Структура экспертных интеллектуальных систем
Обобщенная структура экспертной системы представлена на рисунке. Следует учесть, что реальные ЭИС могут иметь более сложную структуру, однако блоки, изображенные на рисунке, непременно присутствуют в любой действительно экспертной системе, поскольку представляют собой стандарт структуры современной ЭИС.
Компоненты информационных технологий в экспертной системе
Основные компоненты ИТ, используемой в экспертной системе:
Пользователь
Пользователь - специалист предметной области, для которого предназначена система. Обычно его квалификация недостаточно высока, и поэтому он нуждается в помощи и поддержке своей деятельности со стороны ЭИС
Интерфейс пользователя
подробнее об интерфейсе пользователя
База знаний (БЗ)
подробнее о базе знаний (БЗ)
Инженер по знаниям
Инженер по знаниям (когнитолог, инженер-интерпретатор, аналитик) — специалист в области искусственного интеллекта, выступающий в роли промежуточного буфера между экспертом и базой знаний.
Решатель
подробнее - что такое решатель
Подсистема объяснений
Подсистема объяснений — программа, позволяющая пользователю получить ответы на вопросы: «Как была получена та или иная рекомендация?» и «Почему система приняла такое решение?» Ответ на вопрос «как» — это трассировка всего процесса получения решения с указанием использованных фрагментов БЗ, то есть всех шагов цепи умозаключений. Ответ на вопрос «почему» — ссылка на умозаключение, непосредственно предшествовавшее полученному решению, то есть отход на один шаг назад. Развитые подсистемы объяснений поддерживают и другие типы вопросов
Интеллектуальный редактор БЗ
Интеллектуальный редактор БЗ — программа, представляющая инженеру по знаниям возможность создавать БЗ в диалоговом режиме. Включает в себя систему вложенных меню, шаблонов языка представления знаний, подсказок ( Help ) и других сервисных средств, облегчающих работу с базой.
Представленная на рисунке структура является минимальной, что означает обязательное присутствие указанных на ней блоков. Если система объявлена разработчиками как экспертная, только наличие всех этих блоков гарантирует реальное использование аппарата обработки знаний. Однако промышленные прикладные ЭИС могут быть существенно сложнее и дополнительно включать БД, блок расчета, интерфейсы обмена данными с различными пакетами прикладных программ, электронными библиотеками и т. д.
база данных содержит плановые, фактические, расчетные отчетные и другие постоянные/оперативные показатели. Этот термин совпадает по названию, но не по смыслу с термином, используемым в системах управления базами данных (СУБД) для обозначения всех данных (в первую очередь долгосрочных), хранимых в системе
блок расчета необходим в ситуациях, связанных с принятием управленческих решений.
блок ввода и корректировки данных используется для оперативного и своевременного отражения текущих изменений в базе данных Если в системе есть блок учета, то надобность в блоке ввода и корректировки данных отпадает.
блок приобретения знаний снимает проблему самообучения системы. Необходим для получения знаний от эксперта, поддержки базы знаний и дополнения ее при необходимости. Автоматизирует процесс наполнения ЭИС знаниями, осуществляемый пользователем-экспертом
модуль создания системы служит для создания набора (иерархии) правил. Существуют два подхода, которые могут быть положены в основу модуля создания системы: использование алгоритмических языков программирования и использование оболочек экспертных систем. Для представления базы знаний специально разработаны языки Лисп и Пролог, хотя можно использовать и любой известный алгоритмический язык.
оболочка экспертных систем - это готовая программная среда, которая может быть приспособлена к решению определенной проблемы путем создания соответствующей базы знаний. В большинстве случаев использование оболочек позволяет создавать экспертные системы быстрее и легче в сравнении с программированием.
В целом процесс функционирования ЭИС можно представить следующим образом: пользователь, желающий получить необходимую информацию, через пользовательский интерфейс посылает запрос к ЭИС; решатель, пользуясь базой знаний, генерирует и выдает пользователю подходящую рекомендацию, объясняя ход своих рассуждений при помощи подсистемы объяснений.
