Dubrovin

ПОЛЬЗОВАТЕЛЬ

ЗАПРОС или ОТВЕТ

СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДИАЛОГА

СРЕДСТВА СЕМАНТИЧЕСКОЙ

ИНТЕРПРЕТАЦИИ

БАЗА

ЗНАНИЙ

АНАЛИЗ и СИНТЕЗ ИНФОРМАЦИИ (УНИВЕРСАЛЬНЫЙ РЕШАТЕЛЬ)

Рис.1.8.1. Обобщенная функциональная структура ИИС.

Средства ЛА обеспечивают формализацию запроса – перевод его с естественного языка (ЕЯ) на формальный внутрисистемный (ВС) язык описания знаний и их обработки. В состав ЛА входят процедуры морфологического, синтаксического и семантического анализа ЕЯ-запросов и графической информации, а также процедуры автоматической лингвистической обработки «новых» слов, терминов и графических образов.

45

Средства СИ обеспечивают преобразование (перевод) семантико-синтаксической структуры ЕЯ-запроса на формальный внутрисистемный язык. Процесс перевода (интерпретации) происходит с учетом особенностей формальной модели представления знаний, реализованной в системе. Суть интерпретации состоит в отображении распознанной семантики ЕЯ- запроса в терминах ВС языка.

Анализ и синтез информации и знаний, а также выполнение вычислительной обработки данных необходимы для решения интеллектуальных задач, определяемых целевым назначением ИИС, а также для выполнения процедур организации и ведения (поддержания в актуальном состоянии) БЗ системы. Другой важной функцией Универсального решателя является объяснение решения задачи, содержащейся в запросе пользователя.

Средства ЛС обеспечивают формирование ЕЯ-ответа системы на запрос пользователя в соответствие с тем, как это указано в запросе. На основе результатов распознания семантики запроса и сведений из БЗ о стиле, языке и форме ответа, предпочитаемых пользователем, ЛС синтезирует понятия и формы слов, обозначающих эти понятия, и формирует ЕЯ-ответ.

Применяемый в базе знаний ИИС, являющейся информационной моделью ПО, способ представления знаний должен отвечать следующим принципиальным требованиям:

-независимость от программ обработки знаний;

-независимости логики представления знаний от способа размещения их на физических (машинных) носителях;

-независимость от объективных изменении ситуаций в ПО;

-возможность оперативной перенастройки в соответствии с изменениями в предметной

и(или) в проблемной области.

Вбазе знаний ИИС выделяются два уровня знаний – абстрактный или концептуальный

ипредметный.

Концептуальный уровень включает:

-знания о сущностях предметной области, рассматриваемых в качестве абстрактных понятий (концептов), и о парадигматических, синтагматических и семантических отношениях между ними (концептуальная схема ПО; описания свойств понятий- концептов, которые являются признаками только абстрактного понятия и общи для всех реальных сущностей объединяемых данным концептом ПО; описания всех типов отношений между понятиями-концептами ПО);

-прагматические знания – это сведения, необходимые для оптимальной организации процесса общения с системой; они включают исчерпывающее представление схемы организации БЗ и основных ее компонент;

-лингвистические знания (декларативные знания о лексике и грамматике естественных языков , знания о грамматических, синтаксических и семантических признаках слов и словосочетаний этих языков и их профессиональных версий);

-знания о пользователях системы (функции пользователей и их приоритеты в системе, сценарии диалогов, применяемые при обработке запросов, информация об особенностях форм общения, предпочитаемых пользователями).

Предметный уровень включает данные о свойствах реальных сущностей ПО, которые обеспечивают адекватное наполнение связей между ними, отображаемых на концептуальном уровне. Информация этого уровня содержит только описания реальных объектов с их характеристиками и может быть организована по принципу базы данных АИС.

Для описания данных, образующих знания концептуального и предметного уровней, наиболее универсальным (2,7,13,19,23) представляется сочетание предикатно-актантной

46

структуры описаний отношений между понятиями и объектами с описаниями их свойств (признаков) на языке элементарных триад.

Диалоговые средства ИИС, выполняя свою прямую функцию, способны создать хорошие предпосылки к существенному улучшению организации (синхронизации) управления работой системы, за счет более полного восприятия информации, содержащейся в запросе к системе, и информации о пользователе, содержащейся в ее базе знаний.

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПРОВЕРКИ УСВОЕНИЯ ТЕМЫ

1.Дайте содержательную характеристику понятия «интеллектуальная задача».

2.Чем обусловлена принципиальная возможность автоматизации решения интеллектуальных задач с помощью современного компьютера?

47

предметной области, а другие - позволяют получить о ней новые знания. На основе этих отношений могут быть сделаны выводы (по эффективности близкие к выводам и рассуждениям эксперта), приводящие к решению поставленной задачи.

