загрузка. загружено. Курс лекций для студентов специальности 071900 (230201) Информационные системы и технологии
 Скачать 0.78 Mb.
|
Лекция 7. Технология проектирования и разработки экспертных систем, основанных на знаниях. Технология быстрого прототипирования. Развитие прототипа до промышленных экспертных систем.Технология быстрого прототипирования Прототипная система является усеченной версией экспертной системы, спроектированной для проверки правильности кодирования фактов, связей и стратегий рассуждения эксперта. Она также дает возможность инженеру по знаниям при влечь эксперта к активному участию в процессе разработки экспертной системы, и, следовательно, к принятию им обязательства приложить все усилия к созданию системы в полном объеме. Объем прототипа — несколько десятков правил, фреймов или примеров. На рис. 2.4 изображено шесть стадий разработки прототипа и минимальный коллектив разработчиков, занятых на каждой из стадий (пять стадий заимствовано из работы [Хейес-Рот и др., 1987]). Приведем краткую характеристику каждой из стадий, хотя эта схема представляет собой грубое приближение к сложному, итеративному процессу. Хотя любое теоретическое разделение бывает часто условным, осознание коллективом разработчиков четких задач каждой стадии представляется целесообразным. Роли разработчиков (эксперт, программист, пользователь и аналитик) являются постоянными на протяжении всей разработки. Совмещение ролей не желательно. С  роки приведены условно, так как зависят от квалификации специалистов и особенностей задачи. Идентификация проблемы Уточняется задача, планируется ход разработки прототипа экспертной системы, определяются: необходимые ресурсы (время, люди, ЭВМ и т. д.); источники знаний (книги, дополнительные эксперты, методики); имеющиеся аналогичные экспертные системы; цели (распространение опыта, автоматизация рутинных действий и др.); классы решаемых задач и т. д. Идентификация проблемы — знакомство и обучение членов коллектива разработчиков, а также создание неформальной формулировки проблемы. Средняя продолжительность 1-2 недели. Извлечение знаний Ч а этой стадии происходит перенос компетентности от эксперта к инженеру по знаниям, с использованием различных методов (см. главу 4): анализ текстов; диалоги; экспертные игры; лекции; дискуссии; интервью; наблюдение и другие. Извлечение знаний — получение инженером по знаниям наиболее полного из возможных представлений о предметной области и способах принятия решения в ней. Средняя продолжительность 1-3 месяца. Структурирование или концептуализация знаний Выявляется структура полученных знаний о предметной области, то есть определяются: терминология; список основных понятий и их атрибутов; отношения между понятиями; структура входной и выходной информации; стратегия принятия решений; ограничения стратегий и т. д. Структурирование (или концептуализация) знаний — разработка неформального описания знаний о предметной области в виде графа, таблицы, диаграммы или текста, которое отражает основные концепции и взаимосвязи между понятиями предметной области Такое описание называется полем знаний. Средняя продолжительность этапа 2-4 недели. Формализация Строится формализованное представление концепций предметной области на основе выбранного языка представления знаний (ЯПЗ). Традиционно на этом этапе используются: логические методы (исчисления предикатов 1-го порядка и др.); продукционные модели (с прямым и обратным выводом); семантические сети; фреймы; объектно-ориентированные языки, основанные на иерархии классов, объектов. Формализация знаний — разработка базы знаний на языке представления знаний, который, с одной стороны, соответствует структуре поля знаний, а с другой — позволяет реализовать прототип системы на следующей стадии программной реализации. Все чаще на этой стадии используется симбиоз языков представления знаний, например, в системе ОМЕГА [Справочник по ИИ, 1990] — фреймы + семантические сети + полный набор возможностей языка исчисления предикатов. Средняя продолжительность 1-2 месяца. Реализация Создается прототип экспертной системы, включающий базу знаний и остальные блоки, при помощи одного из следующих способов: программирование на традиционных языках типа Pascal, C++ и др.; программирование на специализированных языках, применяемых в задачах искусственного интеллекта: LISP [Хювянен, Сеппянен, 1991], FRL [Байдун. Бунин, 1990], SMALLTALK [Справочник по ИИ, 1990] и др.; использование инструментальных средств разработки ЭС типа СПЭИС [Ков ригин, Перфильев, 1988], ПИЭС [Хорошевский, 1993], G2 [Попов, Фоминых Кисель, 1996]; использование «пустых» ЭС или «оболочек» типа ЭКСПЕРТ [Кирсанов, По пов, 1990], ФИАКР [Соловьев, Соловьева, 1989] и др. Реализация — разработка программного комплекса, демонстрирующего жизнеспособность подхода в целом. Чаще всего первый прототип отбрасывается на этапе реализации действующей ЭС. Средняя продолжительность 1-2 месяца. Более подробно эти вопросы рассматриваются в главе 6. Тестирование Оценивается и проверяется работа программ прототипа с целью приведения в соответствие с реальными запросами пользователей. Прототип проверяется на: удобство и адекватность интерфейсов ввода/вывода (характер вопросов в ди алоге, связность выводимого текста результата и др.); эффективность стратегии управления (порядок перебора, использование не четкого вывода и др.); качество проверочных примеров; корректность базы знаний (полнота и непротиворечивость правил). Тестирование — выявление ошибок в подходе и реализации прототипа и выработка рекомендаций по доводке системы до-промышленного варианта. Средняя продолжительность 1-2 недели. Развитие прототипа до промышленной ЭС При неудовлетворительном функционировании прототипа эксперт и инженер по знаниям имеют возможность оценить, что именно будет включено в разработку окончательного варианта системы. Если первоначально выбранные объекты или свойства оказываются неподходящими, их необходимо изменить. Можно сделать оценку общего числа эвристических правил, необходимых для создания окончательного варианта экспертной системы. Иногда [Хювянен, Сеппянен, 1991] при разработке промышленной и/или коммерческой системы выделяют дополнительные этапы для перехода (табл. 2.1). демонстрационный прототип —> действующий прототип —> промышленная система —> коммерческая система Однако чаще реализуется плавный переход от демонстрационного прототипа к промышленной системе, при этом, если программный инструментарий был выдан удачно, не обязательно даже переписывать окончательный вариант другими программными средствами. Понятие же коммерческой системы в нашей стране входит в понятие «промышленный программный продукт», или «промышленная ЭС». Основная работа на данном этапе заключается в существенном расширении базы знаний, то есть в добавлении большого числа дополнительных правил, фреймов, узлов семантической сети или других элементов знаний. Эти элементы знаний обычно увеличивают глубину системы, обеспечивая большее число правил для трудно уловимых аспектов отдельных случаев. В то же время эксперт и инженер по знаниям могут увеличить базу знаний системы, включая правила, управляющие дополнительными подзадачами или дополнительными аспектами экспертной задачи (метазнания). Таблица 2.1. Переход от прототипа к промышленной экспертной системе
После установления основной структуры ЭС знаний инженер по знаниям приступает к разработке и адаптации интерфейсов, с помощью которых система будет общаться с пользователем и экспертом. Необходимо обратить особое внимание на языковые возможности интерфейсов, их простоту и удобство для управления работой ЭС. Система должна обеспечивать пользователю возможность легким и естественным образом уточнять непонятные моменты, приостанавливать работу и т. д. В частности, могут оказаться полезными графические представления. На этом этапе разработки большинство экспертов узнают достаточно о вводе правил и могут сами вводить в систему новые правила. Таким образом, начинается процесс, во время которого инженер по знаниям передает право собственности и контроля за системой эксперту для уточнения, детальной разработки и обслуживания. |