Е. Стадия существования

Г. Тип используемых методов и знаний.

B. Глубина анализа проблемной области.

Б. Проблемная область.

Д. Класс системы.

Ж. Инструментальные средства.

А. Назначение определяется следующей совокупностью параметров: цель создания ЭС — для обучения специалистов, для решения задач, для автоматизации рутинных работ, для тиражирования знаний экспертов и т.п.; основной пользователь — не специалист в области экспертизы, специалист, учащийся.

Б. Проблемная область может быть определена совокупностью параметров: предметной областью и задачами, решаемыми в предметной области, каждый из которых может рассматриваться с точки зрения как конечного пользователя, так и разработчика ЭС.

С точки зрения пользователя, предметную область можно характеризовать описанием области в терминах пользователя, включающим наименование области, перечень и взаимоотношение подобластей и т.п., а задачи, решаемые существующими ЭС, их типом. Обычно выделяют следующие типы задач:

• интерпретация символов или сигналов — составление смыслового описания по входным данным;

• предсказание — определение последствий наблюдаемых ситуаций;

• диагностика — определение состояния неисправностей, заболеваний по признакам (симптомам);

• конструирование — разработка объекта с заданными свойствами при соблюдении установленных ограничений;

• планирование — определение последовательности действий,риводящих к желаемому состоянию объекта;

• слежение — наблюдение за изменяющимся состоянием объекта и сравнение его показателей с установленными или желаемыми;

• управление — воздействие на объект для достижения желаемого поведения.

С точки зрения разработчика целесообразно выделять статичские и динамические предметные области. Предметная область называется статической, если описывающие ее исходные данные не изменяются во времени (точнее рассматриваются как не изменяющиеся за время решения задачи). Статичность области означает неизменность описывающих ее исходных данных. Если исходные данные, описывающие предметную область, изменяются за время решения задачи, то предметную область называют динамической. Кроме того, предметные области можно характеризовать следующими аспектами: числом и сложностью сущностей, их атрибутов и значений атрибутов; связностью сущностей и их атрибутов; полнотой знаний; точностью знаний (знания точны или правдоподобны; правдоподобность знаний представляется некоторым числом или высказыванием).

Решаемые задачи, с точки зрения разработчика ЭС, также можно разделить на статические и динамические. Будем говорить, что ЭС решает динамическую или статическую задачу, если процесс решения задачи изменяет или не изменяет исходные данные о текущем состоянии предметной области.

В подавляющем большинстве существующих ЭС исходят из предположения статичности предметной области и решают статистические задачи. Будем называть такие ЭС статическими. ЭС, которые имеют дело с динамическими предметными областями и ре­шают статистические или динамические задачи, будем называть динамическими. В последние годы стали появляться первые динамические ЭС. Следует подчеркнуть, что на традиционных (числовых) последовательных ЭВМ с помощью существующих методов инженерии знаний можно решать только статические задачи, а для решения динамических задач, составляющих большинство реальных приложений, необходимо использовать специа лизированные символьные ЭВМ.

Решаемые задачи, кроме того, можно характеризовать следующими аспектами: числом и сложностью правил, используемых в задаче; связностью правил; пространством поиска; количеством активных агентов, изменяющих предметную область; классом решаемых задач

По степени сложности выделяют простые и сложные правила.

К сложным относят правила, текст знаний которых на естественном языке занимает 1/3 страницы и больше. Правила, текст которых занимает менее 1/3 страницы, относят к простым.

По степени связности правил задачи делятся на связные и малосвязные. К связным относят задачи (подзадачи), которые не удается разбить на независимые задачи. Малосвязные задачи удается разбить на некоторое количество независимых подзадач.

Можно сказать, что степень сложности определяется не просто общим количеством правил данной задачи, а количеством правил в ее наиболее связной независимой подзадаче.

Пространство поиска может быть определено, по крайней мере, тремя подаспектами: размером, глубиной и шириной. Размер пространства поиска дает обобщенную характеристику сложности задачи. Выделяют малые (до 10! состояний) и большие (свыше 10! со­стояний) пространства поиска. Глубина пространства поиска ха­рактеризуется средним числом последовательно применяемых правил, преобразующих исходные данные в конечный результат, шири на пространства — средним числом правил, пригодных к выполне­нию в текущем состоянии.

Количество активных агентов существенно влияет на выбор метода решения. Выделяют следующие значения данного аспекта: ни одного агента, один агент, несколько агентов.

Класс решаемых задач характеризует методы, используемые ЭС для решения задачи. Данный аспект в существующих ЭС применяет следующие значения: задачи расширения, доопределения, преобразования. Задачи расширения и доопределения являются статическими, а задачи преобразования — динамическими.

