Konzeptualisierung. WissensreprŠsentation: Aufgaben. 2 Modellierung und Programmierung. Methoden der KŸnstlichen Intelligenz

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1 ReprŠsentationssprachen 2 Modeierung und Programmierung 4. Voresung: Repräsentationssprachen Methoden der KŸnstichen Inteigenz Ipke Wachsmuth ÊWS 2000/2001 u Bisang: Prädikatenogik und aternative Notationen as Mögichkeit der Darsteung von Fakten und regehaften Zusammenhängen über einen Wetausschnitt motiviert u Für konkrete Zwecke wurden speziee Repräsentationssprachen entworfen (z.b. FRL), mit unterschiedichen Ansprüchen an Komfort, Ausdrucksfähigkeit und Verwendungsaspekte. u Kommen überdies forma definierte Operationen zur Abeitung von Konsequenzen (durch Inferenzbidung) dazu, spricht man auch von Repräsentationsformaismus. Zie heute: Einbick in weitere Repräsentationssprachen und -ideen 4. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 2 WissensreprŠsentation: Aufgaben Konzeptuaisierung u Repräsentationsformaismen Entwurf von ReprŠsentationsformaismen Bereichsmodeierung Beschreibungsmitte für symboisch darzusteendes Wissen automatische aufgabengesteuerte Berechnung von Inferenzen über der Menge kodierten Wissens u Modeierung bestimmter Fachgebiete und Wetbereiche ( Domänen ) u Jede formae Wissensrepräsentation basiert auf einer Konzeptuaisierung der betrachteten Wet ( Domäne ): Darunter versteht man die Objekte/Konzepte, deren Existenz für eine Domäne angenommen wird, und ihre Beziehungen (Reationen) untereinander. u Eine Konzeptuaisierung ist eine abstrakte (begriffiche) Sicht auf die zu modeierende Domäne. u Für KI-Systeme/Agenten hängt aso das, was in ihrer konzeptuaisierten Wet existieren kann (die Ontoogie ), davon ab, was repräsentierbar ist. 4. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 3 4. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 4

2 Vokabuar fÿr ReprŠsentationen ãconceptua PrimitivesÒ-Ansatz Roger Schank Pat Hayes u ãthe initia choice of [primitives] to represent knowedge in a new domain is necessariy ad hoc. We make an initia, tentative commitment to a new set... In the process of codifying new knowedge, using the knowedge in computing programs... we modify, change or even repace our origina choice... We beieve that this method rapidy converges upon a... set of basic units that organizes the knowedge of the domain...ò u ãthe symptom of having got [the vocabuary] wrong is that it seems hard to say anything very usefu about the concepts one has proposed... It is easier, fortunatey, to recognize when one [has got it right]: assertions suggest themseves faster than one can write them down.ò [Quee: Charniak & McDermott, S.324] u Idee: die Repräsentation wird aus fest vorgegebenen Grundeinheiten ( konzeptueen Primitiven ) komponiert u As Beispie wird hier betrachtet: Roger Schanks Conceptua Dependency (CD)-Notation u entwicket für die semantische Repräsentation in Programmen zur Verarbeitung natüricher Sprache u Zierichtung: Atagswet ( everyday human actions ) u Basiseinheit: event (oder auch conceptuaization ) 4. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 5 4. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 6 event-token event-type Beispie:Êptrans (physischer Transfer) agent (event ev-29 ( do john-22 (ptrans book-3 dunham becton))) (speed ev-29 sow) (vehice ev-29 gofcart-103) in sot-assertion-notation: (inst ev-29 ptrans) (agent ev-29 john-22) (patient ev-29 book-3) (source ev-29 dunham) (dest ev-29 becton) (speed ev-29 sow) (vehice ev-29 gofcart-103) action denotiert ãphysischen TransferÒ: ein Handungsprimitiv/Primitive Act! hypothetisches Ereignis; wird konkret mit Assertierung von (happen ev-29) (actua-event token type) bedeutet (and (event token type) (happen token)) 4. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 7 ãprimitive ActsÒ (nach R. Schank) (ptrans object pace-1 pace-2) ein Objekt wird physisch transferiert (move body-part dest) ein Körpertei wird wohin bewegt (atrans object owner-1 owner-2) Kontroübergabe (abstrakter Transfer) (prope object pace-1 pace-2) ein Objekt wird abgestoßen (grasp object) ein Objekt wird gegriffen (ingest object orifice) (expe object orifice) etwas wird eingenommen / exkretiert ein Beschreibungs-Repertoire für everyday human actions (mtrans info pace-1 pace-2) Informationstransfer (menta); dabei ist info eine Forme oder ein Term (mbuid formua) der Actor nimmt formua zu den beiefs (speak sounds) z.b. einen string von Phonemen (eine Mögichkeit des mtransens) (attend sensor-type object) ein Objekt wird perzipiert, z.b. (attend eye book-23) 4. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 8

