2009 ИИС /ИТ (СИИ /ПО, АСОИУ) 20

Тема ии – 9 . Примеры эс

Лекция ИИ-9.1. Классические ЭС.Производственные с-мы ИИ (ПСИИ)

ТЕМА ИИ – 9. Примеры ЭС

Лекция ИИ-9.1/2009

КЛАССИЧЕСКИЕ ЭС.

ПР0ИЗВОДСТВЕННЫЕ СИСТЕМЫ ИСКУССТВЕННОГГО ИНТЕЛЛЕКТА (ПСИИ)

1. КЛАССИЧЕСКИЕ ЭС

1. DENDRAL (Стефанюк, Попов/23)

Химия - одна из первых областей, в кот-х ИИ нашел прямое практическое применение.

Основа нового направления - "экспертные системы" - была заложена разработкой в середине 60-х гг в ВЦ Стэнфордского ун-та системы "Эвристический Дендрал" (Heuristic Dendral), кот-я осущ-сь в рамках Стэнфордского проекта, прод-ся 16 лет: 1965 - 1981.

У истоков разработки - Э. Фейгенбаум, Дж. Ледерберг (1985 - Ноб. премя за работы по генетике бактерий), в дальн-м подключился Б. Букхенен и др.

Цель разработки - создание программы, которая используя богатые знания по химии, заложенные в компьютер,

была бы способна воссоздать структурную формулу сложного органического соединения (т.е. структуру его молекулы) на основе его химической формулы и экспериментальных данных, полученных с пом. масс-спектрометра и характеризующих массы фрагментов молекул исследуемого вещества (т.е. на основе масс-спектрограммы данного вещества).

Эта задача относится к классу задач интерпретации и требует для своего решения высокой квалиф-ции.

1. ОРГАНИЗАЦИЯ ЗНАНИЙ

ЗНАНИЯ в этой ЭС состоят из структур молекул (химических структур), ограничений и правил.

Структуры молекул предст-ся в виде графов, где:

вершины - атомы, дуги - связи между атомами.

Ограничения предст-ся в виде подграфов, наличие которых в структуре молекулы запрещено.

Правила, с помощью которых генерируются возможные структуры молекул.

Они имеют форму "ситуация - действие", где "ситуация" и "действие" представлены в виде подграфов.

2. ПРОЦЕДУРА ВЫВОДА - эвристический поиск в три этапа:

"план - генерация - проверка".

1. На этапе "ПЛАН" опред-ся

(возможно, с использованием входных данных от масс-спектрометра и известной химической ф-лы вещества- Е.Т.)

(а) пространство поиска решений [т.е. среди каких структур молекул надо искать структуру молекулы испытываемого вещества.- Е.Т.]

(б) ограничения, касающиеся допустимых структур молекул (т.е. решений), соответствующие входным данным, полученным от масс-спектрометра. Эти ограничения представлены в виде ЗАПРЕЩЕННЫХ СТРУКТУР (т.е. подграфов).

(2) На этапе "ГЕНЕРАЦИЯ" порождаются ВСЕ возмож-е стр-ры молекул (решения), удовлетв-щие ограничениям, т.е. не содержащие запрещенных подграфов (польз-ль может задавать дополнит-е ограничения).

При поиске структур примен-ся стратегия, "направляемая данными" (Попов- п.5.2, с. 124).

(3)На этапе "ПРОВЕРКА" осущ-ся отбор ЛУЧШИХ из предложенных решений (структур молекул):

из структур молекул, полученных на этапе "ГЕНЕРАЦИЯ", т.е. удовлетворяющих ограничениям, отбираются те, которые наиболее точно соотв-вуют исходным данным, полученным с пом. масс-спектрометра.

В первых версиях ЭС:

• минимальные объяснительные способности,

• простейший язык общения,

• трудоемкий и слабо автоматизир-й процесс приобретения знаний.

Затем была спец-но разр-на с-ма "Мета-Дендрал", кот-я автоматизир-ет процесс приобретения правил для ЭС ДЕНДРАЛ (Хейес-Рот и др. "Постороение ЭС" с. 19)

Возникают вопросы:

Почему ЭС разработана впервые - в химии?

Для химии харарктерны задачи, кот-е имеют дело не с числовыми, а с символьными данными и для решения кот-х требуется применять в первую очередь рассуждения, а не числовые выкладки.

Проект ДЕНДРАЛ - адресовался именно к таким задачам (характерным для химии), в кот-х числовые манипуляции играют второстепенную роль, а наиболее трудной частью явл-ся логические рассуждения.

Авторы исходили из того, что при тех же исх-х данных опытный химик может воссоздать стр-ру соединения,

но тратит 2-4 недели, т.е. способ решения з-чи человеку в принципе известен, но его применение слишком трудоемко.

Почему такие з-чи не были сформулир-ны для ЭВМ раньше?

1) предстояло выявить способ решения таких задач, используемый человеком

2) главная особенность и трудность - невычислительный характер таких задач.

Для преодоления этой проблемы и создания ЭС потребовалось использ-е всех методов, накопленных в области ИИ и позв-щих применять ВЫЧИСЛИТ. ТЕХНИКУ для решения НЕВЫЧИСЛИТ-Х ЗАДАЧ, а именно:

- методов построения логических рассуждений (док-во теорем),

- методов описания, представления и манипулир-ния в ЭВМ с символьными структурами с пом спциальных языков программир-я типа ЛИСП,

- методов описания, предст-ния и манипулир-ния ЗНАНИЯМИ.

Разр-ка с-мы ДЕНДРАЛ – это первая попытка уйти от "игрушечных" задач. Она считается блестящим рез-татом в области ИИ.

Кач-во решений этой ЭС обычно выше, чем у спец-та, ее использ-е ускоряет работу спец-та и ей и до сих пор пользуются химики всего мира с пом. сетей ЭВМ.