Виды знаний

1)    Понятийные знания. Это набор понятий, которыми пользуется ЛПР, работающий в некоторой области интеллектуальной, управляющей деятельности, а также свойства и взаимосвязи этих понятий. Эта категория знаний в основном вырабатывается в сфере фундаментальных наук.

2)    Конструктивные знания (близкие к понятийным знаниям).Это знания о структуре и взаимодействии частей различных объектов. Они в основном составляют содержание технических, прикладных наук. К примеру, если взять программирование, то понятийное знание - знание о структуре операторов, данных, языка программирования. Конструктивное знание - это знание об устройстве конкретных программ, о типичных алгоритмах.

3)    Процедурные знания. К ним относятся методические правила решения различных задач, с которыми ЛПР уже сталкивался и их решать. В производственной сфере аналогом процедурных знаний являются технологические знания различных производственных процессов. Процедурные знания - это опыт интеллектуальной, управляющей деятельности ЛПР в определенной предметной области.

4)    Фактографические знания. Они включают в себя количественные и качественные характеристики конкретных объектов, явлений и их элементов. Их накопление ведется в виде таблиц, справочников, файлов, БД.

57

Структура экспертных систем состоит из следующих основных компонентов: решателя (интерпретатора); рабочей памяти (РП), называемой также базой данных (БД); базы знаний (БЗ); компонентов приобретения знаний; объяснительного компонента; диалогового компонента.

База данных (рабочая память) предназначена для хранения исходных и промежуточных данных решаемой в текущий момент задачи. Этот термин совпадает по названию, но не по смыслу с термином, используемым в информационно-поисковых системах (ИПС) и системах управления базами данных (СУБД) для обозначения всех данных (в первую очередь долгосрочных), хранимых в системе.

База знаний (БЗ) в экспертных системах предназначена для хранения долгосрочных данных, описывающих рассматриваемую область (а не текущих данных), и правил, описывающих целесообразные преобразования данных этой области.

Решатель, используя исходные данные из рабочей памяти и знания из БЗ, формирует такую последовательность правил, которая приводит к решению задачи.

Компонент приобретения знаний автоматизирует процесс наполнения экспертных систем знаниями, осуществляемый пользователем-экспертом.

Объяснительный компонент объясняет, как система получила решение задачи (или почему она не получила решение) и какие знания она при этом использовала, что облегчает эксперту тестирование системы и повышает доверие пользователя к полученному результату.

Диалоговый компонент ориентирован на организацию дружественного общения с пользователем как в ходе решения задач, так и в процессе приобретения знаний и объяснения результатов работы. В разработке экспертных систем участвуют представители следующих специальностей: эксперт  проблемной области, задачи которой будет решать экспертные системы; инженер по знаниям - специалист по разработке экспертных систем (используемые им технологию, методы называют технологией (методами) инженерии знаний); программист по разработке инструментальных средств, предназначенных для ускорения разработки экспертных систем. Необходимо отметить, что отсутствие среди участников разработки инженеров по знаниям (т. е. их замена программистами) либо приводит к неудаче процесс создания экспертных систем, либо значительно удлиняет его.

Эксперт определяет знания (данные и правила), характеризующие проблемную область, обеспечивает полноту и правильность введенных в экспертные системы знаний.

Инженер по знаниям помогает эксперту выявить и структурировать знания, необходимые для работы экспертных систем; осуществляет выбор того инструментального средства, которое наиболее подходит для данной проблемной области, и определяет способ представления знаний в этом инструментальных средств; выделяет и программирует (традиционными средствами) стандартные функции (типичные для данной проблемной области), которые будут использоваться в правилах, вводимых экспертом.

Программист разрабатывает инструментальные средства (если инструментальные средства разрабатывается заново), содержащее в пределе все основные компоненты экспертных систем, и осуществляет его сопряжение с той средой, в которой оно будет использовано. Экспертная система работает в двух режимах: режиме приобретения знаний и в режиме решения задачи (называемом также режимом консультации или режимом использования экспертных систем).

Рисунок 1.3 Классификация  экспертных систем   Структуру (Рисунок 1.3)

58

Режимы работы экспертных систем

Экспертная система работает в двух основных режимах:

1) в режиме приобретения знаний;

2) в режиме решения задачи (называемом также режимом консультаций, или режимом использования экспертной системы).

