A JSM módszer a hipotézisek automatikus generálásának módszere . Formalizál egy sémát egy elfogadható és megbízható következtetéshez, amelyet JSM érvelésnek neveznek.
A JSM érvelés a kognitív eljárások szintézise: indukció , analógia és abdukció . A JSM módszert a tárgyterületre vonatkozó ismeretek formalizálásának automatizált felépítésének eszközeként hozták létre az úgynevezett kvázi-axiomatikus elméletek (QAT) segítségével.
A hipotézisek automatikus generálására szolgáló JSM módszert W. K. Finn javasolta a hetvenes évek végén. A módszer neve a híres angol filozófus, logikus és közgazdász, John Stuart Mill kezdőbetűi , akinek "egy józan természettudós módszerei" részben formalizálódnak a JSM-módszerben.
Történelmileg a DSM-rendszereket használó feladatok első példája a struktúra-aktivitás típusú oksági minták azonosítása a farmakológiában . 1997-1998 - ban számos számítógépes kísérletet végeztek , amelyek célja egy olyan intelligens rendszer létrehozásának lehetőségének felmérése volt, amely lehetővé teszi annak meghatározását, hogy mekkora a kockázata annak, hogy egy betegnél kiújul az agyalapi mirigy adenoma eltávolítása után. A kvantitatív DSM módszer alapján egy kísérleti rendszert dolgoztak ki az agyalapi mirigy adenoma kiújulásának előrejelzésére, melynek munkaneve HTRD (Hypophisis tumor relapse diagnosztika). Emellett a JSM rendszereket sikeresen alkalmazzák a műszaki diagnosztika problémáiban és a szociológiai viselkedés meghatározóinak vizsgálatában.
Jelenleg a VINITI RAS -ban és az Orosz Állami Humanitárius Egyetem Matematika, Logika és Intelligens Rendszerek Tanszékén fejlesztik a DSM rendszereket V. K. Finn irányításával.
A JSM metódus három típusú entitásokkal működik: a tárgyterület objektumaival, ezen objektumok tulajdonságaival és a tulajdonságok lehetséges okaival.
Feltételezzük, hogy az objektumok szerkezettel rendelkeznek, és az objektumok tulajdonságainak okai ennek a szerkezetnek a töredékei.
Példa:
A tárgy egy növényi levél. Az objektum tulajdonsága zöld. A tulajdonság oka a klorofill.Bemenetként a JSM metódus a vizsgált objektumok egy meghatározott halmazát és információkat kap a szerkezetükről, bizonyos tulajdonságok meglétéről vagy hiányáról, valamint bizonyos esetekben az objektumok szerkezete és tulajdonságai közötti kapcsolatról. Ezenkívül számos célszolgáltatás létezik, amelyek mindegyike az eredeti objektumkészletet négy nem átfedő részhalmazra osztja:
A JSM módszer alkalmazásának eredménye kétféle hipotézis:
Tekintsük a JSM módszer egyik lépését a legegyszerűbb formájában.
Létezik egy P: O→ függvény , amely minden o objektumra leképezi az o objektumban előforduló töredékek (szerkezeti elemek) egy részhalmazát.
Vezessünk be egy F: O×P→V függvényt, amely a kiindulási helyzetet reprezentálja.
Az F függvény mátrixként ábrázolható:
Ha f ij = , akkor azt mondjuk, hogy az (o i , p j ) párra az F ( o i , p j ) függvény alulhatározott . A JSM módszer feladata a kiinduló mátrix kiegészítése hipotézisek felállítása segítségével .
Az első típusú szabályokAlkossunk hipotézist a tulajdonságok lehetséges okairól. Ennek eredményeként a H függvényt kapjuk : C×P→V.
A H függvény értékeit minden párhoz (c, p) a valószínű következtetés szabályai alapján találjuk meg. Ezeket a szabályokat az első típusú szabályoknak nevezzük. A rövidítés: PIR 1 (Plusible Inference Rules). Az első típusú szabályok egy olyan függvénynek tekinthetők, amely az F mátrixot használja a H mátrix megszerzésére, azaz
H = PIR 1 (F) .
Legyen p valamilyen tulajdonság.
Az o objektum:
Jelölje F + [p], F - [p], F 0 [p] az összes pozitív, negatív és ellentmondó példát p-re F-re vonatkozóan.
