2. Этап прототипирования – в ходе этого этапа создается прототип ЭС, предназначенный проверки правильности выбранных средств и методов разработки новой ЭС. К прототипу системы не предъявляются высокие требования. Основная его задача состоит в иллюстрации возможностей будущей системы для специалистов, непосредственно участвующих в разработке, а также для потенциальных пользователей. На этом этапе может быть осуществлена корректировка проекта, уточнены время, стоимость и необходимые ресурсы для завершения работы.
3. Этап доработки – это по сути основной, наиболее рутинный и продолжительный этап работы над ЭС. Все компоненты многократно тестируются и доводятся до соответствия требованиям проекта. Наибольшую сложность вызывает доработка и доказательство адекватности и эффективности БЗ, так как количество записей в ней может быть на порядок больше, чем в прототипе.
Реализация прототипа возможна с применением специализированных инструментальных средств. На рынке представлен достаточно большой их спектр, начиная от языков программирования (LISP, Prolog, Python и др.), оболочек ЭС (Exsys и пр.) и кончая дорогостоящими комплексами (Gensym G2). Выбор инструментария в основном зависит от имеющихся ресурсов и времени. Распространен также вариант, когда на ранних стадиях для реализации прототипа используют инструмент, позволяющий сократить время разработки ( например, оболочку ЭС), а в последствии, для реализации окончательной версии, переходят на более низкоуровневый, но и более эффективный язык программирования.
В процессе создания прототипа будущей ЭС выполняется проверка правильности кодирования фактов, связей и стратегий рассуждения эксперта в БЗ. Также это хороший способ привлечь эксперта к активному участию в разработке экспертной системы и заинтересовать его, так как, как правило, авторитетные эксперты не обладают достаточным временем, чтобы отвлекаться от основной работы для создания ЭС в полном объеме. Объем первоначальных версий БЗ прототипа обычно составляет несколько десятков записей. Этого вполне достаточно, чтобы смоделировать процесс принятия экспертом отдельных решений по одному или нескольким вопросам. В тоже время разработка этих нескольких десятков правил требует прохождения всего цикла проектирования. Сама процедура создания прототипа имеет итеративный характер. Шаги повторяются, пока не будет получен удовлетворительный результат. Можно условно выделить следующие основные стадии разработки прототипа:
1. Идентификация проблемы – знакомство и обучение коллектива разработчиков, а также создание неформальной формулировки проблемы. Уточняется задача, планируется ход разработки прототипа экспертной системы, определяются необходимые ресурсы ( время, люди, компьютеры и т.д.), источники знаний (книги, дополнительные эксперты, методики), имеющиеся аналогичные экспертные системы, цели (распространение опыта, автоматизация рутинных действий и др.), классы решаемых задач и т.д.
2. Извлечение знаний – процесс взаимодействия эксперта и инженера по знаниям, являющимся основным разработчиком БЗ. В результате этого взаимодействия инженер по знаниям получает наиболее полное представление о предметной области и способах решения задач в ней. Происходит перенос компетентности экспертов на инженеров по знаниям с использованием различных методов: анализ текстов, диалоги, экспертные игры, лекции, дискуссии, интервью, наблюдение и другие.
3. Структурирование или концептуализация знаний – разработка неформального описания знаний о предметной области в виде графа, таблицы, диаграммы или текста, которое отражает основные концепции и взаимосвязи между понятиями предметной области. Выявляется структура полученных знаний о предметной области, т.е. определяются: терминология, список основных понятий и их атрибутов, отношения между понятиями, структура входной и выходной информации, стратегия принятия решений, ограничения стратегий и т.д. Такое описание называется полем знаний.
4. Формализация знаний – разработка базы знаний на языке, который, с одной стороны, соответствует структуре поля знаний, а с другой – позволяет реализовать прототип системы на следующей стадии программной реализации. Строится формализованное представление концепций предметной области на основе выбранного языка представления знаний ( ЯПЗ). Традиционно на этом этапе используются: логические методы (исчисления предикатов I порядка и др.), продукционные модели (с прямым и обратным выводом), семантические сети, фреймы, функциональное программирование, объектно-ориентированные языки, основанные на иерархии классов, объектов и др., а также комбинация указанных методов.
5. Реализация – разработка компьютерной программы, демонстрирующей жизнеспособность подхода в целом. Чаще всего первый прототип отбрасывается на этапе реализации действующей ЭС. Создаваемый прототип экспертной системы должен включать базу знаний и все остальные блоки, которые могут быть разработаны с помощью каких-либо языков программирования, оболочек ЭС или специализированных программных комплексов.
6. Тестирование – выявление ошибок в подходе и реализации прототипа и выработка рекомендаций по дальнейшей доводке системы до промышленного варианта или повторной переработке. Оценивается и проверяется работа прототипа с целью приведения в соответствие с реальными запросами пользователей. Прототип проверяется на удобство
иадекватность интерфейсов ввода-вывода ( характер вопросов в диалоге, связность выводимого текста результата
идр.), эффективность стратегии управления выводом на знаниях (порядок перебора, использование нечеткого вывода и др.), качество тестовых примеров, корректность базы знаний (полнота и непротиворечивость правил).
В результате многократного прохождения указанных выше шагов прототип системы постепенно совершенствуется и расширяется. Таким образом, происходит плавный переход от демонстрационного прототипа к коммерческой системе. При этом если программный инструментарий выбран удачно, отпадает необходимость переписывания финальной версии системы на каком- либо языке программирования или другом, более мощном инструментарии.
Критериями, указывающими на необходимость
создания ЭС, являются следующие:
нехватка высококвалифицированных специалистов в какой- либо узкой предметной области; система MYCIN была разработана, чтобы консультировать врачей не специализирующихся в области заболеваний крови
потребность в многочисленном коллективе специалистов, поскольку ни один из них не обладает достаточным знанием; система 1SIS помогала планировать промышленные заказы.
сниженная производительность, поскольку задача требует полного анализа сложного набора условий, а обычный специалист не в состоянии просмотреть ( за отведенное время) все эти условия; системы FALCON и др. предназначались для контроля аварийных датчиков на химическом заводе.
большое расхождение между решениями самых опытных экспертов и новичков; система XCON, разработанная для конфигурирования компьютеров VAX – 1/780/ ошибалась на порядок меньше, по сравнению со специалистом средней руки.