2.1.2. Структура экспертных систем

Общая структура ЭС

Рис. 2.1. Общая структура экспертной системы.

Общая структура ЭС представле­на на рис. 2.1. Как видно, экспертная система в общем случае должна содержать пять основных компонентов: интерфейс с поль­зователем, подсистему логического вывода, базу знаний, составляющими ядро любой экспертной системы, а также модуль приобретения знаний, модуль отображения и объ­яснения решений.

Конкретная экспертная система может содержать только часть этих компонент. Обязательными являются наличие базы знаний, механизма логического вывода и пользовательского интерфейса, без которых ЭС не сможет функционировать.

Функции компонентов ЭС

Взаимодействие пользователя с ЭС осуществляется через модуль пользовательского интерфейса на некотором формализованном проблемно-ориентированном языке непро­цедурного типа, часто являющимся подмножеством естественного языка. В модуле интерфейса проис­ходит преобразование запросов и ответов пользователя во внутренний язык пред­ставления знаний экспертной системы. В каче­стве внутренних языков в ЭС системе чаще всего используются логические языки или языки продукцион­ного типа, реже — языки семантических систем. Часто стали применяться технологии искусственного интеллекта, касающиеся понимания текстов на естественном языке, а также представления результатов работы экспертной системы в наглядном и выразительном виде, так как важным требованием к ЭС является естественность и удобство диалога с пользователем.

Запрос (ответ) пользователя поступает в подсистему логического вывода, которая, используя информацию из базы знаний, генерирует рекомендации по решению искомой задачи. В подсистеме логического вывода реализуется некоторая стратегия выбора соответствующей информации из базы знаний. В основе использования любого механизма вывода лежит процесс нахождения в соответствии с поставленной целью и описанием конкретной ситуации (исходных данных) относящихся к решению единиц знаний (правил, объектов, прецедентов и т.д.) и связыванию их при необходимости в цепочку рассуждений, приводящую к определенному результату. В нем реализуются, например, процедуры достоверного вывода, алгоритмы правдопо­добных рассуждений и другие процедуры, предназначенные для выработки экспертных заключений. Отметим, что стратегия выбора тесно связанная со способом представления знаний в ЭС и ха­рактером решаемых задач.

База знаний представляет собой конкретную реализацию некоторой модели представления знаний (возможной, сочетание моделей). В конкретной ЭС реализация базы знаний, как указывалось в первом разделе курса, зависит от назначения системы и предметной области. База знаний выполняет функцию хранения знаний системы и является, как правило основным по значению и по стоимости модулем системы. В коммерческих и промышленных системах используются как специализированные средства хранения базы знаний, так и реализации в виде программных надстроек над промышленными СУБД.

Модуль отображения и объ­яснения решения выполняет задачу отображения проме­жуточных и окончательных решений и объяснение поль­зователю последовательности решения. Как правило, система дает информацию как и почему достигнуто то или иное заключение. В случае отсутствия решения задач объяснение также должно выдаваться пользователю. Важно иметь возможность объяснения, когда система отвечает на вопросы, что будет в том или ином случае. Пользователя может не интересовать полный вывод решения, содержащий множество ненужных деталей. В этом случае система должна уметь выбирать из цепочки только ключевые моменты с учетом их важности и уровня знаний пользователя. Идеальная система должна для этого поддерживать модель знаний и намерений пользователя. Наличие модуля объяснения является важной особен­ностью экспертных систем, которая обеспечивает необхо­димый уровень доверия пользователя к системе. Часто неявно предполагается, что если метод рассужде­ния, реализованный в экспертной системе, не может быть объяснен человеку, то он должен быть признан неудов­летворительным.

Модуль приобретения знаний необходим для формирования базы знаний (если он отсутствует в самой ЭС, то должны быть внешние по отношению к ЭС средства для работы с базой знаний). Модуль часто выполняет функции поддержки процесса извлечения знаний о предметной обла­сти. От возможностей, реализованных в этом модуле зависят возможности ЭС к пополнению знаний и эффективность работы инженера по знаниям и/или эксперта. . В простейшем случае это специализированный редактор, который позволяет вводить единицы знаний в базу и проводить их синтаксический и семантический контроль, в более сложных случаях извлекать знания путем специальных сценариев интервьюирования экспертов. В идеальной системе это специализированная подсистема, которая способна обучаться на основе примеров реальных ситуаций, или из опыта работы самой ЭС.