Специальности специалистов по разработке экспертных систем
В разработке ЭИС предметной области участвуют представители следующих специальностей:
эксперт в проблемной области, задачи которой будет решать ЭИС. Определяет знания (данные и правила), характеризующие проблемную область, обеспечивает полноту и правильность введенных в ЭИС знаний.;
инженер по знаниям - специалист по разработке ЭИС (используемые им технологию, методы называют технологией (методами) инженерии знаний). Помогает эксперту выявить и структурировать знания, необходимые для работы ЭИС; осуществляет выбор того ИС, которое наиболее подходит для данной проблемной области, и определяет способ представления знаний в этом ИС; выделяет и программирует (традиционными средствами) стандартные функции (типичные для данной проблемной области), которые будут использоваться в правилах, вводимых экспертом;
программист по разработке инструментальных средств (ИС), предназначенных для ускорения разработки ЭИС. Осуществляет интеграцию с той средой, в которой она будет использоваться
Необходимо отметить, что отсутствие среди участников разработки инженеров по знаниям (т. е. их замена программистами) либо приводит к неудаче процесс создания ЭИС, либо значительно удлиняет его.
|
База знаний (БЗ). Правила.
База знаний (БЗ) — это совокупность знаний (долгосрочных данных, а не текущих) предметной области, записанная на машинный носитель в форме, понятной эксперту и пользователю (обычно на некотором языке, приближенном к естественному). Параллельно такому «человеческому» представлению существует БЗ во внутреннем «машинном» представлении. БЗ содержит факты, описывающие проблемную область, а также логическую взаимосвязь этих фактов.
Центральное место в базе знаний принадлежит правилам. Правило определяет, что следует делать в данной конкретной ситуации, и состоит из двух частей: условия, которое может выполняться или нет, и действия, которое следует произвести, если условие выполняется. Все используемые в экспертной системе правила образуют систему правил , которая даже для сравнительно простой системы может содержать несколько тысяч правил.
Все виды знаний в зависимости от специфики предметной области и квалификации проектировщика (инженера по знаниям) с той или иной степенью адекватности могут быть представлены с помощью одной либо нескольких семантических моделей. К наиболее распространенным моделям относятся логические, продукционные, фреймовые и семантические сети.
|
Интерфейс пользователя - диалог с экспертной системой
Интерфейс пользователя
Интерфейс пользователя — это комплекс программ, реализующих диалог пользователя с ЭИС (экспертной интеллектуальной системой) как на стадии ввода информации, так и при получении результатов Специалист использует интерфейс для ввода информации и команд в экспертную систему и получения выходной информации из нее. Команды включают в себя параметры, направляющие процесс обработки знаний. Информация обычно выдается в форме значений, присваиваемых определенным переменным. Специалист может использовать четыре метода ввода информации: меню, команды, естественный язык и собственный интерфейс.
Объяснения, получаемые экспертными системами
Технология экспертных систем предусматривает возможность получать в качестве выходной информации не только решение, но и необходимые объяснения. Различают два вида объяснений:
объяснения, выдаваемые по запросам. Пользователь в любой момент может потребовать от экспертной системы объяснения своих действий;
объяснения полученного решения проблемы. После получения решения пользователь может потребовать объяснений того, как оно было получено. Система должна пояснить каждый шаг своих рассуждении, ведущих к решению задачи.
Хотя технология работы с экспертной системой не является простой, пользовательский интерфейс этих систем является дружественным и обычно не вызывает трудностей при ведении диалога.
|
Решатель (интерпретатор, дедуктивная машина)
Решатель (интерпретатор, дедуктивная машина, машина вывода, блок логического вывода) - это программа, моделирующая ход рассуждений эксперта на основании знаний, имеющихся в БЗ, и производящая в определенном порядке обработку знаний (мышление). Блок логических выводов и диагноза помогает наметить пути выхода из сложившейся ситуации с помощью фактического анализа показателей
Технология работы решателя сводится к последовательному рассмотрению совокупности правил (правило за правилом). Если условие, содержащееся в правиле, соблюдается, выполняется определенное действие, и пользователю предоставляется вариант решения его проблемы.
