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小議人工智能技術(shù)在信息檢索系統(tǒng)中應(yīng)用
摘 要 闡述了人工智能的原理及智能信息檢索系統(tǒng)的基本概念，分析了智能信息檢索系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其研究中遇到的難題，并從人工智能的研究成果來探討解決問題的思路。關(guān)鍵詞 人工智能 智能信息檢索系統(tǒng) 信息檢索 陳 遠(yuǎn) 王 家 雄 (武漢大學(xué)信息管理學(xué)院 湖北 430072)
人工智能是當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的一門前沿學(xué)科，是在計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制論、信息論、神經(jīng)心理學(xué)、哲學(xué)、語言學(xué)等多種學(xué)科研究的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是一門綜合性很強(qiáng)的邊緣學(xué)科�？偟膩碚f，人工智能是一門研究如何構(gòu)造智能機(jī)器或智能系統(tǒng)，使它能模擬、延伸擴(kuò)展人類智能的學(xué)科。
目前，人工智能的研究更多的是結(jié)合具體領(lǐng)域進(jìn)行的，主要研究領(lǐng)域有專家系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)別和自然語言理解等。自從人工智能技術(shù)問世以來，它的研究已經(jīng)有了顯著的成果。人工智能應(yīng)用于信息檢索系統(tǒng)的成果——智能信息檢索系統(tǒng)給信息檢索領(lǐng)域帶來了革命性的變化。
1 智能信息檢索系統(tǒng)概述
智能信息檢索系統(tǒng)是一種智能化的計(jì)算機(jī)信息檢索系統(tǒng),它模擬人類關(guān)于信息處理的思維過程和智能活動(dòng),實(shí)現(xiàn)信息知識(shí)的存儲(chǔ),檢索和推理,并向用戶提供智能輔助。
由于人工智能的引入，智能信息檢索系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)明顯：強(qiáng)大的自然語言理解能力，使用戶可以用自然語言更確切地表達(dá)自己的信息需求；模擬專家的檢索方法，把用戶所表達(dá)的信息需求，制定解決策略以及分析結(jié)果的工作轉(zhuǎn)移到智能信息檢索系統(tǒng)來處理；具有強(qiáng)大的學(xué)習(xí)能力，能自動(dòng)地獲取知識(shí)，能直接向書本學(xué)習(xí)，并在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)自我完善。
2 智能信息檢索系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
智能信息檢索系統(tǒng)與專家系統(tǒng)有很大的相似性，其基本結(jié)構(gòu)（見圖1）和工作原理是基本相同的。
2.1 人機(jī)接口部分 人機(jī)接口是信息檢索系統(tǒng)和用戶交流的界面，它能理解、分析用戶的自然語言提問，并產(chǎn)生適合用戶的結(jié)果，還具有解釋功能。它由一組程序相應(yīng)的硬件組成，用于完成輸入輸出工作。系統(tǒng)通過它輸入知識(shí)更新完善知識(shí)庫(kù)，一般用戶通過它輸入信息需求。
圖1 智能信息檢索系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)2.2 知識(shí)庫(kù)及其管理系統(tǒng) 知識(shí)庫(kù)是知識(shí)存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)，用于存儲(chǔ)解決用戶信息需求所需的原理性知識(shí)、專家的經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)以及有關(guān)的事實(shí)等。知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)來源于知識(shí)獲取機(jī)構(gòu)，同時(shí)它又為推理機(jī)提供求解問題所需的知識(shí)，與兩者都有密切關(guān)系。2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)及其管理系統(tǒng) 它存放用戶提供的初始事實(shí)、問題描述以及系統(tǒng)運(yùn)行過程中得到的中間結(jié)果、最終結(jié)果、運(yùn)行信息（如推出結(jié)果的知識(shí)鏈）等。
