościach czasowych jest grafem: wierzchołkami grafu są punkty krawędzie oznaczają zależności między punktami; zależności te mają postać ograniczeń Elt, reprezentowanych przez wyrażenia (MinDist, MaxDist) z dowolną parą punktów połączonych ścieżką związane jest ograniczenie będące złożeniem ograniczeń przypisanych poszczególnym krawędziom ścieżki podstawowym warunkiem niesprzeczności bazy wiedzy jest wymóg, aby dla każdego ograniczenia MinDist MaxDist. Przykład 1 (baza wiedzy o zal. czasowych) p1 c1 (6, 9) p2 c2 (2, 5) c3 (3, 7) c4 (5, 8) p3 Elt(p 3, p 2 ) = (5, 7) Elt(p 1, p 2 ) = (7, 9) 4

REPREZENTACJA WIEDZY PRZEDMIOTOWEJ pojęcia podstawowe interwał czasowy (p 1, p 2 ) token, zachodzenie tokenu P podczas interwału (p 1, p 2 ) struktura bazy wiedzy fakty i domniemania (ang. beliefs) reguły metody wnioskowania wnioskowanie progresywne P 1... Pn => Q (t 1,1, t 1,2 ) (t n,1, t n,2 ) (t 1,1, t 1,2 )... (t n,1, t n,2 ) wada: generowanie wielu bezużytecznych wniosków automatyczna projekcja Z P 1... Pn => Q (z 1, z 2 ) (q 1, q 2 ) zalety: możliwość posługiwania się demonami systemowymi, ustalanie priorytetów zdarzeń wnioskowanie o domniemaniach posługiwanie się domyślnymi założeniami o zdarzeniach, np. że każde zdarzenie trwa począwszy do pojawienia się informacji o jego zajściu, aż do nadejścia wiadomości o jego zakończeniu wykorzystanie systemu TMS, działającemu na zabezpieczeniach (ang. protection). 5

Przykład 2 (weryfikacja domniemań) Dana jest baza wiedzy 14:00 - Malinowski otrzymuje wiadomość dla Kowalskiego, 18:00 - Kowalski przychodzi do Iksińśkich, 21:00 - Malinowski przychodzi do Iksińskich. Na podstawie ww. bazy wiedzy można domniemywać, że Malinowski przekazał wiadomość Kowalskiemu. Jednakże po wprowadzeniu nowego faktu 20:00 Kowalski wrócił do domu powyższe domniemanie przestaje obowiązywać. Podsumowanie: rachunek punktów dobrze nadaje się do reprezentowania zdarzeń z zależnościami opisanymi za pomocą wielkości liczbowych trudności sprawia wyrażanie relacji typowo względnych, jak np. przed czy po. 6

rachunek interwałów [Allen J.F. 1983] pojęcia podstawowe interwał czasowy relacja względna między parą interwałów,typy relacji względnych między interwałami relacja symbol relacji symbol relacji ilustracja graficzna odwrotnej X before Y < > ---- ---- X meets Y m mi ----- ---- X overlaps Y o oi -------- -------- X during Y d di ----- ---------- X starts Y s si ------- ------------- X finishes Y f fi ------- ------------- X equals Y = = ------------- ------------- REPREZENTACJA WIEDZY PRZEDMIOTOWEJ baza wiedzy o zależnościach czasowych ma postać grafu: wierzchołki grafu reprezentują interwały krawędzie są etykietowane przez zbiory relacji, jakie mogą zachodzić między interwałami podstawową operacją wykonywaną na bazie wiedzy jest wprowadzenie nowej relacji między wskazanymi interwałami; w procesie tym uaktualnia się całą bazę wiedzy poprzez propagowanie ograniczeń i usuwanie relacji o charakterze przypuszczeń sprzecznych 7

Algorytm wprowadzania nowej relacji do bazy wiedzy Dane: baza wiedzy B w postaci grafu, nowa relacja między parą wierzchołków R(i, j). Wynik: baza wiedzy B rozszerzona o relację R(i, j). Metoda: Constraints(R1, R2) { C = ; for_each r1 in R1 do for_each r2 in R2 do C = C T(r1, r2); return(c) } Fragment tablicy T B r2 C A r1 B o d o d s 8

