Логическая модель представления знаний

Одним из способов представления знаний является язык математической логики, позволяющий формально описывать понятия предметной области и связи между ними. Все логические модели знаний представляются четверкой (формальной системой):

M = < T, P, A, F >,

где T –алфавит (множество базовых элементов);

P –множество правил построения синтаксически правильных выражений;

A – априорно истинные выражения (аксиомы);

F –правила вывода новых истинных выражений в рамках М.

В качестве М в логических моделях знаний в настоящий момент чаще всего используются исчисление высказываний и исчисление предикатов первого порядка.

В исчислении высказываний в качестве выражений используются высказывания. Высказывание – это утверждение, которое может принимать значение "истина" или "ложь".

Новые высказывания получаются из существующих путем применения к ним операций И (конъюнкции), ИЛИ (дизъюнкции), НЕ (отрицания) и импликации (→).

Исчисление предикатов первого порядка является дальнейшим развитием исчисления высказываний. Предикат первого порядка – это n-местное отношение между объектами, которые называютсяаргументами предиката (n=1,2,3,...). Количество аргументов называется арностью, или местностью предиката.

Предикат можно рассматривать как утверждение, которое истинно, если истинными являются все его аргументы.

Предикаты записываются в виде:

F (a, b, ..., x, y, ...),

где F – предикатный символ, или имя предиката (имя предиката всегда начинается с прописной буквы);

a, b, x, y – аргументы предиката, причем а, b– константы (т.е. аргументы, которые могут иметь только одно значение); x, y – переменные (могут принимать несколько значений).

Константы обычно записываются начальными буквами алфавита, а переменные – последними.

В отличие от исчисления высказываний в исчислении предикатов используются квантор общности (") и квантор существования ($).

Рассмотрим их различное использование на примере двухместного предиката

любит (Х, У),

который описывает отношение «Х любит Y»:

- ("X) ("Y) любит (Х, Y) – все люди любят всех людей;

- ($Х) ("Y) любит (Х, Y) – существует человек, который любит всех;

- ("Х) ($Y) любит (Х, Y) – для каждого человека существует тот, который его любит;

- ($Х) ($Y) любит (Х, Y) – существует человек, который кого-нибудь любит.

Основным методом вывода в исчислении предикатов 1-го порядка является предложенный Робинсоном в 60-х годах метод резолюции – для любых двух дизъюнктов С1 и C2, если существует литера L1 в С1, которая контрарна литере L2 в C2, вычеркнув L1 и L2 из С1 и C2 соответственно, можно построить дизъюнкцию оставшихся дизъюнктов, и построенный дизъюнкт есть резольвента С1 и C2.

Например, С1:Р Ú R, C2:^Р Ú Q, тогда С3:R Ú Q – резольвента С1 и C2.


Достоинства логических моделей представления знаний:

1. В качестве «фундамента» здесь используется классический аппарат математической логики, методы которой достаточно хорошо изучены и формально обоснованы.

2. Существует достаточно эффективные процедуры вывода, в том числе реализованные в языке логического программирования Пролог.

3. В базах знаний можно хранить лишь множество аксиом, а все остальные знания получать из них по правилам вывода.