1

К оглавлению

 

 

41. Экспертные информационные системы

Экспертные системы (ЭС) – это сложные программные комплексы, аккумулирующие знания специалистов в конкретных предметных областях и предназначенные для обеспечения высокоэффективного решения неформализованных задач.

Неформализованные задачи обладают следующими особенностями:

•   ошибочностью, неоднозначностью, неполнотой и противоречивостью исходных данных;

•   большой размерностью пространства решения;

•   динамически изменяющимися данными и знаниями;

•   не существует алгоритмического решения задачи

Применение ЭС может быть оправдано одним из следующих факторов:

•   решение задачи принесет значительный эффект, например, экономический;

•   использование человека-эксперта невозможно либо из-за недостаточного количества экспертов, либо из-за необходимости выполнять экспертизу одновременно в различных местах;

•   использование ЭС целесообразно при необходимости решать задачу в окружении, враждебном для человека.

Экспертные системы отличаются от систем обработки данных тем, что в них в основном используются символьный (а не числовой) способ представления, символьный вывод и эвристический поиск решения (а не выполнение известного алгоритма).

Классификация ЭС:

I) По задаче

1) Интерпретация – выявление описаний ситуаций из наблюдения. Эта категория включает наблюдения, понимание речи, анализ образов, интерпретацию сигналов и многие другие виды интеллектуального анализа. Система интерпретации объясняет наблюдаемые данные путем присвоения им символических значений, описывающих ситуацию (SIAP, АВТАНТЕСТ,  МИКРОЛЮШЕР, DENDRAL, PROSPECTOR, TEC)

2) Прогнозирование (предсказание) – выявление похожих последствий в данной ситуации  (WERRA – предсказание наводнений и управление ими; WILLARD –предсказание погоды , PLANT – оценки будущего урожая, ECON – прогнозы в экономике)

3) Диагностика – выявление неисправностей системы через наблюдение. Включают диагностику в медицине, электронике, механике и программном обеспечении.

Диагностирующие системы обычно соотносят наблюдаемые поведенческие отклонения с причинами, лежащими в основе  (CRIBдиагностика ошибок в аппаратуре и мат. обеспечении ЭВМ; MYCINобнаружение инфекционного заболевания крови, терапия антибиотиками; DART обнаружение и локализация неисправностей в ЭВМ; INTERNISTобнаружение заболевания внутренних органов; DIDIMAранняя диагностика рака груди).

4) Планирование – разработка планов для достижения целей (планирование промышленных заказов ISIS – проектирование производственных процессов;планирование эксперимента  MOLGENэксперименты в молекулярной генетике, на основе экспериментов с ферментами системой вырабатываются гипотезы о структуре ДНК; ЭКСПЛАН – планирование производства на Бакинском нефтеперерабатывающем заводе) .

5) Проектирование – конфигурирование и разработка объектов, удовлетворяющих определенным требованиям. Такие задачи включают конструирование зданий, планировка расположения оборудования и другие. Эти системы конструируют различные взаимосвязи описаний объектов друг с другом и проверяют, удовлетворяют ли эти конфигурации установленным ограничениям и требованиям.  (SYNсинтез электрических цепей)

6) Мониторинг – сравнение наблюдений с планами, сигнализируя об отклонениях и исключениях. Существует много компьютерных систем мониторинга: от контроля движения воздушных потоков до задач управления сбором налогов  (СПРИНТ – контроль за работой электростанций; REACTOR – помощь диспетчерам атомного реактора)

7)Управление – интерпретирование, предсказывание, восстановление и мониторинг поведения системы, адаптивно управляют всеобщим поведением системы. Для осуществления этого система управления должна периодически интерпретировать текущую ситуацию, предсказывать будущее, диагностировать причины ожидаемых проблем, формулировать план устранения этих проблем и осуществлять мониторинг его выполнения для обеспечения успеха.  (PROCONоперативное управление химической установкой; GAS помощь в управлении газовой котельной)

8) Обучение – диагностируют ошибки при изучении дисциплины с помощью ЭВМ и подсказывают правильные решения. Они аккумулируют знания о гипотетическом «ученике» и его характерных ошибках, затем в работе диагностируют слабости в познаниях обучаемых, находят соответствующие средства для их ликвидации. (PROUSTобучение языку Паскаль; обучение языку программирования ЛИСП «Учитель ЛИСПа» )

II) По связи с реальным временем

Если исходная информация о предметной области или окружающем мире, на основе которой решается задача, не изменяется за время решения задачи, то такую предметную область можно условно назвать статической предметной областью, и ее представление в ЭС будет статическим.  ЭС, разрабатываемые в таких предметных областях, называются статическими.

Если информация о предметной области изменяется за время решения задач, то такую предметную область называют динамической предметной областью.

