Лекція 2. Що таке експертна система?

Що таке експертна система?

· 1.1. Значення експертного аналізу

· 1.2. Характеристики експертних систем

· 1.3. Базові функції експертних систем

День сьогодні не вдався. Ви щойно встановили нову версію текстового редактора, до якого давно звикли, але після активації ярлика комп'ютер реагує зовсім не так, як би хотілося, – виводиться повідомлення на зразок цього:

Call to Undefined Link (Виклик невизначеного зв'язку).

Як і більшість повідомлень про помилки, це допомагає не більше, ніж прогнозу долі за станом Марса. Ви застосовуєте крайню міру – видаляєте цілий каталог і переінстальовуєте програму, але результат від цього не міняється. Ви починаєте змінювати настройки в різних файлах ініціалізації, але це також не допомагає.

Нарешті, втомившись від безнадійних спроб, ви набираєте номер сервісної служби підтримки користувачів. І тільки після цього фортуна повертається до вас лицем – на допомогу приходить людина, яка знає що каже. Він радить вам викинути купу застарілих DLL-модулів в системному каталозі і знову переставити програму. Послухавшись його поради, ви вже через десяток хвилин можете нормально працювати і недавно кров'яний тиск, що зненацька підскочив знову повертається до норми.

Який би рівень експертного аналізу не був потрібен в даній області, зрозуміло, що фахівець з сервісної служби здатний його зробити, а ви – ні. Хоч в ящику стола у вас лежить диплом доктора філософії за спеціальністю "Інформатика", і ви, можливо, чудово програмуєте задачі в своїй області, але, не маючи певного досвіду і підготовки, проблему усунення несправності вирішити не змогли. Таким чином, здатність виконати експертний аналіз – це не тільки питання наявності певних знань і рівня кваліфікації. Для цього треба володіти і дуже специфічними навиками та умінням розібратися в конкретній ситуації в даній предметній області. Таким чином, бути експертом і мати загальну освіту – це далеко не одне і те ж.

1.1 Значення експертного аналізу

Задумайтеся над таким питанням: "При виконанні яких умовкомп'ютерну програму можна назвати експертом?"

• Цілком логічно вимагати, щоб така програма володіла знаннями. Просто здатність виконувати деякий алгоритм, наприклад проводити аналіз списку елементів на наявність якої-небудь властивості, явно не відповідає цій вимозі. Це все одно, що дати першому випадковому перехожому список питань і відповідей та чекати від нього успішного виконання пошуку і усунення несправностей в системах певного типу. Раніше або пізніше, але він обов'язково зіткнеться з ситуацією, не передбаченою в тому списку, яким його забезпечили.

• Знання, якими володіє програма, повинні бути сконцентровані на певну предметну область. Випадковий набір імен, дат і місць подій, сентенцій з класиків і т.п. – це аж ніяк не ті знання, які можуть послужити основою для програми, що претендує на здатність виконати експертний аналіз. Знання передбачають певну організацію і інтеграцію – тобто окремі відомості повинні співвідноситися одна з одною і утворювати щось на зразок ланцюжка, в якому одна ланка "тягне" за собою наступну.

• І, нарешті, з цих знань повинно безпосередньо витікати розв'язання проблем. Просто продемонструвати свої знання, що стосуються, наприклад, технічного обслуговування комп'ютерів, це далеко не те ж саме, що "оживити" комп'ютер. Точно так само, отримати доступ до оперативної документації це зовсім не те ж саме, що отримати в своє розпорядження фахівця (або програму), здатного справитися з проблемами, що виникли.

Тепер спробуємо підсумувати ці міркування в наступному формальному визначенні експертної системи.

Експертна система – це програма для комп'ютера, яка оперує зі знаннями в певній предметній області з метою вироблення рекомендацій або розв'язання проблем.

Експертна система може повністю взяти на себе функції, виконання яких зазвичай вимагає залучення досвіду людини-фахівця, або виконувати роль асистента для людини, що ухвалює рішення. Іншими словами, система (технічна або соціальна), що вимагає прийняття рішення, може отримати його безпосередньо від програми або через проміжну ланку – людину, яка спілкується з програмою. Той, хто ухвалює рішення, може бути експертом зі своїми власними правами, і в цьому випадку програма може "виправдати" своє існування, підвищуючи ефективність його роботи. Альтернативний варіант людина, що співпрацює з такою програмою, може досягти з її допомогою результатів більш високої якості. Взагалі кажучи, правильний розподіл функцій між людиною і машиною є однією з ключових умов високої ефективності впровадження експертних систем.

Технологія експертних систем є одним з напрямів нової області дослідження, яка отримала найменування штучного інтелекту (Artificial Intelligence AI). Дослідження в цій області сконцентровані на розробці і впровадженні комп'ютерних програм, здатних емулювати (імітувати, відтворювати) ті області діяльності людини, які вимагають мислення, визначеної майстерності та накопиченого досвіду. До них відносяться задачі прийняття рішень, розпізнавання образів та розуміння людської мови. Ця технологія вже успішно застосовується в деяких областях техніки та житті суспільства – органічної хімії, пошуку корисних копалин, медичній діагностиці. Перелік типових задач, що вирішуються експертними системами, включає:

• отримання інформації з первинних даних (таких як сигнали, що поступають від гідролокатора);

• діагностика несправностей (як в технічних системах, так і в людському організмі);

• структурний аналіз складних об'єктів (наприклад, хімічних сполук);

• вибір конфігурації складних багатокомпонентнихсистем (наприклад, розподілених комп'ютерних систем);

• планування послідовності виконання операцій, що приводять до заданої мети (наприклад, що виконуються промисловими роботами).