Az objektumtulajdonságok meglétének/hiányának lehetséges okaiként a C [1] töredékhalmaz részhalmazait vesszük figyelembe . Egy C' ⊆ C halmaz teljesíti p (+)-feltételét F-hez képest, ha létezik Ω ⊆ F + [p] , így:
A (-)- és (0)-feltételek hasonlóak.
Jelölje M + (F, c, p) azt a tényt, hogy c teljesíti p-re vonatkozó (+)-feltételt F vonatkozásában. M - (F, c, p)
révén az a tény, hogy c teljesíti p (-)-feltételét F-re vonatkozóan. M 0 (F, c, p)
révén az a tény, hogy c teljesíti p (0)-feltételét F-re vonatkozóan.
Most definiáljuk a H [2] függvényt . Tegyük fel:
Más szavakkal, a C i ⊆C töredékek halmazát újradefiniáljuk
A lehetséges okokra vonatkozó hipotézisek mátrixát felhasználva hipotéziseket lehet alkotni a p tulajdonság meglétéről vagy hiányáról az O -ból származó azon objektumok esetében, amelyekről kezdetben nem volt ismert, hogy rendelkeznek-e ezzel a tulajdonsággal vagy sem, vagyis azokra az o O -kra. amelyre F(o, p ) = .
Ennek eredményeként az F' függvényt kapjuk : O×P→V. F'(o, p) = F(o, p), ha F(o, p) ≠ . Ha F(o, p) = , akkor F'(o, p) tetszőleges értéket vehet fel V -ből :
Az F' függvény értékeit a valószínű következtetés szabályai segítségével találjuk meg. Ezeket a szabályokat a második típusú szabályoknak nevezzük. Rövidített jelölés - PIR 2 . A második típusú szabályok az F és H mátrixok függvényében tekinthetők az F' mátrixhoz, azaz F' = PIR 2 (F, H) .
Legyen o tárgy, p tulajdonság. Azt fogjuk mondani, hogy az o objektum kielégít
+ ( H , o, p), - (H, o, p), 0 (H, o, p) -val azt a tényt jelöljük, hogy a p tulajdonsághoz tartozó o objektum H vonatkozásában teljesíti a (+)-feltételt, (-) -feltétel, illetve 0-feltétel. Tegyük fel: F'(o, p) = F(o, p), ha F(o, p) ≠ ; másképp
Az első típusú szabályokat (indukciós eljárás) és a második típusú szabályokat (analógiás eljárás) következetesen alkalmazzák mindaddig, amíg munkájuk eredményeként legalább egy új hipotézis nem keletkezik, azaz az első típusú szabályok alkalmazása nem vezet az objektumok tulajdonságainak lehetséges okaira vonatkozó hipotézisek mátrixának változása, a második típusú szabályok alkalmazása pedig a p tulajdonság objektumokban való lehetséges jelenlétére vagy hiányára vonatkozó hipotézismátrix megváltoztatása. Ebben az esetben a lépésszám az érvelés elfogadhatóságának mutatója.
A JSM módszer munkájának következő lépése az oksági teljesség feltételének ellenőrzése. Ennek a feltételnek az igazolását abdukciós érvelésként értelmezzük - a feltétel akkor teljesül, ha a kapott hipotézisek megmagyarázzák a kiindulási adatokat, vagyis ha az objektumok tulajdonságainak lehetséges okaira vonatkozó hipotézisek, amelyeket a tárgyi szabályok alkalmazása eredményeként kaptunk. az első típus, meg tudja magyarázni a p tulajdonság meglétét vagy hiányát azokban az objektumokban, amelyekről kezdetben (az indukciós és analógiás eljárások alkalmazása előtt) ismert, hogy rendelkeznek p tulajdonsággal vagy nem.
A feltétel ellenőrzésének célja annak megállapítása, hogy a módszer eredményeként kapott hipotézisek elfogadhatók-e. Ha az ok-okozati teljesség feltétele nem teljesül, módosítani kell az alkalmazott kognitív technikát (például az objektumok szerkezetének más kódolási módját) vagy az objektumok bemeneti halmazát (szabály szerint a halmaz kibővül). ).
