Основные области применения ЭС

Математические модели и алгоритмы могут быть представлены в виде, который предусматривает этап программирования, и в форме, готовой для прямого использования при решении задачи. Исходящая информация может быть представлена в различных вариантах.

Изначально, особенностью информационной системы является то, что она обеспечивает пользователя информацией из нескольких источников (организаций).

Для главных компонентов информации важное значение имеет такая характеристика как их чрезмерность. Большинство информационных систем управления информационными ресурсами вмещают и много других компонентов и все они содержат огромные описания собственного содержания в той или иной форме. Эти описания необходимы для интерпретации и корректного использования представленной информации. Значение чрезмерности существенно зависит от единицы информации. Когда единица выбрана, то чрезмерность – это просто дублирование одной и той же единицы в системе. Существенным решением при выборе единицы информации является ее размер. Выбор слишком маленькой единицы приводит не только к высокому уровню независимости блоков информации, но и к увеличению накладных расходов и расходов на поддержку; при принятии крупной единицы невозможно будет избежать численного дублирования подблоков информации.

За время возникновения и развития информационных систем организационного типа структура и чрезмерность данных существенно изменялись, чем определяли поколения данных систем.

В информационных системах первого поколения для каждой задачи отдельно готовились данные и создавалась математическая модель. Системы операционных данных были узко прикладными и ориентированы на автоматизацию работ с бумагами за счет компьютеризации больших массивов и потоков данных на операционном уровне.

Информационные системы второго поколения известны под названием «административные информационные системы». Одной из функций таких систем было обеспечение управления информацией. Типовую управленческую информационную систему характеризует структурный поток информации, интеграция задач обработки данных, генерирование запросов и отчетов.

В управленческих информационных системах уже были определены преимущества коллективного пользования данными, а также отмечено, что в одной организации много прикладных программ используют одни и те же рабочие данные и имеет место дублирование работ в процессе сбора, хранения и обработки данных. Больше того, такое дублирования являлось неэффективным. Выходом из данной ситуации стало создание единой централизованной управляемой базы, которая с помощью специального программного продукта обслуживает все прикладные программы организации.

Системы поддержки принятия решений – это системы третьего поколения. Они имеют не только общее информационное обеспечение, а и общее математическое обеспечение – базы моделей

С увеличением количества прикладных программ и увеличением количества информационных систем росло количество дублирования. Выходом из такой ситуации стала концепция создания единой централизованной управляемой базы моделей.

В этом направлении было получено ряд результатов:

1) более высокий уровень модульности

2) системы управления базами данных были использованы для контроля и управления интерфейсами моделей

3) с помощью способов системного анализа были осуществлены способы описания расчетов таким способом, который был принят для широкого диапазона пользователей

4) некоторые системные описания были автоматизированы и включены в программное обеспечение с помощью диалога пользователь – система.

Экспертная система (ЭС) – это первый программный продукт, появившийся на рынке программных продуктов, как итог 30-летней работы в области искусственного интеллекта. По смыслу ЭС воспроизводят процесс решения проблемы человеком-экспертом. Интерес к разработке ЭС связан с тем, что они дают средства повышения производительности труда и увеличения прибыльности производства.

Существует мнение, что внедрение машинного интеллекта в производство помогает разобраться в нашем собственном. К настоящему времени эволюция ЭС прошла два поколения. Сейчас разрабатывают ЭС второго поколения. Чтобы очертить границу между этими ЭС, необходимо рассмотреть разницу их основных черт: в представлении знаний, в механизмах вывода, получении объяснений и т.д.

Представление знаний. У ЭС первого поколения функционирование систем осуществляется только на основе знаний, полученных от эксперта. Опыт, приобретаемый в процессе эксплуатации, не используется. Для представления знаний используется одна из моделей, наиболее часто – продукционная. Методы представления знаний позволяют описывать только статические предметные области. Отсутствуют знания о границах области компетентности систем. Модели представления знаний ориентированы на простые, хорошо структурированные области.

Механизм вывода. Реализация вывода ЭС первого поколения осуществляется только при условии полноты данных и знаний. Системы не умеют осуществлять вывод с учетом связи объектов в пространстве и во времени. Системы не могут давать приближенный вывод. Схема вывода в ЭС не соответствует схеме рассуждения эксперта.

Интерфейс пользователя. У ЭС первого поколения отсутствуют средства настройки на конкретного пользователя. Диалог имеет жесткую структуру (ответы пользователя должны быть представлены в строго определенном виде и формате). Избыточность совокупности вопросов ЭС, адресованных пользователю, обусловлены тем, что отсутствуют взаимосвязи между данными. Отсутствуют логичность в последовательности вопросов, задаваемой системой пользователю, хотя общая логическая направленность достаточно полная.

В направлении объяснения полученных решений. Пользователь получает лишь тривиальную аргументацию, которая покрывает всех его потребностей и требует от него самостоятельной творческой работы.

Приобретение знаний и обучение. Пополнение знаний системы и контроль их противоречивости выполняется только «вручную», т.е. экспертом. Знания должны быть обязательно преобразованы в соответствующую модель представления, допускаемую ЭС. Отсутствуют механизмы обучения.

- оценка рисков займов, страхования и капитальных вложений для финансовых организаций;

- помощь химикам в нахождении верной последовательности реакций для создания новых молекул;

- отладка программного и аппаратного обеспечения ЭВМ в соответствии с индивидуальными требованиями;

- диагностика и обнаружение неисправностей в телефонной сети на основе тестов;

- идентификация и ликвидация неполадок в локомотивах;

- помощь медикам в постановке диагноза;

- получение молекулярной структуры химического вещества на основании опытов;

- управление технологическими процессами, агрегатами, как в мирных, так и в военных целях.

