1.2. Основные классы интеллектуальных информационных систем

1.2.1. Экспертные системы

Н азначение экспертных систем (ЭС) заключается в решении достаточно сложных, плохо формализованных задач на основе накапливаемой базы знаний, отражающей опыт работы экспертов в рассматриваемой проблемной области. Эксперт – это человек, который благодаря обучению и опыту может делать то, что остальные делать не могут. Они компетентны в некоторой проблемной области, т.е. обладают практически применимыми знаниями. Экспертные системы моделируют экспертизу, т.е. процесс принятия решения экспертом.

ЭС проводит экспертизу путем аккумуляции знаний от экспертов и предоставлению их другим людям (неэкспертам). Этот процесс включает четыре вида деятельности: извлечение знаний (из экспертов или других источников), представление знаний, вывод знаний и передача знаний пользователю (рис. 1.6).

Достоинство применения ЭС заключается в возможности принятия решений в уникальных ситуациях, для которых алгоритм заранее не известен и формируется по исходным данным в виде цепочки рассуждений (правил принятия решений) из базы знаний. Причем решение задач предполагается осуществлять в условиях неполноты, недостоверности, многозначности исходной информации и качественных оценок процессов.

Накопление и организация знаний - одна из самых важных характеристик экспертной системы. Последствия этого факта выходят за пределы построения программы, предназначенной для решения некоторого класса задач. Причина в том, что знания - основа экспертных систем - являются явными и доступными, что и отличает эти системы от большинства традиционных программ.

Наиболее полезной характеристикой экспертной системы является то, что она применяет для решения проблем высококачественный опыт. Этот опыт может представлять уровень мышления наиболее квалифицированных экспертов в данной области, что ведет к решениям творческим, точным и эффективным. Именно высококачественный опыт в сочетании с умением его применять, делает систему рентабельной, способной заслужить признание на рынке. Этому способствует также гибкость системы. Система может наращиваться постепенно в соответствии с нуждами бизнеса или заказчика. Это означает, что можно вначале вложить сравнительно скромные средства, а потом наращивать ее возможности по мере необходимости.

Другой полезной чертой экспертных систем является наличие у них прогностических возможностей. Экспертная система может функционировать в качестве системы обработки информации или модели решения задачи в заданной области, давая ожидаемые ответы в конкретной ситуации и показывая, как изменятся эти ответы в новых ситуациях. Экспертная система может объяснить подробно, каким образом новая ситуация привела к изменениям. Это позволяет пользователю оценить возможное влияние новых фактов или информации и понять, как они связаны с решением. Аналогично, пользователь может оценить влияние новых стратегий или процедур на решение, добавляя новые правила или изменяя уже существующие.

База знаний, определяющая компетентность экспертной системы, может также обеспечить новое качество: институциональную память. Если база знаний разработана в ходе взаимодействия с ведущими специалистами учреждения, отдела или штаба, то она представляет текущую политику или способы действия этой группы людей. Этот набор знаний становится сводом очень квалифицированных мнений и постоянно обновляющимся справочником наилучших стратегий и методов, используемых персоналом. Ведущие специалисты уходят, но их опыт остается. Это важно для деловой сферы и особенно ценно для вооруженных сил и правительственных органов с их частыми преобразованиями и персональными перемещениями.

И последним важным свойством экспертных систем является то, что их можно использовать для обучения и тренировки руководящих работников и ведущих специалистов. Экспертные системы могут быть разработаны с расчетом на подобный процесс обучения, так как они уже содержат необходимые знания и способны объяснить процесс своего рассуждения. Необходимо только добавить программное обеспечение, поддерживающее соответствующий требованиям эргономики интерфейс между обучаемым и экспертной системой. Знания о методах обучения и возможном поведении пользователя также должны быть включены. В качестве инструмента обучения экспертная система обеспечивает новых служащих обширным багажом опыта и стратегий, по которым можно изучать рекомендуемую политику и методы. Систему можно также адаптировать для обучения новичков конкретным заданиям.

Основные преимущества ЭС определяются использованием «искусственной» компетентности (табл. 1.3).

Таблица 1.3.

Сравнение человеческой и «искусственной» компетентности

Человеческая компетентность	Искусственная компетентность
Непрочная Трудно представляемая Трудно документируемая Непредсказуемая Дорогая	Постоянная Легко передаваемая Легко документируемая Устойчивая Приемлемая по затратам

Здесь очевидны преимущества «искусственной» компетентности. Кроме того, эксперт – человек может принимать различные решения в тождественных ситуациях из-за эмоциональных факторов (влияние дефицита времени, влияние стресса).

Основные преимущества человеческой компетентности перед «искусственной»:

- Хотя ЭС хорошо справляются со своей работой, но в некоторых областях деятельности человеческая компетентность превосходит любую искусственную. Это не есть отражение фундаментальных ограничений ИИ, но характерно для современного его состояния. Например, область творчества.

- Обучение: человеческая компетентность пока превосходит искусственную. Эксперты адаптируются к изменяющимся условиям, приспосабливают свои стратегии к новым обстоятельствам. ЭС мало приспособлены к обучению новым концепциям и правилам. Обучающие программы разработаны для простых задач и мало пригодны, когда требуется учитывать всю сложность реальных задач.

- Эксперты могут непосредственно воспринимать комплекс входной сенсорной информации (визуальной, звуковой, осязательной, обонятельной и тактильной). ЭС – только символы. Хотя в отдельных направлениях разработки инженерных и производственных ИИС получены реальные результаты определенной обработки сенсорной информации.

- Эксперты – люди могут охватить картину в целом, все аспекты проблемы и понять, как они соотносятся с основной задачей. ЭС стремится сосредоточить на самой задаче, хотя смежные задачи могут повлиять на решение основной.

- Люди, эксперты и не эксперты, имеют то, что мы называем здравым смыслом, или общедоступными знаниями. Это широкий спектр общих знаний о мире, о том, какие законы в нем действуют, т.е. знания, которыми каждый из нас обладает, приобретает из опыта и которыми постоянно пользуется. Из-за огромного объема знаний, образующих здравый смысл, не существует легкого способа встроить их в интеллектуальную программу. Знания здравого смысла включают знания о том, что вы знаете и чего не знаете.

Поэтому ЭС наиболее часто используются как советчики, в качестве консультантов или помощников ЛПР. Экспертные системы используются во многих областях, среди которых лидирует сегмент приложений в бизнесе, медицине, производстве.