Экспертные системы

Экспертные системы - это компьютерные программы, предназ­наченные для распространения знаний и опыта специалистов в опреде­ленной области. Уже сегодня такие программы используются в самых различных областях человеческой деятельности. В большинстве случаев они используются специалистами высокого класса или очень опытными работниками в качестве вспомогательного источника информации и рекомендаций.

Типичная экспертная система состоит из двух частей, именуемых базой знанийимашиной вывода.В базе знаний содержатся факты(иногда до нескольких тысяч)и эмпирические правила, называемыеэв­ристиками.Машина вывода манипулирует информацией из базы знаний, определяя, в каком порядке следует выявлять взаимосвязи и делать выводы. Базу знаний можно заменить, и это не оказывает ника­кого влияния на процесс рассуждений в системе.

Чтобы создать запас необходимой информации, специалист по ин­женерии знаний работает вместе с экспертом в данной области. Их рабо­та заключается в том, чтобы наиболее полно и подробно сформулировать действия эксперта в разнообразных ситуациях. Затем эта информация преобразуется в форму, пригодную для работы компьютера. При этом важно наилучшим образом связать вместе те детали, которые ассоцииру­ются у эксперта при решении определенной проблемы.

В большинстве случаев работа экспертных систем основывается на правилах, - знания эксперта передаются в виде последовательности пра­вил "если - то". Например, в медицинской системе одно из правил может гласить: "Если у пациента воспалена гортань, насморк и он чихает, то пациент простужен. Основанная на правилах система отыскивает дан­ные, совпадающие с введенными (например, "воспалена гортань"), и свя­занные с ними правила. Если данных для постановки диагноза недоста­точно, система может запрашивать дополнительную информацию.

Обычно экспертные системы выдают результат с указанием степе­ни его достоверности. По просьбе пользователя может быть выдана вся цепочка промежуточных посылок и заключений. Это позволяет в слож­ных ситуациях понять, почему система пришла к данному выводу, и яв­ляется дополнительным средством контроля и обучения персонала.

В наши дни создание экспертных систем приняло массовый харак­тер. Некоторые энтузиасты утверждают, что технология экспертных сис­тем будет способствовать распространению опыта лучших специалистов в той же мере, как в свое время изобретение печатной машины. Другие специалисты более сдержаны в оценках. Несомненно, что экспертные системы окажут значительное влияние на развитие общества.

Приложение 1 Элементы булевой алгебры

Булева алгебра, илиалгебра высказываний- это самостоя­тель­ный раздел дискретной математики, которыйформализует правила формальной логикии находит самые разнообразные применения. Изложим некоторые практические сведения из булевой алгебры, которые нам понадобятся в даль­нейшем.

Булева алгебра оперирует с высказываниями. Каждому высказы­ва­нию можно сопоставить одно из логических значений - "истина" или "ложь". На практике для обозначения значения "истина" часто исполь­зуют цифру 1, а значения "ложь" - 0. В нашем случае понятие "вы­ска­зы­ва­ние" заменяется понятием "связь" или "отношение".

В булевой алгебре над высказываниями определен ряд операций. Каж­дая операция представ­ляет новое высказывание, истинность кото­ро­го определяется по особым для каждой операции правилам.

Пусть даны два высказывания AиB. Тогда

1. Конъюнкция- соответствует связке "и", обозначается, или, или.истинно тогда и только тогда, когда истинно иA, иB, и ложно в остальных случаях (аналог умножения)

1∙1=1; 1∙0=0; 0∙1=0; 0∙0=0.

2. Дизъюнкция- соответствует связке "или"; обозначаетсяA+B, илиAB; истинно, если истинно хотя бы одно из высказываний (аналог сложения)

1+0=1; 1+1=1; 0+1=1; 0+0=0.

3. Отрицание- соответствует связке "не", обозначается⌐А; лож­но, еслиAистинно, и истинно, еслиAложно

⌐1=0; ⌐0=1.

4. Импликация(следование) -A→B(A- посылка,B- следствие) - соответствует связке "если - то", "изAследуетB); ложно тогда и только тогда, когдаAистинно, аBложно.

5. ЭквивалентностьA=B- истинно, еслиAиBоба истинны или оба ложны.

Помимо указанных иногда используются и другие операции, мы их рас­сматривать не будем, так они редко используются и сводятся к вы­ше­указанным. Логические операции конъюнкции, дизъюнкции, имп­ли­ка­ции и отрицания не являются независимыми друг от друга. Посредст­вом равносильных выражений они могут быть заменены дву­мя: дизъ­юнк­цией и отрицанием или конъюнкцией и отрицанием.

В булевской алгебре имеется несколько десятков правил, доста­точ­ных для того, чтобы решать почти все задачи. Ниже в качестве примера приведен ряд таких правил

A + B = B + A; AB = BA; (A + B) + C = A + (B + C);

(AB)C = A(BC); A(B + C) = AB + AC; A + BC = (A+B)(A+C);

A + A = A; AA = A; A + (AB) = A; A(A + B) = A; A⌐A = 0;

A + 0 = A; A + 1 = 1; A + ⌐A = 1; A1 = A; A0 = 0; ⌐⌐A = A;

A + B = ⌐ (⌐A⌐B); ⌐ (A + B) =⌐A⌐B; AB =⌐ (⌐A + ⌐B);

⌐(AB) = ⌐A + ⌐B; AB + A⌐B = A; (A + B)(A + ⌐B) = A;

A = Bэквивалентно соотношению⌐AB + A⌐B = 0, либо

A + B = AB, либоAB + ⌐A⌐B = 1и т.д.

Более подробный набор формул можно найти в специальной лите­ратуре.

На практике, используя тождественные формулы булевой алгебры, отыс­ки­вают новые конфигурации структурных схем, эквивалентные исход­ной, но бо­лее удобные для последующего анализа или практи­чес­кой реа­ли­зации.