Хоч відомі і "звичайні" програми, що спеціалізуються на певних задачах з представленого переліку (або аналогічних їм в суміжних областях), в наступному розділі ми покажемо, в чому полягає істотна різниця між "звичайним" підходом та тим, що пропонуеться в сфері штучного інтелекту і чому експертні системи можна виділити в окремий, досить добре помітний клас програм. Чіткого формального визначення експертної системи, яке всіх би задовольнило, не існує - приведене вище також досить розпливчате. Проте існує досить багато важливих ознак, властивих в тій або іншій мірі всім експертним системам.

1.2. Характеристики експертних систем

Експертна система відрізняється від інших прикладних програм наявністю, наступних ознак.

• Моделює не стільки фізичну (або іншу) природу певної проблемної області, скільки механізм мислення людини стосовно до вирішення задач в цій проблемній області. Це істотно відрізняє експертні системи від систем математичного моделювання або комп'ютерної анімації. Не можна, звичайно, сказати, що програма повністю відтворює психологічну модель фахівця в цій предметній області (експерта), але важливо, що основна увага все-таки приділяється відтворенню комп'ютерними засобами методики розв'язання проблем, яка застосовується експертом, тобто виконанню деякої частини задач так само (або навіть краще), як це робить експерт.

• Система, крім виконання обчислювальних операцій, формує певні міркування і висновки, базуючись на тих знаннях, які вона має в своєму розпорядженні. Знання в системі представлені, як правило, на деякій спеціальній мові і зберігаються окремо від власне програмного коду, який і формує висновки і міркування. Цей компонент програми прийнято називати базою знань.

• При вирішенні задач основними є евристичні і наближені методи, які, на відміну від алгоритмічних, не завжди гарантують успіх. Евристика, по суті, є правилом впливу (rule of thumb), яке в машинному вигляді представляє деяке знання, отримане людиною по мірі накопичення практичного досвіду розв'язання аналогічних проблем. Такі методи є приблизними в тому значенні, що, по-перше, вони не вимагають вичерпної початкової інформації, і, по-друге, існує певна міра впевненості (або невпевненість) в тому, що рішення, що пропонується є вірним.

Експертні системи відрізняються і від інших видів програм з області штучного інтелекту.

• Експертні системи мають справу з предметами реального світу, операції з якими зазвичай вимагають наявності значного досвіду, накопиченого людиною. Безліч програм з області штучного інтелекту є суто дослідницькими і основна увага в них приділяється абстрактним математичним проблемам або спрощеним варіантам реальних проблем (іноді їх називають "іграшковими" проблемами), а метою виконання такої програми є "підвищення рівня інтуїції". Експертні системи мають яскраво виражену практичну спрямованість в науковій або комерційній області.

• Однієї з основних характеристик експертної системи є її продуктивність, тобто швидкість отримання результату і його достовірність (надійність). Дослідницькі програми штучного інтелекту можуть і не бути дуже швидкими, можна змиритися і з існуванням в них відмов в окремих ситуаціях, оскільки, зрештою, це інструмент дослідження, а не програмний продукт. А ось експертна система повинна за прийнятний час знайти рішення, яке було б не гірше, чим те, яке може запропонувати фахівець в цій предметній області.

• Експертна система повинна володіти здатністю пояснити, чому запропоновано саме таке рішення, і довести його обгрунтованість. Користувач повинен отримати всю інформацію, необхідну йому для того, щоб бути упевненим, що рішення взяте "не з стелі". На відміну від таких систем, дослідницькі програми "спілкуються" тільки зі своїм творцем, який і так (швидше за все) знає, на чому базований результат. Експертна система проектується з розрахунку на взаємодію з різними користувачами, для яких її робота повинна бути, по можливості, прозорою.

Часто термін система, заснована на знаннях (knowledge-based system), використовується як синонім терміну експертна система, хоча експертна система це більш широке поняття. Система, заснована на знаннях, це будь-яка система, процес роботи якої заснований на застосуванні правил відносин до символічного представлення знань, а не на використанні алгоритмічних або статистичних методів. Таким чином, програма, здатна міркувати про погоду, буде системою, заснованою на знаннях, навіть в тому випадку, якщо вона не здатна виконати метеорологічну експертизу. А ось щоб мати право називатися метеорологічною експертною системою, програма повинна бути здатна давати прогноз погоди (інше питання наскільки він буде достовірний). Підсумовуючи все сказане, зазначимо, що експертна система містить знання в певній предметній області, накопичені внаслідок практичної діяльності людини (або людства), і використовує їх для розв'язання проблем, специфічних для цієї області. Цим експертні системи відрізняються від інших, "традиційних" систем, в яких перевага віддається більш загальним і менш пов'язаним з предметною областю теоретичним методам, частіше за все математичним. Процес створення експертної системи часто називають інженерією знань (knowledge engineering) і він розглядається як "застосування методів штучного інтелекту" (див. [Feigenbaum, 1977]). Далі, в розділах 2 і 3, ми більш пильно розглянемо відмінність між загальноприйнятим в програмуванні підходом до розв'язання проблем і тим, який пропонується при проектуванні експертних систем.

У частині цього розділу, що залишилася ми розглянемо наступні питання. Спочатку будуть перераховані чотири базові функції, які реалізовуються в експертних системах. Ці функції тут будуть розглянуті дуже поверхово, з єдиною метою дати читачеві загальне представлення про них і познайомити з відповідною термінологією. Остання частина розділу дасть читачеві представлення про загальну структуру матеріалу в цій книзі і про його розподіл по розділах.

Дата добавления: 2014-01-11