К задачам расширения относятся задачи, в процессе решения которых осуществляется только увеличение информации о пред­метной области. Они не приводят ни к изменению ранее выведенных данных, ни к выбору другого состояния области. Типичный задачей этого класса являются задачи классификации.

К задачам доопределения относятся задачи с неполной или неточной информацией о реальной предметной области. Цель их решения — выбор из множества альтернативных текущих состояний предметной области того, которое адекватно исходным данным. В случае неточных данных альтернативные текущие состояния возникают как результат ненадежности данных и правил, что приводит к многообразию различных доступных выводов из одних и тех же исходных данных. В случае неполных данных альтернативные состояния являются результатом доопределения области, т.е. результатом предположений о возможных значениях недостающих данных.

К задачам преобразования относятся задачи, которые осуществляют изменения исходной или выведенной ранее информации о предметной области и являются следствием изменений либо реального мира, либо его модели.

В. По степени сложности структуры ЭС делят на поверхностные и глубинные. Поверхностны е ЭС представляют знания об области экспертизы в виде правил (условие -> действие). Условие полного правила определяет образец некоторой ситуации, при соблюдении которой правило может быть выполнено. Поиск решения состоит в выполнении тех правил, образцы которых сопоставляются с текущими данными (текущей ситуации в РП). Глубинны е ЭС, кроме возможностей поверхностных систем, обладают способностью привозникновении неизвестной ситуации определять с помощью некоторых общих принципов, справедливых для области экспертизы, какие действия следует выполнять.

Г. По типу используемых методов и знаний ЭС делят на традиционные и гибридные. Традиционные ЭС используют в основном неформализованные методы инженерных знаний и неформализованные знания, полученные от экспертов. Гибридны е ЭС используют и методы инженерии знаний, и формализованные методы, а также данные традиционного программирования и математики.

Сейчас говорят о трех поколениях ЭС. К первому поколению следует относить статические поверхностные ЭС, ко второму — статические глубинные ЭС (иногда ко второму поколению относят гибридные ЭС), а к третьему — динамические ЭС (вероятно, они, как правило, будут глубинными и гибридными).

Д. В последнее время выделяются два больших класса ЭС (существенно отличающихся по технологии их проектирования), которые условно можно назвать простыми и сложными ЭС. Простая ЭС может быть охарактеризована следующими основными показа­телями: поверхностная ЭС; традиционная ЭС (реже гибридная); выполненная на персональной ЭВМ. Сложная ЭС может быть охарактеризована следующими показателями: глубинная ЭС; гибридная ЭС; выполненная либо на символьной ЭВМ, либо на мощной универсальной ЭВМ, либо на интеллектуальной рабочей станции.

Е. По стадиям жизненного цикла ЭС можно подразделить на такие, которые используются при проектировании технических и информационных объектов и применяются интегрированно с CAD-system или САПР. На стадии технологического производства ЭС используются совместно с CAM-system как системы технологической подготовки производства, контроля и управления технологическим процессом.

На стадии эксплуатации ЭС используются совместно с CAE-system и обеспечивают интеллектуальную поддержку технического обслуживания сложных систем.

Ж. В заключение следует отметить, что единую классификацию всех существующих на сегодня ИтС для ЭС провести достаточно сложно, так как, с одной стороны, можно выделить большое количество специфических характеристик ИтС, а с другой стороны, у разных авторов существуют значительные различия в терминоло­гии обозначения одних и тех же вещей).

5.Структура и режимы экспертной системы

Типичная ЭС состоит из следующих основных компонентов: решателя (интерпретатора), рабочей памяти (РП), называемой также базой данных (БД), базы знаний (БЗ), компонентов приобретения знаний, объяснительного и диалогового.

База данных предназначена для хранения исходных и промежуточных данных решаемой в текущей момент задачи. Этот термин совпадает по названию, но не по смыслу с термином, используемым в ИПС и системах управления базами данных (СУБД) для обозначения всех данных (и в первую очередь не текущих, а долгосрочных), хранимых в системе.

База знаний в ЭС предназначена для хранения долгосрочных данных, описывающих рассматриваемую область (а не текущих данных), и правил, описывающих целесообразные преобразования данных этой области.

Решатель, используя исходные данные из БД и знания из БЗ, формирует такую последовательность правил, которые, будучи примененными к исходным данным, приводят к решению задачи.

Компонента приобретения знани й автоматизирует процесс наполнения ЭС знаниями, осуществляемый пользователем-экспертом

Объяснительная компонента объясняет, как система получила решение задачи (или почему она не получила решения) и какие знания при этом она использовала, что облегчает эксперту тестирование системы и повышает доверие пользователя к полученному результату.

