1

Системы принятия решений СЦ с элементами ИИ и извлечения знаний из

текстов на естественном языке

ФГАНУ «Центр информационных технологий и систем органов исполнительной власти – ЦИТиС»

Бетин В.Н., к.т.н, ведущий научный сотрудник

E-mail: betin_v@mail.ru

Цель и задачи

Цель Создать качественно новый СЦ,

способный автоматически находить ответы на непредсказуемые вопросы

Для этого нужно• 1. Создать программную компоненту,

реализующую аналитические способности интеллекта

• 2. Разработать программные средства пополнения БЗ по текстам на неадаптированном естественном языке

2

1. Создание компоненты, реализующей аналитические

способности интеллектаМозг управляет действиями - операциями, который сознательно и

бессознательно выполняет наш организм.

Интеллект - это механизм адаптации, в основе которого лежит способность оценить последствия своих и чужих действий без выполнения этих действий.

А адаптация есть не что иное, как ИЗОБРЕТЕНИЕ СХЕМЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ДЕЙСТВИЙ (своих и чужих) в пространстве и времени, направленной на изменение среды обитания и самого субъекта в нужную ему сторону.

МОЗГ ЗАНЯТ ИССЛЕДОВАНИЕМ ОПЕРАЦИЙ

3

Структура типовой операции

4

ПреобразованиеF (X) -> Y

Субъект, выполняющий преобразование

Вх. объект X_1 [ t ]

Вх. объект X_n [ t ]

Вых. объект Y_1 [ t+d ]

Вых. объект Y_m [ t+d ]

Каждая операция определяет отношение причины и следствия - объекты на выходе могут быть получены из объектов на входе вследствие выполнения операции

Поставим в соответствие объектам, участвующим в преобразованиях, состояние S

S = «есть», если объект относится к ресурсам либо достижим; S= «нужно», если объект относится целям или промежуточным целям; S = «?» (неопределенное значение), если у субъекта пока нет данных; S = «решение», если объект достижим и является целью

Сеть функциональных нейронов (ФН-сеть)

5

число:"a*x+b*x" s=?

X

число:"a", s="есть"

число:"x", s="есть"

число:"b", s="есть"

число:"a*x" s=?

X

число: "b*x" s=?

+

+

число:"с" s="есть"

число:"y", s="нужно"

+

число:"q" s=?

число:"w" s=?

-

число:"t" s=есть

число:"e" s=?

Задача – это пара (ресурс, цель) Решить задачу – это значит найти схему выполнения операций,

трансформирующих ресурсы в цель ФН-сеть – это представление множества суперпозиций операций (архив

условных рефлексов) Механизм распространения волн «есть»/«нужно» позволяет выделить из ФН-

сети искомую суперпозицию операций, решающую проблему пользователя (при условии, что она там есть)

ФН-сеть для описания задачи вычисления y=a×x+b×x+c (y – нужно, a, b, c, x – есть)

Трансформация ФН-сети (1)

6

число:"a*x+b*x",s=?

×

число:"a", s="есть"

число:"x", s="нужно"

число:"b", s="есть"

число:"a*x", s=?

×

число: "b*x", s=?

+

+

число:"с",s="есть"

число:"d", s="есть"

+

число: "a+b", s='?'

число: "0", s="есть"

Логическая переменная: "true", s="есть"

Рис. 4 Пример представления классов в БЗ. Они определяют преобразования

Число a Число b Число d

XX +

+ x

Число r

F1

F2

dbda +

)( db

dba + )(

)( ba +

dbdadbaGиdbadbdaG ++++ )(:)(: 21

)( da

"a*x+b*x",?

'*':mult_1

"a","есть" "x","нужно" "b","есть"

"a*x",?

'*':mult_2

"b*x",?

'+':add_1

'+':add_2

"с","есть"

"d","есть"

'+':add_3

'*':mult_3

"a+b", ?

xbxa +xba + )(F1:g

#

"0","есть"

L,"истина","есть"

ФН-сеть, описывающая задачу a×x+b×x+c=d, (a+b)≠0

Подстановка

Трансформация ФН-сети (2)

7

'+'

Число: A Число: X

Число: B

'-'

"" bxa +

"" xab

"" xabbxa +F3:

"" bxaxab +F4:

Операция '/''

Число: AЧисло: B

Число: X

"/" xab

Операция

Операция '*''

Число: AЧисло: X

Число: B

"" bxa

Число:" 0"

bool:" true",есть

"/" xabbxa F5:

"/" bxaxab F6:

"a+b","решение""x","решение"

'*':mult_3

"a*x+b*x", решение

'+':add_2

"d","решение"

"с","решение"

'/':div_1

'-':sub_1

ТМ добавлен после первого расширения

Это преобразованиедобавлено на втором шаге расширения(подстановка F5)

Это преобразование добавлено на третьем шаге расширения(Подстановка F3)

ФН-сеть, описывающая обратимость операций сложения и вычитания

ФН-сеть, описывающая обратимость операций умножения и деления

Фрагмент сцены с добавленными связями на 2-й и 3-й итерациях

Двухуровневый автомат поиска решения

8

Текущее состояние

задачи

База знаний { G }

Расширение нейронной сети

)},({1 rr ZGZ +)( rnf Xe

)( rkf Yh

rZ

Обратная волна

Прямая волна

Преобразования нижнего уровня (они не меняют структуру

нейронной сети Zr)

