Уточнение наборов правил

Проблеме отладки и уточнения характеристик правил посвящено множество исследований. Далее мы рассмотрим пару примеров, которые позволят понять суть этой проблемы, прикоснуться к методам ее решения и послужат отправной точкой для более углубленного изучения этой темы. Несмотря на то что эта работа имеет теоретическую направленность, ее практическая ценность несомненна. Появление любого инструментального средства, которое поможет повысить производительность набора взвешенных правил в экспертной системе, будет приветствоваться инженерами по знаниям.

Если в нашем распоряжении имеется набор правил, сформированный по индукции программой обучения или извлеченный в процессе собеседования с экспертом, то нас, как правило, больше всего интересует следующее:

q влияние отдельных правил на результат;

q эффективность набора правил в целом и достоверность получаемого результата.

В отношении отдельных правил наибольшую озабоченность вызывают характеристики "применимости": насколько часто правило применяется корректно, а насколько часто оно приводит к ошибочному заключению. В отношении набора правил в целом желательно знать, какова полнота набора, т. е. насколько этот набор позволяет охватить все возможные комбинации исходных данных, не является ли он избыточным, т. е. нет ли в нем правил, которыеможно удалить без потери качества результата. При этом нужно учитывать, что хотя "избыточное" правило является корректным, удаление его из набора может положительно сказаться на производительности экспертной системы.

В работе [Langlotz et al., 1986] представлен метод теории принятия решений, позволяющий уточнять характеристики отдельных правил. Если в спецификации правила имеются свойства, которые можно варьировать, например связанные с вероятностными характеристиками, полезно выяснить, как сказывается их изменение на результатах работы системы.

В качестве иллюстрации авторы работы рассматривали простое правило системы MYCIN, которое "оппонирует" применению тетрациклина при лечении детей, поскольку этот препарат оказывает нежелательный побочный эффект на состояние зубов ребенка.

ЕСЛИ 1) против инфекции предполагается применение тетрациклина;

2) возраст пациента (лет) менее 8,

ТО есть серьезное основание полагать (0.8), что применение тетрациклина не рекомендуется

против этой инфекции.

Это правило содержит в себе возможность варьирования между воздействиемна поразившую пациента инфекцию и риском отрицательного побочного эффекта. Ожидаемая полезность применения этого правила является функцией полезности результатов правила и вероятностей реального получения этих результатов.

В теории принятия решений ожидаемая полезность (EU – expected utility) действия А, возможные результаты которого есть элементы множества { 0 ₁ ,0 ₂,..., 0 _n}, причем исходы характеризуются вероятностями p ₁ ,p ₂,..., p _n, выражается формулой

ЕU(А) = S_i р _i и (0 _i); i=1,…, п.

В этой формуле и (0 _i) означает оценку полезности отдельного варианта результата операции (исхода) 0 _i. Нас интересует, как будет меняться полезность действия, рекомендуемое правилом, при изменении вероятностей р_i и оценок полезности и (0_i). Если, например, инфекция, к которой имеет отношение это правило, устойчива против всех прочих препаратов, кроме тетрациклина, а вероятность побочного эффекта довольно мала, то значение EU(A) будет более высоким по сравнению с ситуацией, когда против инфекции можно применить и другие препараты, не имеющие побочных эффектов, а вероятность побочного эффекта от применения тетрациклина довольно высока.

Авторы описывают применение методов анализа чувствительности, которые позволяют выявить зависимость между полезностью исходов и их вероятностями. Точка, в которой рекомендации альтернативных курсов лечения имеют равную полезность, представляет пороговое значение вероятности. Анализируя эти пороговые значения, можно определить, насколько далеко отстоит оценка вероятности в модели от значения, при котором потребуется изменить принятое оптимальное решение. Усилия, затраченные на выполнение описанного анализа, окупаются тем, что инженер по знаниям и эксперт получают более точное обоснование рациональности применения того или иного правила. В частности, методы теории принятия решений позволяют определить в явном виде значения переменных, от которых зависит применимость отдельных правил. Это поможет инженеру по знаниям отыскать нежелательные взаимосвязи между правилами в наборе, включая и такие, которые являются результатом вероятностных зависимостей.

В работе [Wilkins and Buchanan, 1986] основное внимание уделено комплексной отладке набора эвристических правил. Авторы работы утверждают, что поочередная (инкрементальная) модификация отдельных правил в процессе настройки и эксплуатации экспертной системы (например, как это делается в программе TEIRESIAS) не гарантирует сходимости процесса к оптимальному набору правил. Они предостерегают против применения "универсальных стратегий" делать правила более общими или более специализированными в случаях, когда обнаруживаются неверные результаты работы системы в целом. Эвристические правила по своей природе являются приблизительными и их нельзя модифицировать только потому, что обнаружен отдельный неправильный результат. Фактически любое эвристическое правило представляет определенный компромисс между общностью и специализацией в терминах некоторой общей линии поведения, а потому целесообразно уделить основное внимание именно этой линии поведения, а не вносить изменения в отдельные правила.

Авторы дают определение оптимальному набору правил, как такому, который минимизирует вероятность получения неверных результатов. Предполагается, что отдельные правила в наборе соответствуют определенному стандарту качества, а главные усилия направляются на выбор в существующем наборе подмножества правил, наилучшего в определенном смысле. Процесс отбора такого оптимального подмножества формулируется как проблема минимизации двудольного графа (bipartite graph minimization problem), которая основана на отображении множества вершин, представляющих объекты обучающей выборки, на множество вершин, представляющих исходное множество правил. Показано, что хотя в общем виде эта проблема относится к классу необозримых, но существует эвристический метод ее решения для конкретной постановки, связанной со спецификой экспертных систем. Предлагаемое решение в основном сводится к тому, чтобы минимизировать в наборе вредные взаимные связи между "хорошими" эвристическими правилами, которые сформированы индуктивными методами.

Другая работа, имеющая отношение настройке наборов порождающих правил, посвящена описанию системы LAS (Learning Apprentice System) [Smith el al,, 1985]. LAS представляет собой интерактивный инструментальный комплекс для создания и настройки баз знаний. В системе частично автоматизирован процесс формирования эвристических правил на основании теории предметной области и отладки этих правил при возникновении каких-либо проблем с их применением в экспертной системе Работа LAS базируется на формализме сетей зависимостей, который используется для представления обоснования правил в терминах теории предметной области. Эти же структуры используются и для формирования пояснений при возникновении сбоев в работе системы.

Разработки, упоминавшиеся в этой главе, демонстрируют возможность создания средств автоматизации формирования баз знаний. Хотя некоторые из них носят исследовательский характер, очевиден прогресс в этой области искусственного и теллекта, позволяющий надеяться, что в недалеком будущем будет устранено наиболее узкое место в создании экспертных систем – найдено эффективное решение задачи приобретения знаний.

В заключение отметим, что исследованиях в области машинного обучения обещают внести значительный вклад в теорию и практику создания экспертных систем и решения других проблем искусственного интеллекта.

Дата добавления: 2015-07-02