3 Beispiee zuêmtrans Story von John und dem Lšwen (do john-22 (mtrans (name-of murderer-23) (head john-22) (head poice-chief-7))) John übermittet den Namen des Mörders an den Poizei-Chef. John was waking through the woods. A ion appeared, hungry and in a rage. John kied it. (actua-event ev-279 (do jack-84 (mtrans (actua-event ev-303 (do janet-50 (ptrans kite-3 house-4 store-5))) (head jack-84) (head say-3)))) Jack erzähte Say, daß Janet den Drachen in den Laden gebracht hat. Im ersten Fa wird ein Symbo und im zweiten Fa eine Forme transferiert. 4. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 9 4. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 10 John was waking through the woods. A ion appeared, hungry and in a rage. John kied it. Bemerkungen zu ãprimitivesò (actua-event ev-1 (do john-22 (ptrans startpace-1 (part midde woods-2 )))) (precede ev-1 ev-2) (actua-state ev-4 (oc ion-3 (near john-22))) (precede ev-4 ev-2) (actua-event ev-2 (do john-22 (mtrans (actua-state ev-4 (oc ion-3 (near john-22))) eye (head john-22 )))) (actua-event ev-3 (do john-22 (attend eye ion-3))) (instr ev-2 ev-3) (actua-event ev-5 (hungry ion-3 very)) (actua-event ev-6 (angry ion-3 very)) (same-time ev-5 ev-6) (actua-event ev-7 (do john )) (actua-event ev-8 (become (dead ion-3))) (resut ev-7 ev-8) (reason ev-2 ev-7) Die Geschichte in CD-Repräsentation 4. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 11 u Die Idee der konzeptueen Primitive obwoh nett hat sich für größere Domänen as zu beschränkt erwiesen (das scaing-up -Probem). u Es feht die Mögichkeit, bei Bedarf weitere Konzepte zur Differenzierung einzuführen (das geht z.b. in KL-ONE). u Aerdings sind konzeptuee Primitive für den Zweck der Mensch-Maschine-Kommunikation interessant, da die Anzah der primitive acts dort überschaubar ist. > hierüber später mehr Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 12

4 Ideen von KL-ONE-Sprachen T-Box, A-Box (ab 1980: KL ONE, KRYPTON, KL TWO, NIKL, BACK, MESON, SB ONE... ) (KL-ONE-SPRACHE KRYPTON ) T-Box: Terminoogy A-Box: Assertions u Trennung zwischen terminoogischem und sonstigem Wissen ( T-Box, A-Box ) u T-Box: u A-Box: Vererbungshierarchien mit präziser Semantik definierte Konzepte; keine Defauts automatische Kassifikation neuer Objekte anhand ihrer Eigenschaften mögich Zuschreibung sonstiger (zufäiger) Eigenschaften für einzene Individuen T-Box: Taxonomie strukturierter Terme A-Box: PL-Formen, deren Prädikate in der T-Box definiert sind Symbotabee: enthät die Namen der T-Box-Terme 4. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 14 Konzepte & Roen in KL-ONE Wichtigste Sprachstrukturen Kernidee der KL-ONE-Sprachen zur Ermögichung automatischer Kassifikation: strikte Trennung von Aussagen über Objekte in definierende und zufäige Eigenschaften. definierende Eigenschaften > T-Box zufäige Eigenschaften > A-Box u Objekte heißen in KL-ONE Konzepte. u Definierende Eigenschaften heißen Roen und müssen genau präzisieren, inwiefern ein Konzept spezieer as seine Vorgänger ist. u Definition von Konzepten Konjunktion Conj-Generic ( Conjunction ) Wertbeschränkung VR-Generic ( Vaue Restriction ) Zahbeschränkung NR-Generic ( Number Restriction ) Speziaisierung Prim-Generic u Definition von Roen Wert-Differenzierung VR-Diffroe Verkettung Roe-Chain Speziaisierung Prim-Roe 4. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 16