ЭС представляет собой набор блоков, выполняющих хранение и представление знаний о предметной области, выполнение выводов, решений на основании текущей информации, выполнение объяснений принятых решений, общение с пользователем и экспертом.

2. Научно-познавательная деятельность включает в себя следующие три этапа:

Сбор и обработка исходных эмпирических данных.

Математическая и логико-теоретическая обработка данных с целью выявления новых фактов, объективная ценность которых имеет как теоретическое, так и эмпирическое обоснование.

Обобщение научных фактов и построение новых теорий.

Из этих этапов наибольшие достижения имеются на первом (наиболее освоенном для всех наук). Второй и третий этапы для некоторых наук (техническая кибернетика, экономическая кибернетика) тоже достаточно хорошо освоены, но для медицины, биологии, химии деятельность ученых по-прежнему остается низко автоматизированной. Это и объясняет популярность создания ЭС.

Интересно отметить некоторые познавательные акты, которые желательно реализовать в ЭС. К ним относятся:

· Накопление знаний

· Обобщение знаний

· Осознание проблемы

· Выполнение суждений и выводов на основе неполной информации

· Объяснение поведения

· Взаимодействие с другими людьми и системами

· Обновление знаний

· Определение своей компетентности в решении поставленной проблемы

В настоящее время основным средством передачи знаний являются книги. Прежде, чем использовать знания книг, необходимо найти и проинтегрировать их, что не всегда получается точно. Сами книги не отличаются гибкостью, что особенно проявляется при переиздании книг. Вместе с этим существует проблема перекодирования знаний книг и знаний экспертов в специальные языковые конструкции, которые должны поддерживать какую-то модель знаний.

Таким образом, в настоящее время этот процесс достаточно сложный, что обуславливает необходимость его поддержки. Поэтому в него вовлекается специалист-инженер по знаниям – когнитолог.

Основными качествами ЭС следует считать динамичность и интеллектуальность. Динамичность понимается как возможность изменения свойств в процессе накопления знаний. Интеллектуальность – это способность решать задачи в соответствии с имеющимися знаниями.

С учетом вышесказанного на функциональном уровне ЭС можно представить себе следующими функциями: представление знаний, приобретение знаний, вывод решения, консультация, объяснение решения, диалог с пользователем.

3. Структура ЭС

На рисунке обозначения соответствуют следующим понятиям: 1 – знания первого рода, 2 – знания второго рода, 3 – эксперт, 4 – когнитолог, 5 – подсистема общения, 6 – решающий блок, 7 – база знаний, 8 – блок объяснения, 9 – пользователь.

Решение задач с помощью ЭС имеет следующие особенности. Алгоритм решения задачи заранее не известен и строится по ходу решения на основании эвристических правил. Решения сопровождаются объяснениями, понятными пользователю. Качество решений не хуже, а иногда и лучше тех, которые получают эксперты. Знания, накопленные в ЭС можно анализировать, постепенно накапливать, актуализировать. Источниками знаний являются эксперты, с которыми организовывается дружественный интерфейс. Обеспечить такой интерфейс обязан когнитолог. Под дружественным интерфейсом понимают отсутствие необходимости знаний в области программирования у эксперта, т.е. общение на естественном языке.

При функционировании ЭС можно выделить два этапа:

Обучение

Экспертиза.

В процессе обучения взаимодействие эксперта и когнитолога порождает базу знаний у предметной области. В режиме экспертизы пользователь, взаимодействуя с системой, получает ответ на интересующий его вопрос.

Методы вывода чаще всего диктуются либо внешней проблемой, либо используемыми инструментальными средствами. Порождение методов вывода происходит в результате совместной работы экспертов с инженерами знаний. Когнитолог планирует свою работу с экспертом таким образом, чтобы получить от него сведения о том, как последний формирует экспертное заключение.

4. Механизм вывода реализуется решающим блоком, назначением которого является получение решения на основе баз знаний и фактов. Этот механизм может быть построен на основе прямого и обратного выводов.

Сами выводы могут выполнятся множеством методов с использованием оценки степени достоверности нечеткой логики.

Стратегия вывода задается правилами выбора фрагмента знаний на текущий момент. При этом возможно возникновение конфликтной ситуации (например, применение нескольких правил), которая разрешается определенной моделью компромисса.

Методы вывода чаще всего диктуются либо внешней проблемой, либо используемыми инструментальными средствами. Порождение методов вывода происходит в результате совместной работы экспертов с инженерами знаний. Когнитолог планирует свою работу с экспертом таким образом, чтобы получить от него сведения о том, как последний формирует экспертное заключение.

5. При решении вопросов создания системы объяснений формулируют ряд принципов:

· выдача типового объяснения

· выдача протокола вывода

· формирование объяснений по правилам индукции

В первом случае предугадывают заранее возможные ситуации объяснений и формируют специализированные блоки объяснений. Во втором случае предоставляется возможность просмотреть весь ход рассуждений. В третьем случае моделируется индуктивное извлечение знаний (от частного к общему).

6. Интерфейс с пользователем представляют собой сценарий диалога, в который ЭС ведет пользователя, задавая ему вопросы. Одной из проблем при этом является учет интеллекта пользователя. Механизм настройки на пользователя должен быть в интерфейсе. Для этой цели для пользователя возможна выдача информации о предметной области, о возможных запросах к нему, о вопросах, которые может задать пользователь, о продолжении сеанса экспертизы. Особенно велика роль интерфейса при использовании нечетких знаний.

Дата добавления: 2013-12-12