Próbáljuk meg a JSM módszerrel megválaszolni a következő kérdést: milyen tulajdonságokkal kell rendelkeznie egy nemtriviális szimmetriájú konvex négyszögnek , hogy le tudjon írni egy kört körülötte , vagy fordítva, lehetetlen volt kört leírni.
Tekintsük a következő tartományobjektum-készletet:
Ezekhez az objektumokhoz a következő C szerkezeti töredékkészletet választjuk:
a céljellemzők halmaza ebben az esetben csak egy jellemzőből áll:
Mutassuk be a kiindulási adatokat táblázat formájában:
p | c 1 | c 2 | c 3 | c 4 | 5 -től | 6 -tól | 7 -től | 8 -tól | 9 -től | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
o 1 (négyzet) | + | + | + | + | + | - | - | + | - | - |
o 2 (téglalap) | + | + | - | + | + | - | + | - | - | |
o 3 (gyémánt) | - | + | + | + | - | + | - | - | + | + |
o 4 (párhuzamos) | - | + | - | - | - | + | + | - | + | + |
o 5 (egyenlő szárú trapéz) | + | - | + | - | + | - | + | - | + | - |
o 6 (deltoid) | - | - | + | + | - | - | + | - | + | + |
o 7 (téglalap alakú deltoid) | + | - | + | + | - | - | + | + | - | + |
Jellemezzük az egyes objektumokat az objektum szerkezeti összetevőinek halmazával:
Esetünkben a p céltulajdonságra pozitív példák az o 1 , o 5 és o 7 objektumok , negatív példák az o 3 , o 4 és o 6 . Van még egy ( )-példa - o 2 .
Feladatunk az, hogy elfogadható érveléssel megtudjuk, hogy a ( )-példák rendelkeznek-e p céltulajdonsággal vagy sem.
Itt a p tulajdonság objektumokban való jelenlétének/hiányának lehetséges okaiként a C szerkezeti töredékek halmazának néhány nem üres részhalmazát fogjuk figyelembe venni. A (+)-feltételt a halmazok teljesítik:
A (-)-feltételt a halmazok teljesítik:
Most azt kell kideríteni, hogy a talált halmazok lehetséges okai-e a p céltulajdonság meglétének vagy hiányának az objektumokban, vagyis meg kell határozni ehhez a lépéshez a H függvényt. Amint azt korábban említettük, ennek a függvénynek a meghatározására vonatkozó szabályok a választott stratégiától függően eltérő formájúak lehetnek - ellenpéldák tiltásával vagy anélkül.
A C i C halmaz ki lesz terjesztve mint
Adatainkat elemezve két lehetséges okot kapunk a p tulajdonság jelenlétére :
A C 4 = {с 2 , с 6 } töredékhalmaz stratégiától függően (+)-hipotézissé vagy ellentmondásos hipotézissé válik.
Minden halmaz, amely kielégíti p (-)-feltételét, további definíció szerint lehetséges oka a p tulajdonság hiányának .
vagyis
A -példák meghatározásához az előző lépésben kapott (+)- és (-)-hipotéziseket használjuk . Esetünkben csak egy ilyen példa van: o 2 {s 1 , s 2 , s 4 , s 5 , s 7 }.
Tartalmazza a p tulajdonság jelenlétének egyik lehetséges okát (C 1 = {с 2 , с 4 }), és nem tartalmaz semmilyen lehetséges okot a p tulajdonság hiányára , ezért a stratégiában az ellen- tiltással. példák esetén az o 2 -t újradefiniáljuk (+)- példaként [3] .
Az n-edik lépésben kapott példahalmazra ismét az első, majd a második típusú szabályokat alkalmazzuk. Ez a folyamat mindaddig folytatódik, amíg az összes -example definícióra nem kerül.
Az ok-okozati teljesség ellenőrzése, mint korábban említettük, abduktív érvelés segítségével történik. Az ok-okozati teljesség feltétele akkor teljesül, ha a p céltulajdonság jelenlétének legalább egy lehetséges oka be van ágyazva minden forrás (+)-példába , és legalább egy lehetséges oka annak hiányának minden (-)-példába. .
Esetünkben minden kezdeti pozitív és negatív példa magyarázatra kerül.
Így a következő elfogadható (és valójában érvényes) elegendő feltételeket kaptuk egy nemtriviális szimmetriájú konvex négyszög körül írható körhöz :