Квазидинамическими ЭС называют системы, которые интерпретируют ситуацию, меняющуюся с некоторым фиксированным интервалом времени. Пример, микробиологические ЭС, в которых снимаются лабораторные измерения с технологического процесса один раз в 4 – 5 часов (производство лизина) и анализируется динамика полученных показателей по отношении к предыдущему измерению.

III) По типу ЭВМ

•   на суперЭВМ (для уникальных стратегических важных задач – Эльбрус, CRAY, CONVEX и др.);

•   на ЭВМ средней производительности (типа ЭС ЭВМ);

•   на символьных процессорах и рабочих станциях (SUN, Silicon Graphics, APOLLO);

•   на ПЭВМ (IBM PC, MAC II и др.).

IV) По степени интеграции

•   Автономные ЭС работают непосредственно в режиме консультаций с пользователем для решения задач, в которых не требуется привлекать традиционные методы обработки данных.

•   Гибридные ЭС представляют программные комплекс, соединяющий стандартные пакеты прикладных программ (ППП) (например, математическую статистику, линейное программирование или системы управления базами данных) и средства манипулирования знаниями.

Структура и этапы создания экспертных систем

К числу основных участников следует отнести:

•   экспертную систему,

•   экспертов,

•   инженеров знаний,

•   средства построения ЭС и пользователей.

Эксперт – это человек, пользующийся репутацией специалиста, умеющего находить правильные решения проблем в конкретной предметной области. Эксперт использует приемы и знания, чтобы сделать поиск решения более эффективным, и ЭС модулирует все его стратегии.

Инженер знаний – человек, как правило, имеющий познания в информатике, программировании, искусственном интеллекте и знающих, как надо строить ЭС. Инженер знаний опрашивает экспертов, организует знания, решает, каким образом они должны быть представлены в ЭС, и может помочь программисту в написании программ.

Средство построения ЭС – это программное средство, используемое инженером знаний или программистом для построения ЭС.

Структура экспертных систем:

-   Среда развития - используется разработчиком ЭС для построения компонентов и размещения знаний в БЗ

-   Среда рекомендаций – используется неэкспертами для получения экспертных знаний и советов

Три главных компонента, которые проявляются в каждой ЭС:

1.База знаний

2.механизм вывода

3.пользовательский интерфейс

ЭС могут содержать следующие компоненты:

1.подсистема извлечения знаний;

2.БЗ;

3.механизм вывода;

4.пользовательский интерфейс;

5.рабочая область;

6.подсистема объяснения;

7.подсистема верификации знаний.

Потенциальные источники знаний:

•   эксперты;

•   учебники;

•   Справочники

•   Базы данных

•   Исследовательские отчеты

База знаний содержит знания, необходимые для понимания, формулирования и решения задач. Факты – проблемная ситуация и теоретические знания о проблемной области. Специальные эвристики или правила – направляют использование знаний при решении специфических задач в отдельной области

Механизм вывода – является мозгом ЭС, его также называют управляющая структура или интерпретатор правил.  Этот компонент является в основном компьютерной программой, которая обеспечивает методологию для рассуждения об информации в БЗ и в рабочей области, а также для формулирования заключений. Она обеспечивает указания о том, как использовать знания системы при реализации агенды (расписания запланированных действий в рабочей области, которая организует и управляет шагами, предпринимаемыми для решения задачи).

Механизм вывода:

-   Интерпретатор – выполняет выбранные позиции агенды, используя соответствующие правила БЗ.

-   Планировщик – поддерживает управление агендой .

Пользовательский интерфейс. ЭС содержат языковой процессор для дружественного, проблемно-ориентированного общения между пользователем и компьютером. Общение наилучшим образом выполняется на естественном языке. Иногда оно дополняется меню и графикой.

Этапы создания экспертных систем:

1. Идентификация – определяются задачи, которые подлежат решению, выявляются цели разработки, определяются эксперты и типы пользователей

2. Концептуализация – проводится содержательный анализ проблемной области; выявляются используемые понятия и их взаимосвязи; определяются методы решения задач;

3. Формализация – выбираются ИС и определяются способы представления всех видов знаний, формализуются основные понятия, определяются способы интерпретации знаний, моделируется работа системы, оценивается адекватность целям системы зафиксированных понятий, методов решений, средств представления и манипулирования знаниями;

4. Выполнение – осуществляется наполнение экспертом базы знаний. В связи с тем, что основой ЭС являются знания, данный этап является наиболее важным и наиболее трудоемким этапом разработки ЭС. Процесс приобретения знаний разделяют на извлечение знаний из эксперта, организацию знаний, обеспечивающую эффективную работу системы, и представление знаний в виде, понятном ЭС;

5. Опытная эксплуатация;

6. Тестирование.

 

К оглавлению

Hosted by uCoz