5 Beispie zu KL-ONE [Quee: Puppe] KL-ONE Roenrestriktion GEBÄUDE EINGANG TÜR hier: Wertbeschränkung Graphische Darsteung der Konzeptdefinitionen Junggesee (mit Konjunktion) und Kinderreiche_Famiie (mit Zah-/Kardinaitätsbeschränkung der hat_kind -Roe) KL-ONE: Erfüung von Roen in der A-Box (T-Box) (A-Box) GESCHÄFT KAUFHAUS Karstadt Bieefed restricts satisfies GLASTÜR Karstadt Bieefed s Gastür Für KAUFHAUS- Gebäude wird der Wert der Roe (definierenden Eigenschaft) EINGANG auf Instanzen des Konzepts GLASTÜR restringiert. 4. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 18 Automatischer Cassifier Bemerkungen zum Cassifier besteht aus u einem Prädikat subsumes ( umfaßt ): (K subsumes K ) ist wahr, wenn ae Roen eines Konzepts K die Roen eines Konzepts K subsumieren, das heißt: Die Wertbeschränkung und Kardinaitätsbeschränkung aer Roen von K sind umfassender as die der Roen von K u einem Suchagorithmus, der das spezifischste Konzept SK findet, das das einzuordnende Konzept EK noch subsumiert das heißt: (SK subsumes EK) wahr, aber (SK subsumes EK) fasch für jedes Unterkonzept SK von SK. u Bei T-Box-Sprachen mit Kardinaitätsbeschränkung kann der Cassifier exponentieen Rechenaufwand erfordern. u Der Cassifier erfordert strenge Einschränkungen in der T-Box-Sprache (keine überschreibbaren Defauts). Beiebige, auch der T-Box widersprechende Zusicherungen in der A-Box mögich (vom Cassifier nicht berücksichtigt), können z.b. in KRYPTON mit einem Theorembeweiser für die Prädikatenogik erster Stufe verarbeitet werden. u Für viee Anwendungen sind die für den Cassifier bezahten Einschränkungen bei der Konzeptdefinition zu rigide. 4. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 20

6 Projekt LILOG ( ) ãlinguistische und ogische Methoden fÿr das maschinee Verstehen des DeutschenÒ ãan dieser Stee finden wir eine Hinweistafe des Vogesenkubs und die Markierung des roten Rechtecks auf wei em Grund,der wir vorerst fogen.ò Beispie aus L-LILOG (IBM 1987) (KL-ONE-artige ReprŠsentationssprache fÿr textverstehende Systeme) fora X : MARKIERUNG, Y : WEG, Z : MENSCH (( bez_objekt ( dom = X, ran = Y ) and fogen ( ag = Z, obj = X ) ) imp fogen ( ag = Z, obj = Y ) ) Wenn eine Markierung X einen Weg Y markiert und jemand Z fogt der Markierung X, dann fogt er Z auch dem Weg Y. ReprŠsentationswerkzeuge (KEE, ART, GodWorks, Babyon, NexpertObject, ProKappa, Twaice... ) u hybrid : mehrere Wissensrepräsentationssprachen u darauf abgestimmte eementare Inferenzmechanismen u Integration der verschiedenen Komponenten u fensterorientierte, grafikfähige Oberfächen um die 90er Jahre (ast century) von kommerzieen Anbietern bereitgestet, inzwischen jedoch abgeöst durch objekt-orientierte Programmierumgebungen und sog. case-toos Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 22 Konzeptdefinitionen in COAR im SFB 360 (Bieefed) entwickete ReprŠsentationssprache (Jung 1997) Konzept: PROPELLER // ein Objekttyp speziaisierung-von: BAUGRUPPE bestandtei hat-rotorbatt-1 #1 : ROTORBLATT bestandtei hat-rotorbatt-2 #1 : ROTORBLATT bestandtei hat-propeerbef #1 : PROPELLERBEFESTIGUNG pp-constraint verbindung hat-rotorbatt-1 hat-propeerbef pp-constraint verbindung hat-rotorbatt-2 hat-propeerbef pp-constraint orthogona_x hat-rotorbatt-1 hat-rotorbatt-2 Konzept: ROTORBLATT speziaisierung-von: FLUGZEUGTEIL Roe-von: 3-LOCHLEISTE Konzept: 3-LOCHLEISTE speziaisierung-von: LEISTE attribut materia: Hoz // ein Roentyp // ein Objekttyp Leseempfehungen zu conceptua primitives: u Charniak & McDermott, Kapite 6, Seite zu FRL und KL-ONE: u Puppe: Einführung in Expertensysteme, Kap.5 4. Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz Voresung Methoden der KŸnstichen Inteigenz 24