2.4 檢索推理機(jī)構(gòu) 它綜合應(yīng)用各種信息檢索策略與推理技術(shù)，利用知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)，按一定的推理策略解決用戶的問題。
2.5 知識(shí)獲取 這是獲取知識(shí)的機(jī)構(gòu)，由一組程序組成。其基本任務(wù)是把知識(shí)輸入到知識(shí)庫(kù)中，并負(fù)責(zé)維護(hù)知識(shí)的完整性與一致性，建立起性能良好的知識(shí)庫(kù)。
2.6 解釋機(jī)構(gòu) 它能夠?qū)ψ约旱男袨樽鞒鼋忉�，回答用戶提出的“為什么？”、“結(jié)論是怎么出來的？”等問題，是信息檢索系統(tǒng)取信于用戶的一個(gè)重要措施。
3 智能信息檢索面臨的問題
智能信息檢索系統(tǒng)的研究經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，到目前為止，已經(jīng)研究出了一些實(shí)用性的智能信息檢索系統(tǒng)。但是，人工智能信息檢索在下列領(lǐng)域依然無法得到根本性的突破。
3.1 自然語言理解 自然語言理解是智能信息檢索系統(tǒng)的基礎(chǔ)。自然語言是極其復(fù)雜的�！�(duì)我們每個(gè)人來說，是以我們的全部知識(shí)來理解語言的。機(jī)器理解自然語言需要把每個(gè)人腦都擁有的高度相似的、有關(guān)的“背景知識(shí)”存入計(jì)算機(jī)中，利用這種上下文相關(guān)知識(shí)進(jìn)行推理，但這是難以做到的。
3.2 知識(shí)的表示 人類的智能活動(dòng)主要是一個(gè)獲得并運(yùn)用知識(shí)的過程，知識(shí)是智能的基礎(chǔ)。為了讓計(jì)算機(jī)具有智能，就必須使它具有知識(shí)。但知識(shí)是需要用適當(dāng)?shù)哪Ｊ奖硎境鰜聿拍艽鎯?chǔ)到計(jì)算機(jī)中去的，因此知識(shí)表示是長(zhǎng)期以來人工智能研究的一個(gè)重要問題,在智能信息檢索系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,知識(shí)表示則成為一個(gè)核心部分。
在人工智能中，知識(shí)表示就是要把問題求解中所需要的對(duì)象、前提條件、算法等知識(shí)構(gòu)造為計(jì)算機(jī)可處理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及解釋這種結(jié)構(gòu)的某些過程。在信息檢索中，同一條知識(shí)對(duì)不同的用戶有著不同的重要性。因此，在信息檢索中，知識(shí)的表示與利用是一個(gè)很大的難題。例如，如何從詢問中獲得領(lǐng)域知識(shí)，信息表示要達(dá)到怎樣的深度等。
3.3 知識(shí)的獲取 擁有知識(shí)是智能信息檢索系統(tǒng)區(qū)別于一般信息檢索系統(tǒng)的重要標(biāo)志,而知識(shí)的質(zhì)量與數(shù)量又是決定其性能的關(guān)鍵因素。如何使智能信息檢索系統(tǒng)獲得高質(zhì)量的知識(shí)，這正是知識(shí)獲取要解決的問題。
由于各方面的原因，知識(shí)獲取至今仍是一件相當(dāng)困難的工作，雖然已有許多人工智能學(xué)者在開展這方面的研究工作，希望實(shí)現(xiàn)知識(shí)的自動(dòng)獲取，即由信息檢索系統(tǒng)自動(dòng)完成對(duì)知識(shí)的獲取，并且也取得了一些成果，但離知識(shí)的完全自動(dòng)獲取這一目標(biāo)相距甚遠(yuǎn)，還需要走一段漫長(zhǎng)的道路，解決許多理論及技術(shù)上的問題。
4 從人工智能研究的成果來探討解決問題的思路
