МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ, СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Ордена Трудового Красного Знамени Федеральное государственное образовательное бюджетное
учреждение высшего профессионального образования Московский технический университет связи и информатики
Кафедра «Направляющие телекоммуникационные среды»
«ВВЕДЕНИЕ В ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ»
Лекция 9
ЭКСПЕРТНЫЕ СИСТЕМЫ
2024 г.
Данные и знания
Экспертная система – система, предназначенная для решения трудно формализуемых задач, у которых отсутствует алгоритм решения, алгоритм решения которых не известен, или обладает достаточно большой размерностью.
Данные – отдельные факты, характеризующие объекты, процессы и явления в предметной области, а также их свойства.
Знания – выявленные закономерности предметной области (принципы, связи, законы), позволяющие решать задачи в этой области.
Цель разработки экспертной системы – разработка программной системы
(средств) для решения трудно формализуемых задач, не уступающих по качеству и эффективности решениям, которые принимает эксперт.
2
Преимущества экспертных систем:
простота «транслирования» данных и знаний;
устойчивость и воспроизводимость результатов;
достаточно низкая затратность создания.
Разрабатывать |
экспертную |
систему |
Разрабатывать экспертную систему |
||
целесообразно, если: |
|
нецелесообразно, если: |
|||
|
|
|
|
||
не могут быть построены строгие |
имеются |
|
эффективные |
||
алгоритмы или процедуры, но |
алгоритмические методы; |
||||
существуют |
эвристические |
методы |
отсутствуют эксперты или их число |
||
решения; |
|
|
недостаточно; |
|
|
есть эксперты, которые |
способны |
задачи |
носят |
вычислительный |
|
решить задачу; |
|
характер; |
|
|
|
по своему характеру задачи относятся |
задачи |
решаются |
процедурными |
||
к области диагностики, интерпретации |
методами, с помощью аналогии или |
||||
или прогнозирования. |
|
интуитивно. |
|
||
3
Назначение экспертных систем
|
|
Мониторинг – |
|
Прогнозирование – |
Интерпретация – процесс |
|
|
обоснованное описание |
|
|
непрерывное |
|
||
определения смысла данных, |
|
|
последовательности |
|
|
оповещение о состоянии |
|
||
результаты которого должны быть |
|
|
событий, с возможностью |
|
|
системы, приложения или |
|
||
согласованными и корректными |
|
|
обнаружения новых |
|
|
процесса |
|
||
|
|
|
факторов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Планирование – заранее намеченный |
|
Проектирование – процесс создания новой |
порядок, последовательность |
|
информации об объекте, системе (имеется |
осуществления какой-либо программы, |
|
возможность исключения профессионала из |
работы, проведения мероприятий |
|
процесса проектирования) |
|
|
|
Диагностика – процесс распознавания состояния на основе имеющихся факторов
Обучение – обучение пользователя, а также самообучение системы, как на этапе приобретения знаний, так и в процессе работы ЭС (пополнение базы знаний (БЗ) ЭС новыми цепочками вывода)
4
Классификация экспертных систем:
в зависимости от масштаба времени (реального времени, псевдореального времени, статические);
по виду знаний (детерминированные, неопределённые).
по источнику знаний (один, несколько).
Режимы функционирования экспертной системы:
приобретение знаний;
консультации;
комбинированный.
5
Этапы создания экспертных систем
• идентификация |
• выполнение |
• концептуализация |
• тестирование |
• формализация |
• опытная эксплуатация |
Начало |
Окончание |
Идентификация |
|
Опытная эксплуатация |
|
|
|
Требования
|
|
|
Переформатирование |
|
|
|
|
|
Концептуализация |
|
|
Тестирование |
|
||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Понятия |
|
|
|
|
|
|
|
|
Переконструирование |
|
|
Усовершенствование |
|||
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Формализация |
|
|
|
Выполнение |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Структуры знаний |
||||
Рисунок 1 – Этапы создании экспертных систем
6
Идентификация
На этапе идентификации экспертной системы определяются:
•участники процесса разработки;
•задачи;
•ресурсы;
•цели.
Цель идентификации задачи – охарактеризовать задачу и структуру поддерживающих ее знаний и приступить к работе по созданию базы знаний.
Идентификация ресурсов состоит из определения:
•источников знаний;
•времени разработки;
•вычислительных средств;
•объема финансирования.
Идентификация |
целей |
– |
это |
Примеры целей экспертных систем: |
|
||||
формулирование |
в |
явном |
виде |
• формализация неформальных знаний экспертов; |
|||||
целей |
построения |
экспертной |
• улучшение качества решений, принимаемых |
|
|||||
системы. При этом важно отличать |
экспертом; |
|
|||||||
цели, |
ради |
которых |
строится |
• автоматизация рутинных аспектов работы |
|
||||
система, |
от |
задач, |
которые |
она |
эксперта; |
|
|||
• тиражирование знаний эксперта. |
7 |
||||||||
должна решать. |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|||||
Концептуализация
Ключевые понятия |
Отношения и характеристики |
Детализация:
•типов доступных данных;
•исходных и выводимых данных;
•подзадач общей задачи;
•используемых стратегий и гипотез;
•видов взаимосвязей между объектами проблемной области;
•типов используемых отношений (иерархия, часть/целое и т.п.);
•процессов, используемых в ходе решения задачи;
•типовых ограничений, накладываемых на процессы и используемых в ходе решения;
•состава знаний, используемых для решения.
8
Концептуализация
Диаграммы используются как средства проектирования, сопровождения и документирования, а также для организации взаимодействия между различными участниками процесса создания системы.
Видами диаграмм:
•контекстные диаграммы (структурно-функциональные схемы), например, нотация
IDEF0;
•диаграммы «сущность-связь», например, нотация IDEF1X;
•диаграммы потоков данных, например, нотация DFD;
•диаграммы «состояния-переходы», например, нотация UML.
9
Формализация
Все ключевые понятия и отношения, выявленные на этапе концептуализации, выражаются на некотором формальном языке, выбранном инженером по знаниям.
• Структуризация общей задачи на связанные подзадачи
Разбиение приложения на модули существенно ускоряет разработку (так как независимые группы разработчиков могут одновременно разрабатывать различные модули), снижает затраты на сопровождение и поддержку, упрощает повторное использование модулей базы знаний в последующих разработках
• Структуризация предметной области на основе иерархии классов
Применение объектно-ориентированного подхода в современных экспертных системах естественным образом реализует возможность декомпозиции задачи на совокупность подзадач
• Структуризация знаний на декларативные и процедурные
Декларативные знания – записаны в памяти интеллектуальной системы так, что они непосредственно доступны для использования после обращения к соответствующему полю памяти
• Структуризация приложения на основе иерархии «часть/целое»
Модульный принцип создания приложения предоставляет разработчику различные возможности разбиения приложения на подсистемы, легче поддающиеся сопровождению и модификации
10