Основными компонентами ЭС принято считать базу знаний и логическую машину – универсальный решатель задач.

База знаний (БЗ) является информационной моделью предметной области (ПО). Декларативная компонента БЗ содержит информацию об известных свойствах сущностей ПО и об отношениях между ними, а процедурная компонента (БЗ) - правила, применяемых для преобразования и обработки декларативной информации в ходе решения определенного класса (или классов) интеллектуальных задач. База знаний размещается в долговременной памяти ЭВМ, на которой она реализуется.

Универсальный решатель – это реализованный на ЭВМ аппаратно-программный комплекс, предназначенный для формирования определенной последовательного применения правил процедурной части базовых знаний к выборке из декларативной ее части с целью получения вывода, приводящего к решению конкретной задачи.

Помимо этих двух основных частей любая ЭС содержит:

-оперативную (рабочую) память;

-модуль интеллектуального редактирования БЗ;

-модуль объяснения решений;

-пользовательский интерфейс.

Оперативная (рабочая) память (ОП) предназначена для размещения информации, необходимой и достаточной для решения текущей задачи, сведений о лице, в чьих интересах она решается, и других атрибутивных данных.

Модуль интеллектуального редактирования (МИР) предназначен для реализации функций группы разработчиков ЭС по созданию БЗ и обновлению ее содержания (приобретение новых знаний, изменение формулировок правил и процедур их обработки и реализация других действий, связанных с редактированием содержания и формы представления декларативной и процедурной частей БЗ).

Модуль объяснения решений (МОР) предназначен для того, чтобы пользователю системы был понятен результат решения задачи, с которой он обратился к системе, или результат промежуточной обработки декларативной и процедурной информации БЗ при образовании новых единиц знаний или при интерпретации имеющихся знаний в интересах решения текущей задачи. Наличие такого модуля делает более эффективным процесс отладки системы и способствует повышению доверия пользователя к результатам ее работы.

Пользовательский интерфейс (ПИ) - это комплекс аппаратно-программных средств, предназначенный для реализации естественной и наиболее предпочтительной для пользователя формы общения с системой. Чтобы стала более понятной такая трактовка назначения этого модуля, необходимо раскрыть многообразие понятия «пользователь ЭС».

Термин «пользователь» по своему изначальному значению должен относиться к человеку или коллективу людей, в интересах обеспечения основной деятельности которых создана ЭС. Одни из них являются создателями системы, а другие - потребителями результатов ее работы. Их общение с системой в идеале должно происходить в форме «дружественного» диалога на естественном для пользователя языке. При этом пользователь должен иметь возможность получить ответ на свой вопрос к системе в любой, наиболее удобной для него форме (текст, речевое сообщение, моно или стерео звук, трехмерное или плоское, цветное или черно-белое изображение, динамическая картинка и т.д.). Дружественность диалога определяется главным образом тем, насколько эффективно (удобно, быстро, полно и точно) достигается цель общения. Это означает, что система должна точно «понимать» смысл вопроса, а пользователь - точно понимать смысл ответа и быть удовлетворен его содержанием и формой.

50

Современный уровень развития ИИС в аспекте обеспечения естественного общения пользователя с системой еще далек от идеального. В современных реализациях ЭС общение пользователя с системой происходит в лучшем случае на слабо формализованном языке или профессиональном слэнге с использованием диалога, построенного на системах «меню» или сценариев, сводимых к бесконфликтному завершению. Причиной этого является чрезвычайная сложность задачи создания компьютерных систем, безупречно (в семантическом и лингвистическом отношениях) «понимающих» естественный язык. Такое понимание предполагает точный перевод (интерпретацию) вопроса пользователя на внутренний язык (описания и обработки информации) системы и перевод результата работы системного компьютера (обработка вопроса и подготовке ответа) на язык пользователя. Отсюда понятно,

что пользовательский интерфейс в идеальном представлении – это сложнейший комплекс программ, реализующий алгоритмы точного автоматического синтаксического,

морфологического и семантического анализа и синтеза фраз и предложений естественного языка. Этот комплекс должен базироваться не только на весьма обширном лингвистическом обеспечении (двуязычные словари общего и специального назначения, фразеологические и толковые словари и тезаурусы), но и на информации, определяющей стиль и форму общения, предпочитаемые пользователем. Такая информация, наряду со знаниями о предметной области, должна размещаться в БЗ системы, в составе декларативной ее части.

Пользователи системы, в интересах профессиональной деятельности которых она создается, получили название «конечных пользователей». Для них система – исполнитель, который должен ответить на заданный вопрос и объяснить, если потребуется, почему дан именно такой ответ. В остальном, система для них – «черный ящик».