4.1 自然語言理解 在人工智能領(lǐng)域,自然語言理解就是研究如何讓計(jì)算機(jī)理解人類自然語言的一個(gè)研究領(lǐng)域。具體的說他要達(dá)到如下三個(gè)目標(biāo)：（1）計(jì)算機(jī)能理解人們用自然語言輸入的信息，并能正確回答輸入信息中的有關(guān)問題。（2）對(duì)輸入信息，計(jì)算機(jī)能產(chǎn)生相應(yīng)的摘要，能用不同詞語復(fù)述輸入的內(nèi)容。（3）計(jì)算機(jī)能把某一種自然語言表示的信息自動(dòng)的翻譯為另一種自然語言。對(duì)于智能信息檢索系統(tǒng)來說，主要是要達(dá)到前面兩個(gè)目標(biāo)。關(guān)于自然語言理解的研究可以追溯到20世紀(jì)50年代。但大多集中在將一種自然語言翻譯成另一種自然語言的研究上。進(jìn)入20世紀(jì)70年代，一批采用句法—一語義分析技術(shù)的自然語言理解系統(tǒng)脫穎而出，在語言分析的深度和難度方面都比早期的系統(tǒng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，更強(qiáng)調(diào)知識(shí)在自然語言理解中的重要作用。近十年來在自然語言理解的研究中一個(gè)值得注意的是語料庫(kù)語言學(xué)的崛起，它認(rèn)為語言學(xué)知識(shí)來自語料，人們只有從大規(guī)模語料庫(kù)中獲取理解語言的知識(shí)，才能真正實(shí)現(xiàn)對(duì)語言的理解。目前，雖然基于語料庫(kù)的自然語言理解方法還不成熟，正處于研究之中，但它是一個(gè)值得注意的研究方向。而且我們可以將已經(jīng)取得的成果用于智能信息檢索系統(tǒng)的自然語言處理上。
4.2 知識(shí)的表示 在人工智能中，知識(shí)表示實(shí)際上就是對(duì)知識(shí)的一種描述，或者說是一組約定，一種計(jì)算機(jī)可以接受的用于描述知識(shí)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。對(duì)知識(shí)進(jìn)行表示的過程就是把知識(shí)編碼成某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的過程。
對(duì)于知識(shí)表示方法的研究，離不開對(duì)知識(shí)的研究與認(rèn)識(shí)。由于目前對(duì)人類知識(shí)的結(jié)構(gòu)及機(jī)制還沒完全搞清楚，因此關(guān)于知識(shí)表示的理論及規(guī)范尚未建立起來。盡管如此，人們?cè)趯?duì)智能信息系統(tǒng)的研究及建立過程中，還是結(jié)合具體研究提出了一些知識(shí)表示方法。概括起來，這些表示方法可分為兩大類：符號(hào)表示法，連接機(jī)制表示法。
對(duì)同一知識(shí)，一般都可以用多種方法進(jìn)行表示，但其效果卻不相同。因?yàn)椴煌I(lǐng)域中的知識(shí)一般都有不同的特點(diǎn)，而每一種表示方法也各有自己的長(zhǎng)處與不足。因而，有些領(lǐng)域的知識(shí)可能采用這種表示模式比較合適，而有些領(lǐng)域的知識(shí)可能采用另一種表示模式更好。有時(shí)還可能把幾種表示模式結(jié)合起來，作為一個(gè)整體來表示領(lǐng)域知識(shí)，以取得取長(zhǎng)補(bǔ)短的效果。另外，上述各種知識(shí)表示方法大都是在進(jìn)行某項(xiàng)具體研究或者建立某個(gè)智能系統(tǒng)時(shí)提出來的，有一定的針對(duì)性和局限性，應(yīng)用時(shí)需根據(jù)實(shí)際情況作適當(dāng)?shù)母淖�。在建立一個(gè)具體的智能系統(tǒng)時(shí)，究竟采用哪種表示模式，目前還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，也不存在一個(gè)萬能的知識(shí)表示模式。但一般來說，在選擇知識(shí)表示方法時(shí)，應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：要充分表示領(lǐng)域知識(shí)，即在確定一個(gè)知識(shí)表示模式時(shí)，首先應(yīng)該考慮的是它能否充分地表示領(lǐng)域知識(shí)；要考慮是否有利于對(duì)知識(shí)的利用；是否便于對(duì)知識(shí)的組織、維護(hù)與管理；是否便于理解和實(shí)現(xiàn)。