Это логично и понятно, ведь сначала необходимо как бы загрузить экспертную систему информацией из той предметной области, в которой ей предстоит работать, это и есть режим «обучения» экспертной системы, режим, когда она получает знания. А уже после загрузки всей необходимой для работы информации следует и сама работа. Экспертная система становится готовой для эксплуатации, и ее теперь можно использовать для консультаций или для решения каких-либо задач.

Рассмотрим более подробно режим приобретения знаний.

В режиме приобретения знаний работу с экспертной системой осуществляет эксперт при посредничестве инженера по знаниям. В этом режиме эксперт, используя компонент приобретения знаний, наполняет систему знаниями (данными), которые, в свою очередь, позволяют системе в режиме решения уже без участия эксперта решать задачи из данной предметной области.

Следует отметить, что режиму приобретения знаний в традиционном подходе к разработке программ соответствуют этапы алгоритмизации, программирования и отладки, выполняемые непосредственно программистом. Отсюда следует, что в отличие от традиционного подхода в случае экспертных систем разработку программ осуществляет не программист, а эксперт, естественно, с помощью экспертных систем, т. е. по большому счету человек, не владеющий программированием.

А теперь рассмотрим второй режим функционирования экспертной системы, т. е. режим решения задач.

В режиме решения задачи (или так называемом режиме консультации) общение с экспертными системами осуществляет непосредственно конечный пользователь, которого интересует концевой итог работы и иногда способ его получения. Необходимо отметить, что в зависимости от назначения экспертной системы пользователь не обязательно должен быть специалистом в данной проблемной области. В этом случае он обращается к экспертным системам за результатом, не имея достаточных знаний для получения результатов. Или все же пользователь может обладать уровнем знаний, достаточным для достижения необходимого результата самостоятельно. В этом случае пользователь может сам получить результат, но обращается к экспертным системам с целью либо ускорить процесс получения результата, либо возложить на экспертные системы монотонную работу. 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 базы данных формирует решение задачи. Экспертные системы при решении задачи не только исполняют предписанную последовательность конкретной операции, но и предварительно формирует ее. Это делается для случая, если реакция системы не совсем понятна пользователю. В этой ситуации пользователь может потребовать объяснения о том, почему данная экспертная система задает тот или иной вопрос или почему данная экспертная система не может выполнить данную операцию, как получен тот или иной результат, поставляемый данной экспертной системой.

59

Типичные задачи, решаемые с помощью ЭС: 

1. Интерпретация - описание ситуации по информации, поступающей от датчиков (SPE - определение концентрации гамма-глобулина в крови). 

2. Прогноз - определение вероятных последствий заданных ситуаций (PLANT/cd - определения потерь урожая от черной совки). 

3. Планирование - определение последовательности действий (TATR - планирование авиаударов по аэродромам противника). 

4. Диагностика - выявление причин неправильного функционирования системы (MYCIN - диагностика бактериальных инфекций). 

5. Отладка - составление рецептов исправления неправильного функционирования системы (ONCOCIN - планирования химиотерапевтического лечения). 

6. Ремонт - выполнение последовательности предписанных исправлений (TQMSTUNE - настройка масс-спектрометра). 

7. Проектирование - построение конфигурации объектов при заданных ограничениях (XCON (R1) - выбор оптимальной конфигурации аппаратных средств (VAX)). 

8. Наблюдение - сравнение результатов наблюдения с ожидаемыми результатами (VM - наблюдение за состоянием больного в палате интенсивной терапии). 

9. Обучение - диагностика, отладка и ремонт поведения обучаемого (GUIDON - обучение студентов-медиков (антибактериальная терапия)). 

10. Управление - управление поведением системы как целого. 

60

Классификация ЭС по решаемой задаче 

• Интерпретация данных

• Диагностирование

• Мониторинг

• Проектирование

• Прогнозирование

• Сводное Планирование

• Обучение

• Управление

• Ремонт

• Отладка

Классификация ЭС по связи с реальным временем 

• Статические ЭС — это ЭС, решающие задачи в условиях не изменяющихся во времени исходных данных и знаний.

• Квазидинамические ЭС интерпретируют ситуацию, которая меняется с некоторым фиксированным интервалом времени.

• Динамические ЭС — это ЭС, решающие задачи в условиях изменяющихся во времени исходных данных и знаний.

