[인공지능] 지식 표현과 추론

지식의 정의

 

지식

• 합목적적으로 개념화된 형태의 정보
• 정보가 지식이 되기 위해서는 지식 베이스가 필요 (데이터와 정보를 정리하고 체계화하여 정리)

지식 체계

 

지식의 표현과 추론

 

• 지식과 문제의 해를 얻기 위해 지식을 처리하는 메커니즘이 모두 필요
• 지식은 컴퓨터에서 처리되기 위해 심볼의 형태로 묘사된다
• 표현된 지식은 추론 과정을 통해 새로운 내부 표현형태로 변환
• 사실과 내부표현 사이의 매핑: 시스템의 표현 능력을 나타내는 중요한 요소

 

+ 정방향 매핑은 fact에서 simbol로의 변환, 역방향 매핑은 new simbol에서 new fact로의 변환을 의미한다.

 

+ 추론은 입력받은 simbol을 통해 new simbol을 만드는 과정을 말한다.

 

• ex. 모든 사람은 생각한다: ∀x(man(x) → think(x))

 

지식 표현 방법

 

• 논리를 이용한 지식표현
• 규칙을 이용한 지식표현 → 논리를 이용하는 것보다는 좋았지만, 규칙을 지키기가 조금 어려움
• 시맨틱 네트를 이용한 지식표현 → 규칙기반에서 발전
• 프레임을 이용한 지식표현 → like 객체지향언어

 

논리를 이용한 지식표현

 

• 명제 논리
  • 명제: 참 또는 거짓을 판단할 수 있는 문장
  • 논리연산자: 명제들을 연결
    • ∩ (AND), ∪ (OR), ~ (NOT), → (조건명제: implication), ↔ (동치: equivalence)
  • 복합명제: 각 명제를 하나의 심볼로 표현하고, 이 심볼들을 논리 연산자로 연결하는 것
  • Modus Pones (가언적 삼단논법): X와 X →Y라는 두 명제로부터 Y명제를 도출하는 과정
• 술어 논리
  • 술어와 객체로 표현 (객체에 변수 사용 가능)
  • ex. mammal(CAT)
    • 술어명제: 고양이는 포유동물이다
    • 객체: CAT
    • 술어: 포유동물
  • ex. Man(x)
  • 정형식 (well-formed formulas): 술어, 상수, 변수, 한정자, 논리연산자를 문법적으로 허용한 방법
  • 장점: 객체 상호간의 관계를 효율적으로 묘사
• 논리를 이용한 추론은 명확하게 정의된 추론 규칙을 이용 → 애매하거나 확률을 포함한다면 사용할 수 없다.
  • 이미 참으로 알려진 사실로부터 새로운 사실을 유도

 

규칙을 이용한 지식 표현

• 규칙 기반 시스템
  • 규칙을 이용하여 표현된 지식 베이스
  • 규칙은 조건 (IF) - 결론 (THEN) 문장으로 표현
  • 예제 
    • 가연성 액체가 엎질러졌다 → 소방서에 연락한다
    • 엎질러진 액체의 ph가 6이하이다 →그 물질은 산이다
    • 엎질러진 물질이 산이고 식초 냄새가 난다 → 그 물질은 초산이다
• 규칙을 이용한 추론
  • 전방향 추론
  • 후(역)방향 추론
  • 추론사슬: 여러 개의 규칙을 적용할 시에 순서가 있음

ex

 

규칙 기반 시스템의 특징

 

• 개개의 규칙은 독립적으로 추가, 삭제, 변경 가능
• 규칙기반 시스템은 지식이 균일한 방법으로 표현, 이해하기 쉬움
• 대형 시스템에서 문제풀이 과정의 제어 흐름이 불명확 함
• 융통성이 적고 구조화 되어있지 않음

 

시멘틱 네트를 이용한 지식 표현

 

• 지식 사이의 관계(순서)를 효율적으로 나타내어 규칙기반 시스템의 단점을 보완
• 노드의 집합과 이들간의 아크로 구성
  • 노드(node)는 객체(object), 개념(concept), 사건(event)들을 표현
  • 아크(arc)는 노드사이의 관계(predicates 또는 속성)를 표현
• 아크의 종류
  • isa(is a): 하나의 사례
  • ako(a kind of): 어떠한 부류를 나타내는 개념의 한 종류
  • has-part: 한 객체를 구성하는 구성품을 나타내는 관계
• 다중 관계(2진 관계)의 표현이 가능: isa(복슬이, 진돗개)

예시

 

• 특성 상속에 의한 추론: 하위 노드가 상위 노드의 속성을 따르는 것

시멘틱 네트

 

• 알고리즘

특성 상속 알고리즘

 

• 다중 관계의 표현
• ex. 철수는 영희에게 편지를 보냈다

다중관계

 

 

• 장점
  • 지식의 구성이 용이
  • 지식의 수정 및 업데이트 용이
  • 지식의 분배가 자동적으로 이루어짐

 

프레임을 이용한 지식 표현

 

• 프레임 시스템
  • 지식을 서로 관계있는 것끼리 분류하고 상하관계에 따라 구성한 것
• 프레임(frame)
  • 슬롯(slot)과 그 슬롯에 저장된 값의 집합
    • 슬롯은 프레임을 표현하는 하나의 속성(attribute)
  • 한 프레임을 객체들의 집합을 표현
• 프레임의 특성상속(property inheritance)
  • 부모 클래스로부터 슬롯과 값을 이어받는 것
  • 부모 클래스로부터 상속받는 것 이외에 자기자신의 고유한 슬롯을 가짐
• 프로시저
  • 슬롯에는 그 슬롯의 사용과 관련된 프로시저가 연결
  • 객체지향 언어에서 슬롯은 멤버에 해당되고, 프로시저는 멤버함수에 대응
  • 종류: ...