Тема 8. Экспертные системы
Понятие экспертной системы: цель создания, требования, область использования. Структура ЭС. Процесс разработки ЭС.
После завершения занятия студент должен:
Знать:
Назначение и структуру экспертных систем;
Этапы создания экспертных систем.
I. Понятие экспертной системы
Цель создания ЭС
Решение специальных задач требует специальных знаний. Однако не каждый менеджер может себе позволить держать в штате свое компании экспертов по всем встречающимся ему проблемам или даже приглашать их каждый раз, когда проблема возникла. Главная идея использования ЭС заключается в том, чтобы получить от эксперта его знания, и, загрузив их в память компьютера, использовать всякий раз, когда в этом возникнет необходимость.
ЭС основываются на моделировании процесса принятия решения человеком-экспертом при помощи компьютера и разработок в области искусственного интеллекта и дают возможность получать консультации по проблемам, о которых этими системами накоплены знания.
Искусственный интеллект – способность компьютерных систем к мышлению. Работы в области искусственного интеллекта включают в себя создание роботов, систем, моделирующих нервную систему человека, его слух, зрение, обоняние, способность к обучению
В отличие от рассмотренных систем ЭС основываются на использовании не только данных и информации, но и знаний, что дает им возможность самообучения. Их цель – обеспечить экономию за счет замены высокооплачиваемого эксперта-пользователя сравнительно низкооплачиваемым специалистом.
Экспертная система — это комплекс компьютерного программного обеспечения, помогающий человеку принимать обоснованные решения. Экспертные системы используют информацию, полученную заранее от экспертов — людей, которые в какой-либо области являются лучшими специалистами
Экспертные системы должны:
хранить знания об определенной предметной области (факты, описания событий и закономерностей);
уметь общаться с пользователем на ограниченном естественном языке (т.е. задавать вопросы и понимать ответы);
обладать комплексом логических средств для выведения новых знаний, выявления закономерностей, обнаружения противоречий;
ставить задачу по запросу, уточнять её постановку и находить решение;
объяснять пользователю, каким образом получено решение.
Желательно также, чтобы экспертная система могла:
сообщать такую информацию, которая повышает доверие пользователя к экспертной системе;
«рассказывать» о себе, о своей собственной структуре.
Экспертные системы могут использоваться в различных областях — медицинской диагностике, при поиске неисправностей, разведке полезных ископаемых, выборе архитектуры компьютерной cистемы и т.д.
II. Структура эс
Структура ЭС включает в себя четыре элемента. Интерфейс пользователя обеспечивает пользователю возможность вести диалог с системой. База знаний накапливает знания о проблеме, которую предполагается решить. Интерпретатор предназначен для обработки знаний, содержащихся в базе знаний. Эксперт и системный аналитик используют модуль создания системы для разработки системы.
Интерфейс пользователя
Интерфейс пользователя используется менеджером для ввода информации и инструкций в ЭС и получения входной информации из нее. Инструкции включают в себя параметры, направляющие процесс обработки знаний. Информации обычно выдается в форме значений, присеваемых определенным переменным.
База знаний
База знаний содержит факты, описывающие проблемную область, а также логическую взаимосвязь этих фактов.
База знаний (knowledge base) — совокупность знаний, относящихся к некоторой предметной области и формально представленных таким образом, чтобы на их основе можно было осуществлять рассуждения
Наиболее популярным способом представления знаний является использование правил. 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.
Пример
Если объем продаж сократился на более чем 40%, следует прекратить производство в цехе С.
Все используемые в ЭС правила образуют систему правил, которая даже для сравнительно простой системы может составлять несколько тысяч правил.
Интерпретатор.
Интерпретатором называется часть ЭС, производящая в определенном порядке обработку знаний (мышление), находящихся в базе знаний. В процесс работы интерпретатор последовательно рассматривает правило за правилом. Если условие, содержащееся в правиле, соблюдается, выполняется определенное действие. Разделяют прямую и обратную обработку знаний.
При прямой обработке правила рассматриваются одно за другим в прямой последовательности.
При обратной обработке правил интерпретатор, выбирая определенное правило, рассматривает его как проблему которую надо решить.
Модуль создания системы
Четвертым компонентом ЭС является модуль создания системы, используемый для ее разработки. Этот компонент особенно важен для создания набора (иерархии) правил. Существуют два подхода, которые могут быть положены в основу модуля создания системы: использование алгоритмических языков программирования и использование так называемых оболочек ЭС.
Языки программирования.
Возможно использование многих языков, но два из них специально разработаны для символического представления базы знаний. Это – Lisp и Prolog.
Оболочки ЭС
Оболочка ЭС представляет собой готовый процессор, который может быть приспособлен к решению определенной проблемы за счет добавления к нему соответствующей базы знаний. В большинстве случаев использование оболочек позволяет создавать ЭС быстрее и легче, чем при использовании программирования. В настоящее время большинство предложений по использованию ЭС в экономике и бизнесе связанно с использованием оболочек.
Роль системного аналитика.
Термин «инженер по знаниям» обычно используется для обозначения лица, который вместе с экспертом по данной предметной области участвует в разработке ЭС. Иногда при проектировании ЭС функции инженера по знаниям выполняет системный аналитик. Помимо знания обычных компьютерных приложений, системный аналитик должен
Понимать, как эксперт формирует знания о «своей» проблеме
Быть в состоянии провести описание знаний, получаемых от эксперта, для ввода их в ЭС.