4.3 知識(shí)的獲取 目前，知識(shí)獲取通常是由知識(shí)工程師與系統(tǒng)中的知識(shí)獲取機(jī)構(gòu)共同完成的。知識(shí)工程師負(fù)責(zé)從領(lǐng)域?qū)＜夷抢锍槿≈R(shí)，并用適當(dāng)?shù)哪Ｊ桨阎R(shí)表示出來，而系統(tǒng)中的知識(shí)獲取機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)把知識(shí)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可存儲(chǔ)的內(nèi)部形式，然后把他們存入知識(shí)庫(kù)。在存儲(chǔ)的過程中，要對(duì)知識(shí)進(jìn)行一致性、完整性的檢測(cè)。
知識(shí)獲取的任務(wù)是為信息系統(tǒng)或者專家系統(tǒng)獲取知識(shí)，建立起健全、完善、有效的知識(shí)庫(kù)，以滿足求解領(lǐng)域的問題的需要。對(duì)智能信息檢索系統(tǒng)來說，就是要滿足信息檢索這一具體領(lǐng)域的需要。為了完成這個(gè)任務(wù)，知識(shí)獲取必須做到：（1）抽取知識(shí)：即把蘊(yùn)含于知識(shí)源（領(lǐng)域?qū)＜�，書本，相關(guān)論文及系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)踐等）中的知識(shí)經(jīng)識(shí)別，理解，篩選，歸納等抽取出來，以便建立知識(shí)庫(kù)。（2）知識(shí)轉(zhuǎn)換：即把知識(shí)由一種表示形式變換為另一種表示形式。（3）知識(shí)的輸入：即把用適當(dāng)模式表示的知識(shí)經(jīng)編輯、編譯送入知識(shí)庫(kù)的過程；（4）知識(shí)的檢測(cè)：知識(shí)庫(kù)的建立是通過對(duì)知識(shí)進(jìn)行抽取、轉(zhuǎn)換和輸入等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)的，這一過程中的任何環(huán)節(jié)上的失誤都會(huì)造成知識(shí)的錯(cuò)誤，直接影響系統(tǒng)的性能，因此必須對(duì)知識(shí)進(jìn)行檢測(cè)，以便盡早發(fā)現(xiàn)并糾正可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤。
按知識(shí)獲取的自動(dòng)化程度劃分，可分為非自動(dòng)知識(shí)獲取和自動(dòng)知識(shí)獲取兩種方式。自動(dòng)知識(shí)獲取是知識(shí)獲取最終的目標(biāo)，它是一種理想的知識(shí)獲取方式，但它卻涉及到人工智能的多個(gè)領(lǐng)域。例如模式識(shí)別、自然語言理解、機(jī)器學(xué)習(xí)等。而這一理論目前尚處在研究階段，由許多技術(shù)上的問題需要作進(jìn)一步的研究，就目前已經(jīng)取得的研究成果而言，尚不足于真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)知識(shí)獲取。因此，知識(shí)的完全自動(dòng)獲取目前還只能作為人們?yōu)橹畩^斗的目標(biāo)。
但是，人工智能的研究畢竟已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，自然語言理解，機(jī)器學(xué)習(xí)等的研究也已取得了較大的進(jìn)展，特別是近年來關(guān)于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究提出了多種學(xué)習(xí)算法，這都為知識(shí)獲取提供了有利條件。因此，在建造智能信息檢索系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)充分利用這些成果，逐漸向知識(shí)的自動(dòng)獲取過渡，提高其智能程度。事實(shí)上，在近年來建造的智能信息系統(tǒng)中，也都不同程度的做了這方面的嘗試，在非自動(dòng)知識(shí)獲取的基礎(chǔ)上增加了部分學(xué)習(xí)功能，使系統(tǒng)能從大量事例中歸納出某些知識(shí)。
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人工智能的研究領(lǐng)域與應(yīng)用領(lǐng)域
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