4. Типовая структура экспертной системы.

Рисунок 2.3. Статическая ЭС

Типичная статическая ЭС состоит из следующих основных компонентов (рисунок 2.3):

подсистемы логического вывода (интерпретатора, машины вывода); базы знаний (БЗ); базы данных; подсистемы приобретения знаний; подсистемы объяснения знаний; диалогового компонента (интерфейса пользователя).

Ядро экспертной системы – база знаний и машина вывода. Последнюю считают аналогом СУБД и иногда называют Системой управления базой знаний (СУБЗ).

База знаний – важная компонента ЭС, она предназначена для хранения долгосрочных данных, описывающих рассматриваемую предметную область, и правил, описывающих целесообразные преобразования данных этой области. В качестве предметной области выбирается узкая прикладная область. Далее для создания ЭС в выбранной области собираются факты и правила, которые помещаются в базу знаний вместе с механизмами вывода и упрощения. В отличие от всех остальных компонент ЭС, база знаний – «переменная» часть системы, которая может пополняться и модифицироваться инженерами знаний и опыта использование ЭС, между консультациями. Существуют динамические и статические базы знаний. Динамическая база знаний изменяется со временем. Ее содержимое зависит и от состояния окружающей. Новые факты, добавляемые в базу знаний, являются результатом вывода, который состоит в применении правил к имеющимся фактам. В системах с монотонным выводом факты, хранимые в базе знаний, статичны, то есть не изменяются в процессе решения задачи. В системах с немонотонным выводом допускается изменение или удаление фактов из базы знаний.

База данных (рабочая память) предназначена для хранения исходных данных решаемой задачи. Обмен данными между конечным пользователем и ЭС выполняет программа интеллектуального интерфейса, которая воспринимает сообщения пользователя и преобразует их в форму представления базы знаний и, наоборот, переводит внутреннее представление результата обработки в формат пользователя и выдает сообщения на носитель.

Экспертные системы имеют две категории пользователей и два отдельных «входа», соответствующих различным целям взаимодействия пользователей с ЭС:

• обычный пользователь (эксперт), которому требуется консультация ЭС – диалоговый сеанс работы с ней, в процессе которой она решает некоторую экспертную задачу. Диалог с ЭС осуществляется через диалоговый процессор – специальную компоненту ЭС.

• экспертная группа инженерии знаний, состоящая из экспертов в предметной области и инженеров знаний. В функции этой группы входит заполнение базы знаний, осуществляемое с помощью специализированной диалоговой компоненты ЭС – подсистемы приобретения знаний, которая позволяет частично автоматизировать этот процесс.

Машина вывода. Основу ЭС составляет подсистема логического вывода, которая использует информацию из базы знаний (БЗ), генерирует рекомендации по решению искомой задачи. Чаще всего для представления знаний в ЭС используются системы продукций и семантические сети. Цикл работы ЭС иначе называется логическим выводом.

Механизм объяснения предоставляет пользователю обоснование хода решения задачи. Он поясняет, как система получила решение задачи и какие знания она при этом использовала, что облегчает эксперту тестирование системы и повышает доверие пользователя к полученному результату.

Механизм приобретения знаний в простейшем случае позволяет вводить единицы знаний в БЗ и проводить их синтаксический и семантический контроль.

ЭС статического типа используют в тех приложениях, где можно не учитывать изменения окружающего мира, происходящие за время решения задачи. Они нашли применение в широком классе приложений.

В динамических ЭС представляются знания, меняющиеся во времени. Кроме того, эти системы должны вырабатывать решения в реальном времени и моделировать различные состояния окружающего мира. Поэтому они снабжаются блоками моделирования внешнего мира и сопряжения с внешним миром (рис.2.4).

Инженер по знаниям – специалист, извлекающий знания для проектирования и заполнения БЗ. Он же может быть разработчиком ЭС.

Подсистема приобретения знаний предназначена для добавления в БЗ новых правил и модификации имеющихся. В ее задачу входит приведение правила к виду, позволяющему подсистеме вывода применять это правило в процессе работы.

ЭС работает в двух режимах: режиме приобретения знаний и в режиме решения задачи.

В режиме приобретения знаний общение с ЭС осуществляет эксперт. В этом режиме эксперт, используя компонент приобретения знаний, наполняет систему знаниями, которые позволяют ЭС в режиме решения самостоятельно решать задачи из проблемной области. 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 с данными, характерные для рассматриваемой области.

В режиме консультации общение с ЭС осуществляет конечный пользователь, которого интересует результат и (или) способ его получения. В режиме консультации данные о задаче пользователя после обработки их диалоговым компонентом поступают в рабочую память. Решатель на основе входных данных из рабочей памяти, общих данных о проблемной области и правил из БЗ формирует решение задачи. ЭС при решении задачи не только исполняет предписанную последовательность операции, но и предварительно формирует ее.

В архитектуру динамической ЭС, по сравнению со статической ЭС, вводятся два компонента: подсистема моделирования внешнего мира и подсистема связи с внешним окружением (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4. Динамическая ЭС

Последняя осуществляет связи с внешним миром через систему датчиков и контроллеров. Кроме того, в динамической ЭС традиционные компоненты статической ЭС (база знаний и машина вывода) претерпевают существенные изменения, чтобы отразить временную логику происходящих в реальном мире событий.