6.4. Експертні системи

Експертні системи (ЕС) виникли як значний практичний результат у застосуванні та розвитку методів штучного інтелекту (ШІ) - сукупності наукових дисциплін, що вивчають методи розв'язання задачі нтелектуального (творчого) характеру з використанням комп’ютера.

ЕС - це набір програм, що виконує функції експерта при вирішенні завдань з деякої предметної області. ЕС видають поради, проводять аналіз, дають консультації, ставлять діагноз. Практичне застосування ЕС на підприємствах сприяє ефективності роботи та підвищення кваліфікації фахівців.

Головною перевагою експертних систем є можливість накопичення знань і збереження їх тривалий час. На відміну від людини до будь-якої інформації експертні системи підходять об'єктивно, що покращує якість проведеної експертизи. При вирішенні завдань, що вимагають обробки великого обсягу знань, можливість виникнення помилки при переборі дуже мала.

При створенні ЕС виникає ряд труднощів. Це насамперед пов'язано з тим, що замовник не завжди може точно сформулювати свої вимоги до системи, що розробляється. Також можливе виникнення труднощів психологічного порядку: при створенні бази знань системи експерт може перешкоджати передачі своїх знань, побоюючись, що згодом його замінять "машиною". Але ці побоювання не обгрунтовані, оскільки ЕС не володіють здоровим глуздом, інтуїцією. Хоча в даний час ведуться розробки експертних систем, що реалізують ідею самонавчання. Також ЕС незастосовні у великих предметних областях і в тих областях, де відсутні експерти.

Експертна система складається з бази знань (частини системи, в якій містяться факти), підсистеми виведення (множина правил, за якими здійснюється рішення задачі), підсистеми пояснення, підсистеми придбання знань і діалогового процесора.

При побудові підсистем виведення використовують методи розв'язання задач штучного інтелекту.

Основними відмінностями ЕС від інших програмних продуктів є використання не тільки даних, а й знань, а також спеціального механізму генерації рішень і нових знань на основі наявних. Знання в ЕС подаються у такій формі, яка може бути легко оброблена на комп’ютері. У ЕС відомий алгоритм обробки знань, а не алгоритм рішення задачі. Тому застосування алгоритму обробки знань може призвести до отриманнятакого результату при вирішенні конкретного завдання, який не був передбачений. Більш того, алгоритм обробки знань заздалегідь невідомий і будується по ходу рішення задачі на підставі евристичних правил. Рішення завдання в ЕС супроводжується зрозумілими користувачеві поясненнями, якість рішень, що отримуються, зазвичай не гірша, а іноді і краща тієї, що досягається фахівцями. У системах, заснованих на знаннях, правила (або евристики), по яких вирішуються проблеми в конкретній предметній області, зберігаються в базі знань. Проблеми ставляться перед системою у виді сукупності фактів, описують деяку ситуацію, і система за допомогою бази знань намагається генерувати висновок з цих фактів.

У будь-який момент часу в ЕС існують три типи знань:

- Структуровані знання - статичні знання про предметну область. Після того, як ці знання виявлені, вони вже не змінюються.

- Структуровані динамічні знання, що змінюються - знання про предметну області. Вони оновлюються в міру виявлення нової інформації.

- Робочі знання - знання, що застосовуються для вирішення конкретної задачі або проведення консультації.

Всі перераховані вище знання зберігаються в базі знань. Для її побудови потрібно провести опитування фахівців, які є експертами в конкретній предметної області, а потім систематизувати, організувати і забезпечити цізнання покажчиками, щоб згодом їх можна було легко отримати з бази знань.

В експертних системах першого покоління знання представлені наступним чином:

1) знаннями системи є тільки знання експерта, досвід накопичення знань не передбачається.

2) методи представлення знань дозволяли описувати лише статичні предметні області.

3) моделі представлення знань орієнтовані на прості області.

Представлення знань в експертних системах другого покоління наступне:

1) використовуються не поверхневі знання, а більш глибокі. Можливе доповнення предметної області.

2) ЕС може вирішувати задачі динамічної бази даних предметної області.

Області застосування систем, заснованих на знаннях, можуть бути згруповані у декілька основних класів: медична діагностика, контроль і управління, діагностика несправностей в механічних і електричних пристроях, навчання.

Навіть кращі з існуючих ЕС мають певні обмеження в порівнянні з людиною-експертом.

1. Більшість ЕС не цілком придатні для застосування кінцевим користувачем. Багато систем виявляються доступними тільки тим експертам, які створювали бази знань.

2. Режим питання-відповідь, що звичай прийнятий в таких системах, уповільнює отримання рішень

3. Навики системи не зростають після сеансу експертизи.

4. Все ще залишається проблемою приведення знань, отриманих від експерта, до вигляду, що забезпечує їх ефективну машинну реалізацію.

5. ЕС не здатні навчатися.

6. ЕС неможуть застосовуватись у великих предметних областях. Їх використання обмежується предметними областями, в яких експерт може прийняти рішення за час від декількох хвилин до декількох годин.

7. У тих областях, де відсутні експерти (наприклад, в астрології),застосування ЕС виявляється неможливим.

8. Має сенс залучати ЕС тільки для вирішення когнітивних завдань.

9. Людина-експерт при розв'язанні задач звичайно звертається до своєї інтуїції або здорового глузду, якщо відсутні формальні методи рішення або аналоги таких завдань.

Системи, засновані на знаннях не є ефективними при необхідності проведення скрупульозного аналізу, коли число "рішень" залежить від тисяч різних можливостей та багатьох змінних, які змінюються в часі. У таких випадках краще використовувати бази даних з інтерфейсом природною мовою.

Системи, засновані на знаннях, мають певні переваги перед людиною-експертом.

1. У них немає упереджень.

2. Вони не роблять поспішних висновків.

3. Ці системи працюють систематизовано, розглядаючи всі деталі, часто обираючи найкращу альтернативу з усіх можливих.

4. База знань може бути дуже і дуже великою. Будучи введені в комп’ютер один раз, знання зберігаються назавжди. Людина ж має обмежену базузнань, і якщо дані довгий час не використовуються, то вони забуваються та назавжди губляться.

Системи, засновані на знаннях, стійкі до "перешкод". Експерт користується побічними знаннями і легко піддається впливу зовнішніх факторів, які безпосередньо не пов'язані з розв'язуваної завданням. ЕС, не обтяжені знаннями з інших областей, за своєю природою менш схильні до "шумів". З часом системи, засновані на знаннях, можуть розглядатися користувачами як різновид тиражування - новий спосіб запису і поширення знань. Подібно іншим видам комп'ютерних програм вони не можуть замінити людину ввирішенні завдань, а, швидше, нагадують знаряддя праці, які дають йомуможливість вирішать завдання швидше й ефективніше.

6. Ці системи не замінюють фахівця, а є інструментом у йогоруках.