3.5. Экспертная оболочка экспрэс для построения экспертных консультирующих систем в сапр

Эффективным средством разработки ЭС служат пустые ЭС, которые, в основном, построены по следующему принципу: часть блоков не изменяется (как правило, блок обработки знаний и подсистема общения), а часть разрабатывается или модифицируется пользователем в соответствии с потребностями его предметной области (к этой части принадлежит база знаний).

Узким звеном в указанной схеме является разработка баз знаний, которые в подавляющем большинстве представляют собой продукт творчества. «Ответственным» за разработку базы знаний в пустой ЭС является блок приобретения знаний. Его задача состоит в поддержке координации действий человека и компьютера.

Суть этой задачи состоит в следующем. Человек выдает машине идеи, на основе которых осуществляется построение модели в интерактивном режиме. Компьютер анализирует построенную модель, оценивает результаты анализа и выдает их человеку. Человек, рассматривая полученные результаты, определяет, является ли модель достоверной, и вносит в нее частичные коррективы.

Рассмотри экспертную оболочку ЭКСПРЭС, предназначенную для создания экспертных систем в тех проблемных областях, где исходные описания объектов, промежуточные суждения и результирующие выводы могут быть представлены значениями некоторых атрибутов (признаков). Таким образом, ЭКСПРЭС поддерживает генерацию признаковой модели объектов, в которой значения признаков могут быть как числовыми, так и нечисловыми, причем в силу зависимости признаков не всякая комбинация их значений допустима. Применение признаковой модели позволяет решать такие классы задач:

определение принадлежности объекта к некоторому классу; вычисление значений признаков объекта на базе исходных признаков.

В терминологии ЭС это задачи классификации, диагностики, консультирования, прогнозирования.

Формально признаковую модель можно задать следующим образом. Пусть для некоторого класса объектов Q зафиксирован набор признаков . Каждый признак может принимать множество значений . Для каждого объекта Q каждый из признаков принимает одно значение . Точку называют характеристикой объекта. На множестве всех возможных характеристик выделяют множество допустимых характеристик R DZ и на множестве DZ определяют решающую функцию F:

В системе ЭКСПРЭС решающая функция представляется набором аксиом вида:

•> где - заключение, - конъюнкция условий, причем элементарный атом продукции, описывающий отношение значений признаков в виде математических операций, отношений порядка, отношений эквивалентности.

Построение БЗ в ЭКСПРЭС осуществляется в несколько этапов. Вначале определяется список признаков с указанием их типов (количественный или качественный, исходный или вводимый и т.д.), каждому признаку присваивается код и наименование. Затем составляются правила, определяющие логические и алгебраические связи значений признаков. Правило бывают двух видов: «позитивные» и «негативные».

Позитивные имеют форму: . Они декларируют, что при истинности условий признак в атоме получает некоторые достижения.

Негативные правила описывают запрещенные комбинации значений признаков и записываются в форме

Далее следует этап логического анализа полученной модели, включающий:

корректность модели (анализ включает синтаксический контроль описания компоненты модели, их взаимного соответствия); конструктивность модели, в том числе она проверяется на наличие рекурсий и тавтологий, иерархичность правил;

непротиворечивость модели - выявление, если они существуют, противоречивых правил, приводящих при некотором наборе значений признаков к несовместимым выводам;

полнота модели - проверяется, существуют ли такие наборы значений признаков, при которых невозможно сделать логический вывод, поскольку нет соответствующего правила;

не избыточность модели - проверка правил на независимость и выявление правил, являющихся логическим следствием из других правил.

В ходе логического анализа выделяются различные неточности модели и попутно даются рекомендации по их устранению и совершенствованию модели. Процедуры анализа строятся на основе формальной логики. Так, исследование полноты модели базируется на следующих принципах. Пусть значение некоторого признака определяется группой правил:

которые соответствуют формулам булевой алгебры:

Система будет не полной, если существует такой набор значений признаков, для которого ни одна из посылок не будет истинной, т.е. не подойдет ни одно правило.

Система будет не полной, если существует такой набор значений признаков, для которого ни одна из посылок не будет истинной, т.е. не подойдет ни одно правило.

После преобразования:

Или в дизъюнктивной нормальной форме

Если хотя бы один конъюнкт не будет тождественно равен нулю, то именно он задает такую комбинацию признаков, при которой модель не полна. В этом случае можно рекомендовать пополнение модели правилом ,где F - атом, задающий значение выводимого признака, а - перечень условий для такого вывода.

Построенная и отлаженная база знаний используется затем для решения задач различных классов с помощью независимых от знаний процедур их обработки. Процедура логического вывода организована в соответствии со стратегией обратного вывода - от цели к фактам, причем используется порядок обхода дерева вывода «в глубину», т.е. переход к следующей альтернативе осуществляется только при полной обработке предыдущей.

Подсистема объяснений реализуется в двух вариантах: если вывод сделан на основе некоторого правила, то в качестве объяснения приводится список условий, при которых было выполнено данное правило; если же вывод был сделан на основании того, что ни одно правило «не сработало», то в объяснении приводится список условий, из-за которых отвергнуты другие выводы. Каждое из условий списка может быть в свою очередь объяснено и, таким образом, имеется возможность полного просмотра всего дерева вывода вплоть до тех сведений, которые сообщил пользователь или заложил эксперт.

Поскольку каждое условие правила - это логический или алгебраический атом, то важным элементом объяснения является интерпретация атома в естественно-логическую форму. Для количественных признаков фраза объяснения синтезируется из трех фрагментов:

имя или значение первого признака;

имя отношения;

имя или значение второго признака.

Имя признака содержится в таблице интерпретации, составляемой конструктором, а имена отношений хранит оболочка. Для качественных признаков интерпретацией является имя вычисленной альтернативы.