Другой категорией пользователей ЭС являются высоко квалифицированные, энциклопедически образованные люди с системным мышлением. Они должны обладать опытом системного и проблемного программирования, владеть информацией о современных концепциях информационной науки, а также быть людьми коммуникабельными, владеть основами психологии. Трудом этих людей система наполняется всей актуальной информацией, необходимой для эффективного решения определенного класса задач, поддерживается в работоспособном состоянии и при необходимости - совершенствуется. Таких пользователей принято называть системными аналитиками, «инженерами знаний» или когнитологами. В ЭС, предназначенных для решения нескольких классов интеллектуальных задач, обычно создается группа из таких специалистов, руководимая главным системным администратором. В ЭС, база знаний которой охватывает не слишком широкую предметную область, может быть только один такой специалист - когнитолог. Группа системного анализа (или когнитолог, если он один) несет ответственность за формирование БЗ системы (модели предметной области и процедурной компоненты), адекватной классу задач, для решения которых создана ЭС. Такая модель создается на основе информации (декларативной и процедурной), получаемой от экспертов или из других источников знаний.

Эксперт - основной источник информации, составляющей содержание концептуальной части декларативных знаний и процедурных знаний предметной области, интерпретируемой в БЗ экспертной системы. Он является, как правило, высоко квалифицированным специалистом в теории и практике решения определенного класса задач. Эксперт должен обладать глубинными знаниями в предметной области, модель которой обязаны создать когнитологи системы. Создание такой модели предполагает два этапа. Первый этап - получение всех существующих к настоящему времени знаний о сущностях конкретной предметной области, об отношениях между ними и способах решения задач определенного класса (см. раздел 1.6). Второй этап – создание формальной модели предметной области и формализация правил (процедур), которые, будучи применимы к знаниям, представленным в формальной модели ПО, позволят решать любые другие задачи данного класса.

51

Работа когнитолога по созданию формальной модели ПО ведется в нескольких аспектах. В лингвистическом аспекте наиболее важными видами деятельности когнитолога являются определение совокупности общенаучных и специфичных для данной ПО терминов. Такая совокупность является основой для формирования системы понятий будущей формальной модели ПО. Иногда понятийную основу формальной модели ПО называют «общим кодом». На основе системы понятий, выработанной в процессе общения с экспертом, может оказаться весьма полезным составление общесистемного словаря пользователя, особенно в том случае, когда общение пользователей с системой планируется вести на слабо формализованном языке. Словарь пользователя в таком случае будет способствовать разработке эффективного пользовательского интерфейса системы.

Вгносеологическом аспекте (для получения новых знаний) работа когнитолога связана в основном с обработкой (систематизацией, интерпретацией, структурированием и формализацией) эмпирических данных, полученных от эксперта. Новые знания, особенно эмпирической природы, характерны в большинстве случаев субъективностью, неполнотой, несогласованностью и противоречивостью. Задача когнитолога при работе с такой информацией состоит в том, чтобы вместе с экспертом устранить выявленные (путем логического анализа или другими методами) противоречия и различные несогласованности в такого рода данных. Если сведения по одной проблеме, полученные от разных экспертов, сильно отличаются, то это является основанием к тому, чтобы считать их субъективность высокой и добиваться уточнения с помощью различных методов обработки экспертных оценок (тема 5). Для эффективной работы с экспертной информацией когнитолг должен владеть современными методами анализа: математической логикой, методами ассоциативного анализа, дедуктивным и индуктивным методами.

Впроцессе своего становления ЭС иногда создавались, как средства обеспечения деятельности руководителей крупных фирм, концернов, отраслей промышленности и даже государственных деятелей. Таким людям по их статусу приходится принимать решения, реализация которых связана с затратами больших материальных, денежных и часто - человеческих ресурсов. Такие решения носят, как правило, стратегический характер и рассчитаны на долговременную перспективу. Принятие ресурсоемких решений требует учитывать всевозможные риски и всемерно минимизировать их. Пользователи ЭС, относящиеся к категории руководителей, получили название лиц, принимающих решения (ЛПР). Руководитель обычно использует ЭС в качестве советчика или инструмента оценки «качества» решения или его альтернативных вариантов. Он оперирует понятиями (а значит, нуждается в знаниях) более общих категорий. И если БЗ системы выстроена с соблюдением определенной иерархии понятий (концептов), то в составе ее процедурной компоненты должна быть предусмотрена возможность реализации правил логического вывода и других методов с целью синтеза новых знаний на основе понятий, входящих в эту иерархию.

