Контрольные вопросы по теме

1. Расскажите об эволюционном подходе.

2. Расскажите об основных парадигмах эволюционных вычислений.

3. Дайте описание, что такое генетический алгоритм.

4. Приведите основные операторы генетических алгоритмов и объясните назначения каждого оператора.

5. Перечислите основные характеристики генетических алгоритмов.

6. Расскажите общую последовательность работы генетического алгоритма.

7. Перечислите критерии остановки генетического алгоритма и объясните их.

8. Расскажите об эффективности генетических алгоритмов.

9. Опишите, каким способом можно повысить скорость работы генетических алгоритмов.

10. Расскажите, что вам известно об устойчивости работы генетических алгоритмов.

11. Перечислите направления развития генетических алгоритмов и кратко их опишите.

Раздел 5. Средства разработки и интерфейсы иис

Тема 5.1. Инструментальные средства разработки иис

5.1.1. Общие сведения о средствах разработки иис

Различные инструментальные средства построения ИИС можно разделить на ряд классов:

• специализированные языки программирования;

• языки представления знаний;

• средства автоматизации построения ИИС;

• оболочки для создания систем ИИ.

Коротко рассмотрим все четыре группы.

Языки программирования

Язык программирования можно рассматривать как механизм абстрагирования. Он дает возможность программисту описать вычисления на некотором абстрактном уровне и затем автоматически перевести это описание в форму, пригодную для выполнения на ЭВМ. Первоначально языки программирования, применяемые для ИИС были обычными высокоуровневыми проблемно-ориентированными языками (например Фортран или Паскаль).

Затем были предложены концепции, я затем реализации языков манипулирования символами (наиболее известен из них Лисп). Языки манипулирования символами предназначены для решения прикладных задач в об­ласти искусственного интеллекта. В основу языка Лисп положены сле­дующие принципы: использование единого спискового представления для программ и данных; применение выражений для определения функций; скобочный синтаксис языка.

Несколько позже появилась концепция языка Пролог. В Прологе программист описы­вает предметную область, задавая для этого необходимые факты и правила, а Пролог-система сама строит дедуктивный вывод на вве­денных данных. Логическая программа представляет собой выполни­мую формулу в некоторой логике.

Подробно языки программирования ИИС будут рассмотрены в следующем разделе.

Языки представления знаний

Языки, реализующие ту или иную модель представления знаний, называют языками представления знаний. Традиционно выделяют четыре модели представления знаний — логическую, про­дукционную, фреймовую, сетевую — и соответственно можно гово­рить о четырех типах языков представления знаний. Одними из самых известных являются фреймовые языки: GUS, KRL, FRL, OWL. Из продукционных языков самым распространенным языком является OPS5.

Языки представления знаний позволяют построить модель предметной области и описать решаемую задачу, а затем выполнять необходимые манипуляции над данными.

Подробно языки представления знаний нами рассматриваться не будут. Теоретичесик основы представления знаний были рассмотрены ранее в первом разделе теоретического курса. Пример такого языка рассмотрен в лабораторном практикуме при работе с оболочкой экспертных систем.

Средства автоматизации построения ИИС

Средства автоматизации построения ИИС предоставляют разработчику разнообразные средства быстрой разработки с учетом особенностей приложений. Такие средства объединяют в рамках одной среды различные методы решения задач, представления знаний и вывода. Типичными представителями этого класса инструментальных средств являются ART и KBE. Интегрированная среда ART объединяет два формализма представления знаний: правила и фреймы, причем приоритет здесь отдается правилам. Модели вывода в среде ART традиционны: прямой и обратный, однако они могут объединяться в один механизм вывода. Сситема предлагает дружественный интерфейс с развитой системой подсказок, системой меню и графическим пакетом, а также редактор баз знаний.

В отличие от ART инструментальное средство КBЕ являетс ядром, в основе которого лежат фреймы. Причем здесь слоты фреймов могут быть связаны с процедурными знаниями. Описание объектов и правил в КBЕ представляется в виде иерархии фреймов. Каждый объект представляется слотами, которые могут иметь различные значения, либо ссылки на процедуры, а процедуры, в свою очередь, могут иметь множественные значения. Интерфейс включает редактор базы знаний и графические средства.

Пример средства автоматизации построения ИИС детально рассматривается в лабораторном практикуме при конструировании нейронной сети на основе визуальной среды.

Оболочки для создания систем ИИ

Оболочки содержат все компоненты для создания ИИС в готовом виде. Как правило оболочки представляют собой некоторую среду, позволяющую описать структуру ИСС, либо содержат готовые варианты структуры системы (это справедливо для оболочек построения экспертных систем). Оболочка может содержать языковые средства для описания предметной области, специализированные редакторы и мастера для ускорения работы, средства для тестирования и отладки разрабатываемой системы. Но как правило, оболочки нацелены на решение некоторого класса задач, и им часто не хватает общности и гибкости, а разработчик ограничен только средсвами, предоставляемыми оболочкой.

На самом деле основным ограничением для всех инструментальных средств является наличие готовых механизмов вывода или управляющих стратегий. С одной стороны они резко сокращают время на разработку, с другой могут не соответствовать мето­дам решения, которые требуется использовать для данной области применения, что способно приводить к неэффективным, а возможно, и неправиль­ным решениям.

Пример оболочки рассматривается в лабораторном практикуме при построении учебной экспертной системы.