Контрольные вопросы по теме

1. Сформулируйте, что такое экспертная система.

2. Дайте описание понятия «эксперт».

3. Расскажите об особенностях экспертных систем.

4. Расскажите о преимуществах использования ЭС в сравнении с экспертами.

5. Приведите примеры задач, решаемых ЭС.

6. Нарисуйте и объясните структуру ЭС.

7. Расскажите о функциях модуля интерфейса с пользователем в ЭС.

8. Расскажите о функциях модуля логического вывода в ЭС.

9. Опишите функции модуля приобретения знаний в ЭС.

10. Опишите функции модуля объяснения в ЭС.

11. Расскажите общую классификацию экспертных систем.

12. Приведите классификацию ЭС по решаемой задаче.

13. Приведите классификацию ЭС по связи со временем.

Тема 2.2. Технология разработки экспертных систем

2.2.1. Этапы разработки экспертной системы

Особенности технологии разработки ЭС

Разработка интеллектуальных систем отличается от создания обычного программ­ного продукта. Опыт разработки ранних экспертных систем показал, что исполь­зование традиционных технологий из области программирования информационных систем либо чрезмерно затягива­ет процесс разработки, либо вообще приводит к отрицательному результату. Это связано, главным образом, с необходимостью модифицировать принципы и способы построения по мере того, как увеличивается знание разработчиков о проблемной области.

Типовая технология разработки ЭС включает в себя шесть этапов: этапы идентификации, концептуализации, формализации, выполнения, тестирования, опытной эксплуатации. Рассмотрим более подробно последовательности действий, которые необходимо выполнить на каждом из этапов.

Рис. 2.3. Этапы разработки экспертной системы

Идентификация

Этап идентификации связан прежде всего с осмыслением тех задач, которые предстоит решать будущей экспертной системе, и формированием требований к ней. На этом этапе планируется ход разработки прототипа системы, определя­ются источники знаний (книги, эксперты, методики), цели (распространение опыта, автоматизация рутинных действий), классы решаемых задач и т. д. Ре­зультатом этапа идентификации является ответ на вопрос, что надо сделать и какие ресурсы необходимо задействовать.

На этапе идентификации необходимо выполнить следующие действия:

• определить задачи, подлежащие решению и цели разработки,

• определить экспертов и тип пользователей.

Концептуализация

На этапе концептуализации проводится содержательный анализ проблемной области, выявляются используемые понятия и их взаимосвязи, определяются методы решения задач. Этот этап завершается созданием модели предметной области, включающей основные концепты и отношения. Модель представляется в виде графа, таблицы, диаграммы или текста.

На этапе концептуализации:

• проводится содержательный анализ предметной области,

• выделяются основные понятия и их взаимосвязи,

• определяются методы решения задач.

Формализация

На этапе формализации все ключевые понятия и отношения выражаются на некотором формальном языке, который выбирается из числа уже существующих либо создается заново. Другими словами, на данном этапе определяются состав средств и способы представления декларативных и процедурных знаний, осуще­ствляется это представление, и в итоге создается описание решения задачи экс­пертной системы на выбранном формальном языке.

На этапе формализации:

• выбираются программные средства разработки ЭС,

• определяются способы представления всех видов знаний,

• формализуются основные понятия.

Выполнение (реализация)

На этапе выполнения создается один или несколько реально работающих прото­типов экспертной системы. Для ускорения этого процесса в настоящее время широко применяются различные инструментальные средства, характеристика которым дается ниже.

На этапе выполнения (наиболее важном и трудоёмком) осуществляется наполнение экспертом БЗ, при котором процесс приобретения знаний разделяют:

• на "извлечение" знаний из эксперта,

• на организацию знаний, обеспечивающую эффективную работу ЭС,

• на представление знаний в виде, понятном для ЭС.

Процесс приобретения знаний осуществляется инженером по знаниям во взаимодействии с экспертом. Детально содержание этого этапа было рассмотрено нами ранее.

Тестирование

На данном этапе оценивается и проверяется работа программы-прототипа с це­лью приведения ее в соответствие с реальными запросами пользователей. Про­тотип проверяется по следующим основным позициям:

• удобство и адекватность интерфейсов ввода/вывода (характер вопросов в ди­алоге, связность выводимого текста результата и др.);

• эффективность стратегии управления (порядок перебора, использование не­четкого вывода и т. д.);

• корректность базы знаний (полнота и непротиворечивость правил).

Задача стадии тестирования — выявление ошибок и выработка рекомендаций по доводке прототипа экспертной системы до промышленного образца. На этапе тестирования эксперт и инженер по знаниям с использованием диалоговых и объяснительных средств проверяют компетентность ЭС. Процесс тестирования продолжается до тех пор, пока эксперт не решит, что система достигла требуемого уровня компетентности.

Опытная эксплуатация

На этапе опытной эксплуатации проверяется пригодность экспертной системы для конечного пользователя. Пригодность определяется в основном удобством и полезностью разработки. Под полезностью понимается Способность эксперт­ной системы определять в ходе диалога потребности пользователя, выявлять и устранять причины неудач в работе, а также удовлетворять указанные потреб­ности пользователя (решать поставленные задачи). В свою очередь, удобство работы подразумевает естественность взаимодействия с экспертной системой, гибкость (способность системы настраиваться на различных пользователей, а так­же учитывать изменения в квалификации одного и того же пользователя) и ус­тойчивость системы к ошибкам (способность не выходить из строя при ошибоч­ных действиях пользователя).

После успешного завершения этапа опытной эксплуатации экспертная система классифицируется как коммерческая система, пригодная не только для собствен­ного использования, но и для продажи различным потребителям.

На этапе опытной эксплуатации проверяется пригодность ЭС для конечных пользователей. По результатам этого этапа возможна существенная модернизация ЭС.

Итеративность разработки

Процесс создания ЭС не сводится к строгой последовательности этих этапов, так как в ходе разработки приходится неоднократно возвращаться на более ранние этапы и пересматривать принятые там решения.

В ходе разработки экспертной системы всегда осуществляется ее модификация. Выделяют следующие виды такой модификации: переформулирование понятий и требования, переконструирование представления знаний в системе и усовер­шенствование прототипа.

Усовершенствование прототипа произ­водится в процессе циклического прохождения через этапы выполнения и тес­тирования для отладки правил и процедур вывода. Циклы повторяются до тех пор, пока система не будет вести себя ожидаемым образом. Изменения, осуще­ствляемые при усовершенствовании, зависят от выбранного способа представ­ления знаний и класса решаемых задач. Если в процессе усовершенствования желаемое поведение не достигается, то производят более серьезные модифика­ции архитектуры системы и используемой базы знаний.

Возврат от этапа тестирования на этап формализации приводит к пересмотру ранее выбранного способа представления знаний. Данный цикл называют пере­конструированием. Если возникшие проблемы еще более серьезны, то после не­удачи на этапе тестирования может потребоваться возврат на этапы концептуа­лизации и даже идентификации. В этом случае речь идет о переформулировании системы понятий, метапонятий и семантических отношений, то есть о проекти­ровании всей системы заново.