Диалоговая компонента ориентирована на дружелюбное общение с пользователями.

В разработке ЭС участвуют представители следующих специальностей: эксперт в той проблемной области, задачи которой будет решать ЭС; инженер по знаниям (когнитолог) — специалист по разработке ЭС; программист — специалист по разработке инструментальных средств (ИтС).

Эксперт определяет знания (данные и правила), характеризующие проблемную область, обеспечивает полноту и правильность введения в ЭС знаний.

Инженер по знаниям помогает эксперту выявить и структурировать знания, необходимые для работы ЭС, осуществляет выбор того ИтС, которое наиболее подходит для проблемной области, и определяет способ представления знаний в ИтС, выделяет и программирует (традиционными средствами) стандартные функции (типичные для данной проблемной области), которые будут использоваться в правилах, вводимых экспертом.

Наиболее ответственным этапом является построение БЗ, для чего в общем случае и необходим посредник — так называемый инженер по знаниям (или аналитик), который должен обеспечить проведение домашинных этапов разработки систем, основанных на знаниях (СОЗ), заключающихся, как правило, в анализе предметной области, извлечении знаний из эксперта и их структурировании.

Поэтому почти одновременно с появлением индустрии знаний стали разрабатываться автономные системы, автоматизирующие процессы получения необходимой информации от экспертов. Позднее подобные программные средства получили название «оболочек приобретения», а затем — инструментальных средств ИтС.

Программист разрабатывает ИтС, содержащее в пределе все основные компоненты ЭС, осуществляет сопряжение ИтС с той средой, в которой оно может быть использовано.

Экспертная система работает в двух режимах: приобретения знаний и решения задач (последняя называется также режимом консультации, или режимом использования ЭС).

В режиме приобретения знаний общение с ЭС осуществляет эксперт через посредничество инженера по знаниям. Эксперт описывает проблемную область в виде совокупности данных и правил. Данные определяют объекты, их характеристики и значения, существующие в области экспертизы. Правила определяют способы манипулирования данными, характерные для рассматриваемой проблемной области. Эксперт, используя компонент приобретения знаний, наполняет систему знаниями, которые позволяют ЭС в режиме решения самостоятельно (без эксперта) решать задачи из проблемной области.

Важную роль в режиме приобретения знаний играет объяснительный компонент. Благодаря ему эксперт на этапе тестирования локализует причины неудачной работы ЭС, что позволяет целенаправленно моделировать старые или вводить новые знания. Объяснительный компонент сообщает следующее: как правильно использовать информацию пользователя; почему использовались или не использовались данные или правила; какие были сделаны выводы и т.п. Все объяснения делаются на ограниченном естественном языке или языке графики. Режиму приобретения знаний при традиционном подходе к разработке программ соответствуют этапы алгоритмизации, программирования и отладки, выполняемые программистом. В отличие от традиционного подхода разработку программ осуществляет эксперт (с помощью ЭС), не владеющий программированием, а не программист.

В режиме консультации общение с ЭС осуществляет конечный пользователь, которого интересует результат и (или) способ получения решения. Пользователь в зависимости от назначения ЭС может не быть специалистом в данной проблемной области. Тогда, не умея получить ответ сам, он обращается к ЭС, чтобы либо ускорить процесс получения результата, либо возложить на ЭС рутинную работу. Термин «пользователь» является многозначным, так как кроме конечного пользователя применять ЭС может и эксперт, и инженер по знаниям, и программист. Поэтому, когда хотят подчеркнуть, что речь идет о том, для кого делалась ЭС, используют термин «конечный пользователь».

В режиме консультации данные о задаче пользователя обрабатываются диалоговой компонентой, которая выполняет следующие действия: распределяет роли участников (пользователя и ЭС) и организует их взаимодействие в процессе кооперативного решения задачи; преобразует данные пользователя о задаче, представленные на первичном для пользователя языке, во внутренний язык системы; преобразует сообщения системы, представленные на внутреннем языке, в сообщения на языке, привычном для пользователя (обычно это ограниченный естественный язык или язык графики).

После обработки данные поступают в РП. На основе входных данных из РП, общих данных о проблемной области и правил из БЗ решатель (интерпретатор) формирует решение задачи.

В отличие от традиционных программ ЭС в режиме задачи не только исполняет предписанную последовательность операций, но и предварительно формирует ее. Если ответ ЭС не понятен пользователю, он может потребовать объяснения, как ответ получен

Дата добавления: 2014-01-07