61

Компьютерная сеть (вычислительная сеть, сеть передачи данных) — система связи компьютеров или компьютерного оборудования (серверы, маршрутизаторы и другое оборудование). Для передачи информации могут быть использованы различные физические явления, как правило — различные виды электрических сигналов, световых сигналов или электромагнитного излучения.

• LAN (Local Area Network) - локальная вычислительная сеть, самый распрастраненный тип вычислительных сетей, встречается в жилых домах, в конторах, в игротеках в офисах мелких и крупных компаний и т. д.. Отличается от всех последующих простотой создания и администрирования, то есть мелкому офису при небольшом торговом центре не обязательно нанимать на работу системного администратора чтобы он следил за локальной сеткой и в случае неисправности начинал ее исправлять, это лишнее. Тем более что если куплено хорошее оборудование, то сеть будет работать устойчиво. Существует так же одна небольшая подгруппа LAN - HAN(Home Area Network), домашняя вычислительная сеть. Так изредка называют домашние компьютерыне сети. Данный термин применим к сетям, созданным между домашними компьютерами. LAN по определению больше походит как обобщающий термин: компьютерные сети офисов и домов. Принципиально между LAN и HAN нет совершенно никакой разницы.

• MAN (Metropolitan Area Network) - это городская вычислительная сеть. Состоит из провайдеров - поставщиков сети и обычных пользователей - клиентов, которые используют какую-либо линию связи для соединения с остальными членами сети. Такие сети, на данный момент, у нас встречаются довольно редко. Зарубежом создание таких сетей уже давно и плодотворно практикуется.

• WAN (Wide Area Network) - это глобальная (мировая, региональная) вычислительная сеть, соединяющая провайдеров из разных городов мира в одну единую вычислительную сеть, или все LANы и MANы соеденены в единое целое. Иными словами, WAN - это по сути тот же Интернет, но о нем немного позже.

Локальная   вычислительная   сеть   (ЛВС) —

небольшая группа компьютеров, связанных друг с другом и расположенных обычно в пределах одно­го здания или организации.

Региональная сеть — сеть, соединяющая мно­жество локальных сетей в рамках одного района, города или региона.

Глобальная сеть — сеть, объединяющая компью­теры разных городов, регионов и государств.

Объединение глобальных, региональных и локальных вычислительных сетей позволяет создавать многоуровневые иерархии, которые предоставляют мощные средства для обработки огромных массивов данных и доступ к практически неограниченным информационным ресурсам.

Локальные вычислительные сети (ЛВС) могут входить в качестве компонентов в состав региональной сети; региональные сети — объединяться в составе глобальной сети; наконец, глобальные сети могут образовывать еще более крупные структуры. Самым большим объединением компьютерных се-тей в масштабах планеты Земля на сегодня является «сеть сетей» — Интернет.

Интересным примером связи локальных и глобальных сетей является виртуальная частная сеть (Virtual Private Network, VPN). Так называется сеть организации, получающаяся в результате объедине-ния двух или нескольких территориально разделен-ных ЛВС с помощью общедоступных каналов глоба-льных сетей, например, через Интернет.

    По типу среды передачи сети делятся на проводные и беспроводные.

По скорости передачи информации сети можно раз-делить на низко-, средне- и высокоскоростные.

распределения ролей между компью-терами сети бывают одноранговые и клиент-серверные.

Сервер — специально выделенный высокопро­изводительный компьютер, оснащенный соответ­ствующим программным обеспечением, централи­зованноуправляющий работой сети и/или предо­ставляющий другим компьютерам сети свои ресурсы (файлы данных, накопители, принтер и т. д.).

Клиентский компьютер (клиент, рабочая стан­ция) — компьютер рядового пользователя сети, по­лучающий доступ к ресурсам сервера (серверов)

62

Сетевая тополо́гия (от греч. τόπος, - место) — способ описания конфигурации сети, схема расположения и соединения сетевых устройств.

Сетевая топология может быть

• физической — описывает реальное расположение и связи между узлами сети.

• логической — описывает хождение сигнала в рамках физической топологии.

• информационной — описывает направление потоков информации, передаваемых по сети.

• управления обменом — это принцип передачи права на пользование сетью.

Существует множество способов соединения сетевых устройств. Выделяют 3 базовых топологии:

• Шина

• Кольцо

• Звезда

И дополнительные (производные):

• Двойное кольцо

• Ячеистая топология

• Решётка

• Дерево

• Fat Tree

• Снежинка

• Полносвязная

63