2.1. Структура экспертных систем

ЭС в общем случае представляются как продукционные системы /1/. В продукционной системе данные представляются в символьном виде, набор символов составляет алфавит систе­мы. С помощью символов составляются описания. В зависи­мо­сти от принятого способа представления данных символь­ное описание состоит или из последовательных символов, или сим­волов объединенных связками (связка – некоторое ло­ги­ческое понятие, объединяющее символы). Обработка сим­воль­ных данных состоит в преобразовании символьного опи­сания. Это действие называется продукцией. Продукция пред­ставляется как X_iWWY_i. Это означает, что если в некотором описании Y присутствует последовательность символов X_i, то продукция состоит в исключении X_i из Y и в присоединении к оставшейся части Y_i . Например, если Y:abc, то продукция abWWd представляет Y:cd.(приводит к модификации Y:cd).

Продукции поддерживаются правилами преобразования описания, которые называются продукционными. Таким обра­зом, продукционная система включает в себя набор описаний (данных), набор продукционных правил и интерпретатор. Интерпретатор определяет последовательность применения правил к данным. С учетом изложенного продукционная система имеет вид:

PS=(B, R, I),

где B – база данных;

R – продукционные правила или база знаний;

I – интерпретатор.

Интерпретатор представляется в виде:

I=(V, S, K, W)

10

Последовательность действий интерпре­татора:

На шаге V осуществляется выборка данных и знаний. Эта выборка может выполняться тривиально, т.е. последовательным выбором всех данных и всех правил, или по определенным формальным признакам.

На шаге S осуществляется сопоставление выбранных данных и правил, т.е. выявляется, к каким данным какие правила можно применить. Создаются активные пары "данные-пра­ви­ла", которые используются на следующих шагах.

На шаге K выполняется разрешение конфликтов, при котором определяется последовательность работы с активны­ми парами. Эта последовательность задается механизмом вывода (стратегией поиска).

При установленном порядке обра­бот­ки данных выполняется стадия W, т.е. выполнение. В ре­зультате выполнения образуется набор новых описаний, с ко­то­рым интерпретатор повторяет все шаги работы, и так до тех пор, пока не будет получено решение или выявлено, что его не существует.

ОК

ДК

КПЗ

ИР

И

РП

БЗ

БД

Рис.2. Структура статической экспертной системы

В состав экспертной системы входят компоненты, обес­пе­чивающие принятие решений, исполнение экспертной системы и общение с экспертами и пользователями (Рис.2).

11

Ядро системы – интеллектуальный решатель ИР, представляющий собой многопроцессорную систему, обес­печивающую работу с базой данных, решение задач поиска и информационное взаимодействие с внешним миром.

Преобра­зование информации выполняется через рабочую память РП, которая связана с базой данных через интерфейс ИБД. В базе зна­ний БЗ размещаются решающие правила, которые опреде­ляют последовательность обработки данных в ИР. Здесь же могут размещаться метазнания, которые указывают последовательность применения решающих правил. Для общения с внешним миром в системе присутствуют следующие компоненты:

1. Компонент приобретения знаний КПЗ. Этот компо­нент обеспечивает наполнение системы данными и знаниями. Его основа - символьные языки и програм­мные средства их поддержки;

2. Диалоговый компонент ДК. С помощью этого компо­нента обеспечивается диалог между пользователем и системой. Средства ДК обеспечивают представление информации для пользователя в понятиях предметной области;

3. Объяснительный компонент ОК. Этот компонент - средство предст­ав­ления пользователю сведений о том, почему экс­перт­ная система принимает то или иное решение.

Представленная структура является статической экс­пертной системой, т.к. предназначена для работы в неизме­няемой предметной области. Пополнение базы данных или базы знаний может выполняться по инициативе пользователя с привлечением экспертов.

Системы, которые могут самостоятельно пополнять базы данных и знаний, называются динамическими. Ядро динами­чес­кой системы – статическая система, дополнительные элементы: сред­ства получения информации из предметной области, средства преобразования этой информации, модель предмет­ной области. Динамическая система в рабочем режиме посто­ян­но получает информацию из предметной области. Ее

12

преоб­разование состоит в приведении к установленным форматам (рас­поз­навание и составление символьного описания). Полу­чен­ное описание накладывается на модель предметной облас­ти с целью выявления новых признаков. При наличии таковых попол­няется база данных через компонент преобразования зна­ний КПЗ. При поиске решения и использовании новых признаков могут формулироваться новые решающие правила, которыми пополняется база знаний.

Статические и динамические системы работают в режиме обучения (накопления знаний) и консультаций. Первый ре­жим реализуется при разработке системы; второй – пользователь­ский, когда с системой работает конечный пользователь. В первом режиме максимально задействован КПЗ, во втором – ОК и ДК.