Из сказанного выше следует, что в системе есть три принципиальных разновидности пользователей: лица, принимающие решения (ЛПР), конечные пользователи (КП) и системные пользователи (СП). Для первых двух разновидностей внутренняя технология системы – вещь в себе, а для третьей – инструмент. Общение ЛПР и КП с системой осуществляется только через пользовательский интерфейс, доступ к технологии обработке знаний им не нужен и, в связи этим, - закрыт. Приоритет ЛПР в системе всегда наивысший, а приоритет КП – самый низкий. Общение СП с системой, в соответствии с их системной функцией, ведется в основном через модуль интеллектуального редактирования (МИР), который и является для них одновременно и пользовательским интерфейсом и комплексом программ, обеспечивающих поиск подлежащей редактированию информации, необходимому с точки зрения СП. Однако, при отладке программ системы когнитологу иногда приходится работать и как КП, - через пользовательский интерфейс (ПИ). Все СП имеют более высокий приоритет, чем КП. Принципиальная общность МИР и ПИ определяется не только их главной функцией –

52

обеспечить общение человека с системой. Она состоит еще и в том, что эти блоки используют одни и те же программы лингвистического анализа, лингвистического синтеза, семантической интерпретации. Но между ПИ и МИР есть два существенных различия. Одно из них в том, что МИР помимо функции языкового интерфейса выполняет функцию поиска информации (знаний и правил), подлежащей редактированию, и функцию всевозможных ее преобразований. Другим существенным различием между этими двумя интерфейсами является то, что они работают с разными входными языками. Как уже говорилось ранее, ЛПР и КП общаются с системой на естественном для них языке, а СП, как правило, - на формализованном языке, каким является внутрисистемный язык описания знаний и правил их обработки. В лучшем случае входным языком при работе СП с МИР может быть слабо формализованный естественный язык или прфессиональный слэнг.

2.2.ОБОБЩЕННАЯ СТРКТУРА ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ

ИПРИНЦИП ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ

Обобщенная структура (принципиальная схема) экспертной системы и функциональные связи между ее основными блоками представлена на рис. 2.2.1.

Чтобы уяснить сущность приведенной структуры типовой ЭС, попытаемся раскрыть общий принцип взаимосвязанного функционирования показанных на схеме частей системы и перечислить основные процессы и процедуры преобразования информации, в них происходящие.

Для понимания алгоритма функционирования ЭС важно уяснить одно обстоятельство. Знания о сущностях ПО, составляющие декларативную компоненту БЗ системы, и правила манипулирования этими знаниями, составляющие процедурную компоненту БЗ, описаны и изложены на внутрисистемных языках. Эти языки – формальные. Их лексика – специфична. Принятые в этих языках определения и терминология ориентированы на устойчивые для конкретной ПО категории понятий. Специфична и грамматика этих языков. Она может сильно отличаться от грамматики естественных языков и их профессиональных версий. В то же время, в любой ЭС, как мы уже отметили, есть две группы пользователей. Одна группа, КП, обращается к системе на естественном языке (ЕЯ) с запросом на решение конкретной задачи и желает получать ответ тоже на естественном языке. Другая группа, СП, обращается к системе с предписанием, которое представляет собой директиву на редактирование имеющихся в БЗ фактов или правил или добавление новых. Такое предписание может быть выражено на специальном формализованном языке (ФЯ) или на внутрисистемном (ВС) языке описания знаний и правил их обработки.

Теперь можно приступить к описанию алгоритма работы ЭС. Любой запрос к системе поступает через модуль обработки запросов (МОЗ), который производит идентификацию запроса и направляет его в соответствующий интерфейс (ПИ или МИР). При этом определяется категория пользователя, язык, на котором составлен запрос, тип задачи, которую предстоит решить, и условия ее решения, а также информация о том, в каком виде должен быть сформирован ответ на запрос пользователя (язык, форма представления и пр.). Оба интерфейса (МИР и ПИ) имеют в своем составе программные средства лингвистического

53

анализа запросов и программные средства их семантической интерпретации (отображения их смыслового содержания) на внутрисистемном языке описания знаний и правил их обработки. Средства лингвистического анализа осуществляют построение (на внутрисистемном языке) семантико-синтаксической структуры запроса пользователя к системе. В состав этих средств имеются программы процедур автоматического морфологического и синтаксического анализа и процедур лингвистической обработки вновь образуемых слов, понятий и фразеологических единиц.

Средства семантической интерпретации «распознают» смысл содержания запроса, изложенного на языке того пользователя, который составил этот запрос, и передает «распознанную» семантико-синтаксическую структуру запроса программе лингвистического синтеза для перевода на формализованный внутрисистемный язык логического анализа и синтеза информации. Естественно, точность такого перевода определяется точностью интерпретации смысла запроса. На ВС-языке создается внутрисистемная версия запроса, а также представляется вся исходная информация и описываются правила ее обработки с целью решения сформулированной в запросе задачи.

54