Knowledge representation and inference for analysis and design of databases and tabular rule-based systems

Abstract

Rule-based systems constitute a powerful tool for specification of knowledge in design and implementation of knowledge-based systems. They provide also a universal programming paradigm for domains such as intelligent control, decision support, situation classification and operational knowledge encoding. In order to assure safe and reliable performance, such systems should satisfy certain formal requirements, including completeness and consistency. This paper addresses the issue of analysis and verification of selected properties of a class of such systems in a systematic way. A uniform, tabular scheme of single-level rule-based systems is considered. Such systems can be applied as a generalized form of databases for specification of data patterns (unconditional knowledge), or can be used for defining attributive decision tables (conditional knowledge in form of rules). They can also serve as lower-level components of a hierarchical, multi-level control and decision support knowledge-based systems. An algebraic knowledge representation paradigm using extended tabular representation, similar to relational database tables is presented and algebraic bases for system analysis, verification and design support are outlined. Systemy regułowe stanowią silne narzędzie specyfikacji wiedzy dla projektowania i implementacji systemów z bazą wiedzy. Równocześnie dostarczają one uniwersalnej metodologii programowania dla zastosowań w dziedzinach, takich jak: inteligentne sterowanie, wspomaganie decyzji, klasyfikacja sytuacji oraz kodowanie wiedzy operacyjnej. Aby jednak zapewnić bezpieczne i niezawodne działanie takich systemów powinny one spełniać szereg wymagań formalnych, takich jak zupełność i spójność. W artykule przedstawiono problematykę systematycznej analizy i weryfikacji wybranych własności pewnej klasy systemów. Zaproponowano jednolity, jednopoziomowy tablicowy sposób reprezentacji wiedzy w systemach regułowych. Systemy takie mogą znaleźć zastosowanie jako uogólnione bazy danych dla specyfikacji wzorców danych (wiedza w postaci uogólnionych faktów) lub też mogą być zastosowane do budowy atrybutowych tablic decyzyjnych (wiedza w postaci reguł). Mogą one także stanowić komponenty niskiego poziomu w wielopoziomowych systemach hierarchicznych przeznaczonych do sterowania lub wspomagania decyzji. Zaprezentowano algebraiczne podejście do reprezentacji rozszerzonych systemów tablicowych oparte na schemacie relacyjnych baz danych oraz naszkicowano podstawy algebraicznej analizy, weryfikacji i wspomagania projektowania takich systemów.