Министерство образования Российской Федерации
ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра автоматизированных систем управления
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
и задания к лабораторным работам №3 и №4
по курсу "СИСТЕМЫ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА"
Составитель Махлышев М.А.
Липецк 2003
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Прямая и обратная цепочки рассуждений в экспертных системах
Прямой вывод применим в тех ситуациях, когда число потенциальных решений неуправляемо, а количество блоков данных, определяющих начальное состояние проблемы, невелико. Например, имеется огромное число способов сборки сложного компьютера из модульных компонентов. Эта сложность возникает в связи с наличием большого числа допустимых перестановок плат в гнездах. При каждой перестановке возникают конкретные требования к соединительным кабелям. Мы привели пример проблемы, имеющей большое пространство решений при малом пространстве входных данных. Входные данные представляют собой просто список компонентов, из которых надо собрать компьютер.
Стратегия прямого вывода должна на основе использования данных и правил привести к правильному заключению. Суть ее состоит в том, что задается последовательность вопросов (или выполняется последовательность проб), построенных таким образом, что каждый из них позволяет отбросить большую группу потенциальных ответов, благодаря чему значительно сужается пространство поиска. Так продолжается до тех пор, пока не останется один определенный ответ. Если на каждом шаге отбрасывается половина возможных ответов, то прямой вывод по эффективности не уступает двоичному поиску.
Существует несколько крупномасштабных экспертных систем, реализующих такую стратегию: XCON - система, помогающая фирме Digital Equipment Corporation (DEC) подбирать для клиентов конфигурацию компьютеров VAX, и DENDRAL - знаменитая система химического анализа.
Другую модель использования свидетельств и заключений предлагает стратегия обратного вывода. В некоторых задачах имеется всего несколько решений при наличии огромных объемов входной информации. В этом случае целесообразно в каждый момент времени рассматривать только одно из возможных решений, а затем собрать и проверить все свидетельства, которые могут его подтвердить или опровергнуть.
Наиболее известными экспертными системами с обратным выводом являются MYCIN, системы, сделанные на его основе, и PROSPECTOR. MYCIN предназначена для идентификации вируса, вызвавшего болезнь. Программы этой группы обычно ограничиваются диагностикой болезней отдельных систем организма (например, крови, сердца, легких). Для каждой такой системы существует всего несколько разновидностей вирусов, вызывающих конкретную болезнь, поэтому здесь подходит обратный вывод. PROSPECTOR использует сходную стратегию обратного вывода. Рассматривая по очереди несколько внутренних моделей рудных месторождений, система отыскивает модель, которой более всего соответствуют имеющиеся данные (или такой модели нет).
Рассмотрим ниже в качестве примера программу классификации "Птица, зверь или рыба" (ПЗР). Это написанная на языке Пролог программа - игра-загадка. Задумайте конкретное животное. Система попытается угадать его, задавая вам вопросы, чтобы получить недостающую информацию. Ниже приводится типичный диалог:
Вопрос Ответ
-------------------------------------------
У него есть волосы? Нет
Оно дает молоко? Нет
У него есть перья? Нет
У него есть клыки? Нет
Оно ест мясо? Да
Оно плавает? Да
У него есть щупальца? Да
Задуманное вами животное — осьминог!
Программа ПЗР ведет четкий и разумный диалог, запрашивая у пользователя необходимую информацию, которой она еще не располагает. Такой режим вопросов-ответов очень важен, но иногда трудно реализуем. Его весьма сложно запрограммировать на каком-либо языке, отличном от Пролога, Лиспа или оболочки экспертных систем.
В программе такого типа используется мало категорий; система извлекает информацию, чтобы узнать, к какой из категорий принадлежит задуманное животное. Существует много приложений подобного рода. К ним относятся классификационные экспертные системы. Аналогичный описанному выше диалог точно так же мог происходить с врачом, пытающимся установить заболевание, или с наладчиком аппаратуры, определяющим причину, по которой перестал работать ваш компьютер.