Тема 5. Разработка и проектирование интеллектуальных систем

5.1. Этапы проектирования интеллектуальных систем

Проектирование интеллектуальных систем – это эволюционный процесс, в котором участвуют несколько специалистов: эксперт, обладающий знаниями о предметной области и желающий помочь работе по созданию системы, а также специалисты в области искусственного интеллек­та - инженеры знаний, аналитики и программисты. В зависимости от объема и трудоемкости работ группа может состоять из трех – шести человек.

При оценке проблемной области на этапе проектирования интеллектуальных систем необходимо учитывать следующие факторы: легкость сбора данных, представимость данных, оправданность затрат на разработку интеллектуальных систем, наличие экспертов, наличие необходимых ресурсов (компьютеров, программистов, программного обеспечения и т. д.).

После анализа проблемной области и определения целесообразности внедрения интеллектуальной системы в этой сфере приступают непосредственно к проектированию системы.

Существуют различные взгляды на определение числа этапов проектирования интеллектуальных систем. Это зависит от многих факторов, в частности от характера функций будущей интеллектуальной системы, области использования, наличия развитых инструментальных средств и т. д. На рис.5.1. представлен, процесс построения систем, разделенный на пять этапов.

Первый этап. Идентификация определения задач и идентификация их характеристик. На этом этапе устанавливаются задачи, которые предполагается решать, их характеристики и особенности. Разрабатывается техническое задание на проектируемую систему. Далее очерчивается круг пользователей системы. Эти сведения помогут в дальнейшем правильно определить область знаний эксперта, определить функции системы и, как следствие, уровень необходимых знаний. В результате вырабатываются определенные требования.

Рис. 5.1. Этапы проектирования ИИС

Второй этап. Выделение главных концепций предметной области, которые отражают знания круга экспертов. Это дает возможность анали­зировать тип знаний, которыми оперирует эксперт в процессе принятия решений. Инженер по знаниям определяет формальные средства представления знаний и процедуры получения решений, которые в наибольшей степени соответствуют характеру рассуждений эксперта при выводе решения.

Таким образом, в результате выполнения этого этапа выявляются и формулируются понятия, определяющие выбор характерной схемы представления знаний эксперта о предметной области.

Третий этап. Выбор формализма представления знаний и определение механизма вывода решений. Эти компоненты моделирования в значительной степени влияют на успешное решение поставленной задачи по проектированию системы. Разработанная структура для представления знаний является основой для реализации следующего этапа - непосредственного построения базы знаний системы.

Четвертый этап. Выбор или разработка языка представления знаний. После того как правила сформулированы и представлены на выбранном языке представления, они заносятся инженером знаний в БЗ.

Пятый этап – тестирование системы. Работоспособность системы определяется путем решения конкретных проверочных задач. При выявлении различных недостатков происходит обращение к тому или иному этапу разработки в зависимости от характера недостатков.

При отсутствии каких-либо знаний в системе или их недостаточной определенности возвращаются к четвертому этапу и по возможности вносят поправки. В случае если какие-либо знания, представленные экспертом практиче­ски невозможно представить в пределах формализма выбранной модели представления знаний, то возвращаются к третьему этапу и выбирают альтернативные модели или схемы представления знаний. Возможно, что причиной возврата может служить недостаточно адекватный базовый механизм логического вывода. Возникают ситуации, когда требуется переформулирование проблемы, так как исходная постановка задачи была неправильной.

Приведенная схема последовательности работ, достаточно полно и подробно раскрывает процесс проектирования ИИС, но некоторые важные этапы, связанные с созданием ряда функциональных модулей систем, не рассмотрены. Более подробный перечень работ при проектировании интеллектуальных систем:

• извлечение знаний из эксперта и передача их системе;

• выбор способа представления знаний в системе;

• выбор стратегии вывода (управления);

• выбор подсистемы объяснения;

• выбор подсистемы взаимодействия с пользователем;

• выбор адекватных средств реализации системы.

Как уже отмечалось, содержание работ, число этапов проектирования интеллектуальных систем, последовательность их выполнения зависят от целого ряда объективных и субъективных факторов. Однако многие этапы и содержание работ являются общими и необходимыми для интеллектуальных систем практически всех типов. Ниже приводится перечень таких этапов и их составляющих:

1. Описание проблемной области: определение проблемной области, показывающее важность проблемы для всей организации; определение проблемных экспертов, желающих передать экспертизы (знания) базе знаний; подготовка и объявление плана развития.

2. Персонал: определение группы проектировщиков и соответствующих заданий; назначение квалифицированного руководителя проекта; установление и проведение в жизнь твердой линии управления.

3. Принятие проекта: проведение организационного заседания; обсуждение основного подхода к проблеме; подготовка специального плана развития; подготовка к монтажу необходимых технических средств и инструментария.

4. Прототип системы: развитие системного прототипа: тестирование; получение дополнительной информации о проблемной области по результатам тестирования.

5. Развитие полной системы: расширение базы знаний прототипа; оценивание структуры интерфейса пользователя; объединение средств обучения пользователей и документации.

6. Верификация системы: вовлечение в процесс проверки экспертов и потенциальных пользователей; обеспечение функционирования системы в соответствии с проектом.

7. Интеграция системы: выполнение полной системы, как пла­нировалось; обеспечение совместимости и взаимодействия системы с уже действующими.

8. Поддержка системы: обеспечение непрерывной поддержки системы; модернизация БЗ в случае поступления новой информации; сохранение ответственности за систему.

9. Документация: подготовка полной документации системы; подготовка руководства для пользователя; организация консультаций пользователям.

Этапы создания интеллектуальных систем не являются четко очерченными и подробно регламентированными. Между некоторыми из них трудно провести временную и содержательную границу. Они в какой-то степени приблизительно описывают процесс проектирования интеллектуальных систем.