АНАЛИЗ СНИЗУ ВВЕРХ И СВЕРХУ ВНИЗ

“Сверху вниз” vs. “снизу вверх”, “прямой” vs. “обратный”, “управляемый данными” vs. “движимый целью” - три пары определений для таких терминов, как “цепной анализ”, “парсинг”, “синтаксический разбор”, “логический анализ” и “поиск”. В принципе, все эти термины отражают сходные отношения, и различие между ними состоит лишь в том, что они взяты из различных подобластей компьютерной науки и искусственного интеллекта (парсинг, системы с заложенными в них правилами, поисковые системы и системы, направленные на решение проблем и т.д.)

Суть этих противопоставлений можно проиллюстрировать на примере парадигмы поиска. Основная задача любого поиска состоит в том, чтобы определить маршрут, по которому вы будете перемещаться с настоящей позиции к вашей цели. Если вы начнете поиск с текущей позиции и будете продолжать его, пока не наткнетесь на желаемый результат, - это так называемый прямой поиск или поиск снизу вверх. Если вы мысленно ставите себя в то место, где вы хотите очутиться в результате поиска и определяете маршрут, двигаясь в обратном направлении, т.е. туда, где вы действительно находитесь в настоящий момент, - это поиск в обратном направлении или поиск сверху вниз. Обратите внимание на то, что, определив маршрут в результате обратного поиска, вам все же предстоит добраться до своей цели. Несмотря на то, что сейчас вы движетесь вперед, это не является прямым поиском, т.к. поиск уже был осуществлен ранее, причем в обратном направлении.

Эти же противопоставления можно рассмотреть на примере систем с встроенными правилами. Представим себе, что правило состоит из набора антецедентов и набора следствий. Когда система определяет, что все антецеденты определенного правила удовлетворены, это правило вызывается и выполняется (выполняется ли каждое вызванное правило зависит от специфики конкретной системы). После этого в базу знаний заносятся утверждения, полученные в результате выполнения правила, и выполняются соответствующие операции. Данный процесс происходит вышеописанным образом, независимо от того, применяет ли система прямой или обратный логический анализ. Чтобы проиллюстрировать различия между ними, следует отдельно рассмотреть процедуру активации правила. Вызываются только активированные правила. При прямом логическом анализе (снизу вверх), когда в систему добавляются новые данные, они сравниваются со всеми антецедентами всех правил. Если данные соответствуют антецеденту правила, то это правило активируется (если оно еще не является активированным), и если подобраны все антецеденты определенного правила, то оно вызывается. Утверждения, полученные в результате выполнения правила, заносятся в базу знаний и рассматриваются в качестве новых данных, сравниваются с антецедентами и могут вызвать активацию и вызов дополнительных правил. При обратном логическом анализе (сверху вниз) при добавлении данных правила не активируются. Когда система получает запрос, он сравнивается со всеми следствиями всех правил. Если запрос совпадает со следствием, то это правило активируется, а все его антецеденты рассматриваются в качестве вторичных запросов и могут вызвать активацию дополнительных правил. Когда запрос соответствует не ограниченному условием утверждению базы знаний, на него поступает ответ, и если этот запрос исходил от антецедента, считается, что он удовлетворяет последнему. Когда все антецеденты некоторого правила будут удовлетворены, правило вызывается и выполняется. При выполнении правила осуществляется ответ на запросы, которые его активировали, и теперь другие антецеденты считаются удовлетворенными и могут вызываться соответствующие им правила. Обратите внимание на то, что вызов и выполнение правила всегда происходит в прямой последовательности, а отличие прямого цепного анализа от обратного состоит в том, когда активируется правило.

Примеры

Парсинг. Попытаемся проиллюстрировать и объяснить разницу между синтаксическим анализом сверху вниз и снизу вверх на примере предложения “They are flying planes” и простой грамматики, представленной в виде пронумерованных правил:

1. S ® NP VP

2. NP ® N

3. NP ® PRO

4. NP ® ADJ N

5. VP ® VT NP

6. VT ® V

7. VT ® AUX V

8. N ® planes

9. PRO ® they

10. ADJ ® flying

11. AUX ® are

12. V ® are

13. V® flying

Антецеденты указаны с правой стороны, а следствия - с левой. Например, правило 1 читается следующим образом: “Если последовательность состоит из именной группы (NP), за которой следует глагольная группа (VP), то эта последовательность является предложением (S).”

Синтаксический разбор сверху вниз начинается с символа S, который и будет являться вершиной дерева разбора. Эта процедура эквивалентна процедуре постановки задачи, которая заключается в том, чтобы определить, является ли последовательность слов предложением. Правило 1 гласит, что каждое предложение состоит из именной группы (NP), за которой следует глагольная группа (VP). При наличии нескольких правил, сперва применяется правило с наименьшим номером, а затем оно расширяется слева направо. Таким образом следующим шагом является нахождение первой связи, т.е. NP. Сперва активируется правило 2, а затем правило 8 (рис. 2а). Т.к. “planes” не соответствует ”they”, алгоритм срабатывает вновь, и теперь сперва активируется правило 3, а затем правило 9. Затем алгоритм возвращается к правилу 1 и следующей целью ставит определение VP. Сперва активируются правила 5, 6, а затем 12 (рис. 2b). Дальнейший ход разбора отржен на рисунке 2 (с, d, e).

Синтаксический разбор снизу вверх начинается со слов в предложении. Опять же разбор ведется слева направо, и сперва применяется правило с наименьшим номером. Итак, сначала первое слово предложения “they” соотносится с антецедентом правила 9, которое после выполнения выдает утверждение, что “they” является местоимением (PRO). Затем выполняется правило 3 и выдает, что “they” является NP. NP соответствует антецедентам правил 1 и 5, но ни одно из этих правил еще не вызвано, поэтому разбор переходит к “are”. Выполняется правило 11 (несмотря на то, что правило 12 также вызвано, оно не выполняется в соответствии с правилом о последовательности выполнения правил). Затем выполняются правила 10, 8 и 2 (рис. 3а). На данной стадии дальнейший разбор последовательности NP+AUX+ADJ+NP невозможен, поэтому мы возвращаемся к последнему вызванному, но еще не выполненному правилу, т.е. к правилу 4. Разбор последовательности NP+AUX+NP так же невозможен, поэтому опять выполняется последнее вызванное невыполненное правило. Сейчас это правило 13, которое выдает, что “flying” является V. Затем выполняются правила 6 и 5 (рис. 3с). Разбор последователльности NP+AUX+VP невозможен, поэтому выполняется правило 7 и выдает утверждение, что “are flying” является VT. Затем снова выполняются правила 5 и 1, на чем и заканчивается синтаксический разбор (рис. 3d).

Данный пример был приведен с целью сравнения механизмов синтаксического разбора снизу вверх и сверху вниз. Установление строгого порядка разбора слева направо и нумерация правил обусловлены стремлением к применению в наибольшей степени сходного алгоритма, несмотря на то, что результаты разбора оказались различными.