Add( R(i, j) ) { Put((i,j), ToDo); while NotEmpty(ToDo) { Get((i,j), ToDo); N(i, j) = R(i, j); for_each k do { R(k, j) = N(k, j) Constraints(N(k, i), R(i, j)); if R(k, j) N(k, j) then Put((k, j), ToDo); } for_each k do { R(i, k) = N(i, k) Constraints(R(i, j), N(j, k)); if R(i, k) N(i, k) then Put((i, k), ToDo); } } zastosowanie interwałów referencyjnych Przykład 3 życie d d d < przedszkole m nauka m praca (życie) (życie) (życie) s d f szkoła podstawowa m szkoła średnia < studia (nauka) (nauka) (nauka) < 9

Przetwarzanie wiedzy zmiennej w czasie zmienność wiedzy w czasie jest zjawiskiem dotyczącym większości praktycznie wykorzystywanych systemów przetwarzających wiedzę przyjmuje się, że wprowadzenie nowej wiedzy do systemu może pociągać za sobą dwojakie skutki (1) rozszerzenie zbioru konsekwencji, jakie można wywnioskować na podstawie wcześniej zgromadzonej wiedzy (2) zawężenie tego zbioru w wypadku (2) mówi się o wnioskowaniu niemonotonicznym, tzn. A A Cn(A) Cn(A ) przykładem niemonotonicznej reguły wnioskowania jest negacja przez porażkę (ang. negation as failure) stosowana w Prologu. Przykład 4 P = {}, not(q) Cn(P), P' = { q. }, not(q) Cn(P'). Do opisu wnioskowania niemonotonicznego można wykorzystać operator unless F 1 F m unless(d 1 ) unless(d n ) W wyrażenie unless(d) jest prawdziwe o ile formuła D jest fałszywa albo jej wartość logiczna nie jest znana. 10

Systemy utrzymywania wiarygodności system utrzymywania wiarygodności (ang. Truth Maintenance Systems) służy do wyznaczania konsekwencji rozszerzania bazy wiedzy w pewnym systemie przetwarzającym wiedzę system utrzymywania wiarygodności oraz mechanizm wnioskujący stanowią odrębne lecz współpracujące ze sobą moduły systemu przetwarzania wiedzy posługiwanie się systemem TMS z reguły wymaga reprezentowania wiedzy w postaci sieci zależności niektóre rodzaje systemów TMS: JTMS oparty na uzasadnieniach (ang. Justificationbased TMS) ATMS oparty na założeniach (ang. Assumptionbased TMS) LTMS logiczny TMS (ang. Logic-based TMS). 11

System JTMS [John Doyle, 1979] POJĘCIA PODSTAWOWE sieć zależności w systemie składa się z węzłów (ang. nodes) i uzasadnień (ang. justifications) węzeł ma postać pary (F, E), gdzie F jest formułą z bazy wiedzy a E jest etykietą, E {IN, OUT} uzasadnienie ma postać pary (R, L), gdzie R jest regułą a L = (L-IN, L-OUT) jest parą list złożonych z węzłów węzeł bezpośrednio wspiera uzasadnienie, o ile jest elementem listy L-IN lub listy L-OUT tego uzasadnienia uzasadnienie bezpośrednio wspiera węzeł jeżeli formuła zawarta w węźle należy do wniosków płynących z reguły reprezentowanej przez to uzasadnienie uzasadnienie jest słuszne, jeżeli każdy element listy L-IN tego uzasadnienia ma etykietę IN a każdy element listy L-OUT ma etykietę OUT węzeł nazywany jest założeniem o ile jest bezpośrednio wspierany przez co najmniej jedno uzasadnienie słuszne, a każde ze słusznych uzasadnień wspierających ma niepustą listę L-OUT sieć zależności jest poprawnie etykietowana o ile każdy węzeł wspierany przez co najmniej jedno słuszne uzasadnienie ma etykietę IN - w przeciwnym wypadku węzeł ten ma etykietę OUT każdy węzeł oznaczający sprzeczność ma etykietę OUT. 12