Анализ условий окончания процесса поиска решения

Решение найдено( Zr не содержит

элементов в состоянии "нужно")

Возможности поискаисчерпаны

)( 1+ rr ZZ

“Или”

Текущее состояние

задачи

1+rZ

“Не”

Продолжать/Завершить

нижний уровень – распространение волн «есть»/«нужно» по ФН-сети

верхний уровень – расширение исходной ФН-сети за счет подстановок сцен из базы знаний

Средства формирования базы знаний

9

Выбратьтовар

Оформитьсчет

Оплатить

Выдатьтовар

Каталог Заявка

Счет

Деньги

Товары

Накладная

Товар

Покупатель

Продавец

Кладовщик

из IDEF0 – функциональное представлениеи структурная декомпозиция

из UML – классы, объекты и отношения

Единая форма представления знаний• информационное представление некоторого объекта g – это кортеж, задающий

его реляционную модель:

10

)},{(,, pPgG информационное представление операции f это кортеж:

)},{()},,{(,, yYxXfF• единая форма представления в виде параметризированного двухполюсника, задающего преобразование сцен:

}{)},,{()},,{()},,{(,, RyYxXpPgGНа множестве классов определено отношение наследования: - наследник содержат все параметры предка R;- наследник может выполнять все операции, которые может выполнять R;- если объект класса R служит параметром для класса A, то в качестве значения этого параметра может использоваться и объект класса G;- если некоторая операция применима к объекту класса R, то она также применима и к объектам класса G;- если объект класса G может быть получен в результате выполнения операции, то и объект класса R может быть получен с помощью той же операции.

Пример использования

11

Форель

Съесть

Вырастить

Выловить

Форельсыта Рыбовод

Вырастить

Температура t

Пруд

ПриростБиокорм

exp(-(t-Tp)**2) U

БиокормРасход Биокорм

-a*Rk

+ Прирост форелиexp(-(t-Tr)**2) p*Pk

Отловленная форель -v*Rk

+

<0

<0

Объем V

/Тепло Q

BrBp

Исходный технологический процесс прудового производства рыбы

Вопросы: - что будет, если ловить больше рыбы? - что нужно сделать, если это невозможно?

Результат решения задачи 1(реализация логических способностей интеллекта)

1. Определена функциональность 2-х уровневого автомата поиска решения, обеспечивающая механизм автоматического поиска аналитических решений

2. Выявлена единая структура данных для классов объектов и операций, описывающая знания из произвольных предметных областей.

3. Создан графический язык расширенных IDEF-диаграмм для представления как математических выражений, так и сцен из произвольных предметных областей, существующих в виде словесных описаний

12

Механизм преобразования и текста в непротиворечивую семантическую модель (задача 2)

Исходный текст (предложение) - последовательность слов <Ai>

Морфологический разбор

Последовательность векторов лексем

W1

W2

Wn

W1

W2

Wn

W1

W2

Wn*** *** ***

Модуль формирования сцен

Синтаксический разбор

Семантический разбор

Прагматический анализ

Множество Непротиворечивых сцен

Множество Деревьев разбора

Грамматические правила с шаблоном сцены

13

Понимание текста (речи)

Инф=#ACуществ.Им.падеж

Инф #PОпределение

Инф #GСказуемое

Вид=несовершИнф. #D

ДополнениеCущ

Вин.падеж

Инф. #OОбстоятельство

Запятая

Запятая

Запятая

Инф #RОпределение

Точка

#G

#A:

#D

#O2

#P

#O1

#P

Грамматическое правило в виде графа Шаблон сцены

Одеть:Сделать

Субъект=?

Котелок:Шляпа

Результат

Одежда:материал

T*

Большой

МатериалВася

Большой

Вася

Одетый

Паре (объект=Вася, параметр=Одетый) соответствует сцена, в которой описывается, что котелок находится сверху на голове, а голова является частью Васи

Делать

Обед

TnextT

T* <= T

Делать

Вася

ОбедTnextT

Большой

Котелок«Большой Вася делает обед в котелке.»,«Большой Вася в котелке делает обед.»

Большой Делать

Обед

Вася

ВКотелке

В КотелкеБольшой Вася Делать

Обед

Котелок:

Обед

14

Выводы

1. Структуры данных в виде ФН-сетей одинаково подходят, как для представления формул, так и для функционального описания “плохо формализуемых" произвольных предметных областей.

2. Двух уровневый автомат трансформации ФН-сетей позволяет находить аналитическое решение проблемы в виде схемы выполнения операций, преобразующей исходную ситуацию (ресурсы) в желаемую ситуацию (цель).

3. Семантическое представление в виде ФН-сетей в базе знаний не используют никаких дополнительных лингвистических знаний и может быть получено средствами графического редактора, поддерживающего расширенные IDEF0-диаграммы.

4. Предложенная схема представления грамматических правил в сочетании с автоматом поиска решения позволяет формировать базы знаний из неадаптированных текстов на естественном языке.

15

• Бетин В.Н., Лукьянов С.Э., Супрун А.П. Выделение знаний из текстов на естественном языке в интеллектуальной аналитической системе //Информация и связь, 2011 №6 стр.51-54

E-mail: Betin_V@mail.ru

16