|
Представление и организация знаний в ЭИС
В этой главе мы рассмотрим:
Типы используемых в экспертных интеллектуальных системах знаний
Организация знаний в базе данных
Уровни представления и уровни детальности
Особенности
разработки экспертных интеллектуальных систем (ЭИС)
Технология разработки экспертных интеллектуальных систем (ЭИС)
|
Типы используемых знаний (ЭИС)
Первый и основной вопрос, который надо решить при представлении знаний, - это вопрос определения состава знаний, т.е. определение того, "ЧТО ПРЕДСТАВЛЯТЬ" в экспертной системе. Второй вопрос касается того, "КАК ПРЕДСТАВЛЯТЬ" знания. Необходимо отметить, что эти две проблемы не являются независимыми. Действительно, выбранный способ представления может оказаться непригодным в принципе либо неэффективным для выражения некоторых знаний.
По нашему мнению, вопрос "КАК ПРЕДСТАВЛЯТЬ" можно разделить на две в значительной степени независимые задачи: как организовать (структурировать) знания и как представить знания в выбранном формализме.
Стремление выделить организацию знаний в самостоятельную задачу вызвано, в частности, тем, что эта задача возникает для любого языка представления и способы решения этой задачи являются одинаковыми (либо сходными) вне зависимости от используемого формализма.
Вопросы, решаемые при представлении знаний
Итак, в круг вопросов, решаемых при представлении знаний, включаются:
определение состава представляемых знаний;
организацию знаний;
представление знаний, т.е. определение модели представления. Состав знаний ЭИС определяется следующими факторами:
проблемной средой;
архитектурой экспертной системы;
потребностями и целями пользователей;
языком общения.
Знания, требуемые для функционирования статической экспертной системы
В соответствии с общей схемой статической экспертной системы для ее функционирования требуются следующие знания:
знания о процессе решения задачи (т.е. управляющие знания), используемые интерпретатором (решателем);
знания о языке общения и способах организации диалога, используемые лингвистическим процессором (диалоговым компонентом);
знания о способах представления и модификации знаний, используемые компонентом приобретения знаний;
поддерживающие структурные и управляющие знания, используемые объяснительным компонентом.
Для динамической ЭИС, кроме того, необходимы следующие знания: о методах взаимодействия с внешним окружением и о модели внешнего мира.
Зависимость состава знаний от требований пользователя проявляется в следующем:
какие задачи (из общего набора задач) и с какими данными хочет решать пользователь;
каковы предпочтительные способы и методы решения;
при каких ограничениях на количество результатов и способы их получения должна быть решена задача;
каковы требования к языку общения и организации диалога;
какова степень общности (конкретности) знаний о проблемной области, доступная пользователю;
каковы цели пользователей.
Виды знаний в экспертных системах
посмотреть классификацию (виды) экспертных интеллектуальных систем (ЭИС)
Назначения метазнаний (метаправил)
Качественные и количественные показатели экспертной системы могут быть значительно улучшены за счет использования метазнаний, т.е. знаний о знаниях. Метазнания не представляют некоторую единую сущность, они могут применяться для достижения различных целей. Возможные назначения метазнаний (метаправил) :
для выбора релевантных правил в виде стратегических метаправил ;
для обоснования целесообразности применения правил из области экспертизы;
для обнаружения синтаксических и семантических ошибок в предметных правилах;
для адаптации системы к окружению путем перестройки предметных правил и функций;
для явного указания возможности и ограничения системы, т.е. определить, что система знает, а что не знает.
Вопросы организации знаний необходимо рассматривать в любом представлении, и их решение в значительной степени не зависит от выбранного способа (модели) представления. Аспекты проблемы организации знаний:
организация знаний по уровням представления и по уровням детальности;
организация знаний в рабочей памяти;
организация знаний в базе знаний.
| |
Скачать 2.04 Mb.