ZADANIE SYSTEMU JTMS 2015 Adam Meissner Dla danej sieci zależności skonstruować jej poprawne etykietowanie. DZIAŁANIA WYKONYWANE PRZEZ SYSTEM JTMS dodawanie węzłowi nowego uzasadnienia dodawanie nowego węzła do sieci zależności usuwanie sprzeczności. Przykład 5 (sieć zależności) ZARYS METODY DODAWANIA WĘZŁOWI NOWEGO UZASADNIENIA 1. Jeżeli nowe uzasadnienie jest słuszne a rozpatrywany węzeł ma etykietę OUT, to wykonać krok 2, w przeciwnym wypadku zakończyć działanie. 2. Zmienić węzłowi etykietę na IN a następnie wyznaczyć konsekwencje tej zmiany w całej sieci zależności. 13

ZARYS METODY USUWANIA SPRZECZNOŚCI (WG [2]) Wejście: węzeł N oznaczający sprzeczność z etykietą IN Wyjście: węzeł N z etykietą OUT albo sygnał fail 1. Dla każdego słusznego uzasadnienia U węzła N wykonać kroki 2-3. 2. Skonstruować zbiór S = {A 1,, A i,, A n } zawierający wszystkie bezpośrednie założenia wspierające uzasadnienie U. Jeżeli zbiór S jest pusty to zakończyć z sygnałem fail (sprzeczności nie można usunąć na poziomie TMS-u). 3. Ze zbioru S wybrać dowolne założenie A i i dla każdego uzasadnienia słusznego węzła A i wybrać pewien element D j z listy L-OUT tego uzasadnienia, postaci D 1,, D j,, D k. Następnie, dodać węzłowi D j nowe, słuszne uzasadnienie, którego lista L-IN ma postać A 1,, A i-1, A i+1,, A n a lista L-OUT jest postaci D 1,, D j-1, D j+1,, D k. Metodę usuwania sprzeczności ilustruje poniższy rysunek; nowo dodane uzasadnienie ma kolor czerwony, etykiety wierzchołków dotyczą stanu sprzed dodania tego uzasadnienia. 14

System ATMS [Johan de Kleer, 1986] system ATMS nie posiada takich wad systemu JTMS jak: wyznaczanie pojedynczego rozwiązania, migotanie etykiet, nadrestrykcyjne traktowanie sprzeczności, wiedzę w systemie ATMS reprezentuje zbiór węzłów postaci (F, E, U) gdzie F jest formułą z bazy wiedzy, U jest zbiorem uzasadnień, tj. formuł (implikacji) opisujących zależność formuły F od formuł zawartych w innych węzłach, zaś E jest etykietą, tj. zbiorem kontekstów, czyli zbiorów K formuł, takich że ( K E) (K U F). ZADANIE SYSTEMU ATMS Dla każdego węzła w sieci zależności skonstruować etykietę, która jest niesprzeczna, trafna, pełna i minimalna, DZIAŁANIA WYKONYWANE PRZEZ SYSTEM ATMS dodawanie uzasadnienia węzłowi i wyznaczenie etykiety oznaczanie kontekstu K jako sprzecznego (nogood(k)) generowanie nowego węzła konstruowanie nowego uzasadnienia. Przykład 6 Dany jest zbiór następujących węzłów: (a, {{A, G}}, ), (b, {{B}, {C, D}, {A, C}}, ), (c, {{}}, ) oraz wyrażenie nogood({g, C }). Po dodaniu uzasadnienia a b c system wylicza etykietę węzła z formułą c: (c, {{A, G, B}, {A, G, C, D}, {A, G, C}}, ) (e. trafna i pełna) (c, {{A, G, B}, {A, G, C}}, ) (e. trafna, pełna i minimalna) (c, {{A, G, B}}, { a b c }) (e. trafna, pełna, minimalna i niesprzeczna) 15