Поняття експертних систем
Система, яка заснована на знаннях - система програмного забезпечення, основними структурними елементами якої є бази знань і механізм логічних висновків. У першу чергу сюди відносяться експертні системи, що є першим етапом на шляху реалізації досягнень у штучному інтелекті [17].
Експертні системи (ЕС) - це комп'ютерні програми, розроблені для виконання тих видів діяльності, які під силу людині-експерту. Вони працюють таким чином, що імітують дії людини-експерта, і істотно відрізняються від точних, добре аргументованих алгоритмів і не схожі на математичні процедури більшості традиційних розробок.
Якщо при традиційному процедурному програмуванні комп'ютеру необхідно повідомити, що і як він повинний робити, то загальним для експертних систем є те, що вони мають справу зі складними проблемами:
які недостатньо добре висвітлені або вивчені;
для яких немає чітко заданих алгоритмічних рішень;
які можуть бути досліджені за допомогою механізму символічних міркувань.
Специфіка ЕС полягає є в тому, що вони використовують:
механізм автоматичного міркування (висновку);
слабкі методи, такі як пошук або евристика.
Експерти - це кваліфіковані фахівці у своїх областях діяльності, які мають загальні якості:
мають великий об'єм знань про конкретну предметну область;
мають великий досвід роботи в цій області;
уміють точно сформулювати і правильно вирішити задачу.
ЕС покликані замінити фахівців у конкретній предметній області, тобто дозволити виpрішити задачу без експерта.
Спрощена базова структура ЕС має наступний вид (рис. 6.1):
Рисунок 6.1 Базова структура експертної системи.
Для успішного виконання функцій, покладених на ЕС, необхідні:
механізм формування знань про конкретну предметну область і керування ними (БД і БЗ);
механізм, який на підставі наявних у БЗ знань спроможний робити висновки;
інтерфейс для одержання і модифікації знань експерта, а також для правильної передачі відповідей користувачу (інтерфейс користувача);
механізм одержання знань від експерта, підтримки БЗ і при необхідності її доповнення (модуль придбання знань);
механізм формування різних коментарів .
Слід особливо підкреслити важливість механізму пояснень у складі ЕС:
без них користувачу важко буде зрозуміти висновок, отриманий при консультації або рішенні якогось питання;
цей механізм важливий для експерта - він дозволяє визначити, як працює система і з'ясувати, як використовуються надані їм знання.
Подання знань в соз
Мова формування знань, яка використовується для розробки ЕС, називається мовою розробки ЕС, а система програмного забезпечення, що включає зазначені вище функції, називається інструментом для розробки ЕС або оболонкою ЕС [17, 18].
База знань містить факти і правила. Факти - це фрази без умов, вони містять твердження, які завжди абсолютно вірні. Правила містять твердження, істинність яких залежить від деяких умов, які утворять тіло правила.
Факти містять короткострокову інформацію в тому сенсі, що вони можуть змінюватися, наприклад, під час консультації.
Правила - це довгострокова інформація про те, як породжувати нові факти або гіпотези з того, що зараз відомо.
Чим такий підхід відрізняється від звичайної методики використання БД?
Основна відмінність полягає в тому, що БЗ має великі творчі можливості.
Факти в БД звичайно пасивні: вони там або є, або їх немає. БЗ, з іншого боку, активно намагається поповнити відсутню інформацію.
Однієї з основних проблем, характерних для СОЗ, є проблема представлення знань. Це пояснюється тим, що форма представлення знань має істотний вплив на характеристики і властивості системи.
Для можливості оперування знаннями з реального світу за допомогою ПК, необхідно здійснити їхнє моделювання. При цьому необхідно відрізняти знання, призначені для обробки комп'ютером, від знань, які використовуються людиною.
При проектуванні моделі представлення знань варто враховувати такі чинники, як: однорідність представлення і простота розуміння
Однорідність представлення приводить до спрощення механізму керування логічним виводом і керуванням знаннями. Простота розуміння припускає доступність розуміння представлення знань як експертами , так і користувачами системи. У противному випадку необхідним є придбання знань і їхня оцінка.
Однак виконати ці вимоги в однаковій мірі, як для простих, так і складних задач досить важко. В даний час для представлення знань використовують наступні види моделей [19]:
модель на базі логіки;
продуктивна модель;
модель семантичної мережі;
модель, основана на використанні фреймів і ін.
Основна ідея логічного підходу полягає в тому, щоб розглядати всю систему знань ,необхідну для рішення прикладних задач, як сукупність фактів (тверджень). Факти представляються як формули в деякому логічному зв'язку (першого або вищого порядку, багатозначної, нечіткої або ін.) Система знань відображається сукупністю таких формул і, подана в ЕОМ, вона утворить БЗ.
Формули неподільні і при модифікації БЗ можуть лише добавлятися або віддалитися. Логічні методи забезпечують розвитий апарат виводу нових фактів із тих, що явно подані в БЗ. Основним примітивом маніпуляції знаннями є операція виводу.