«Особенности назначения и разработки экспертных систем»

Направление экспертный систем также называется инженерия знаний.

В задачу этого направления входят особенности разработки программных устройств, использующих знания и процедуру вывода для решения задач, являющихся трудными для людей – экспертов.

Огромный интерес к экспертным системам возник по трём причинам:

1. Они ориентированы на решение широкого круга задач в неформальных областях на приложениях, которые считались малодоступными для вычислительной техники.

2. С помощью экспертных систем специалисты, не знающие программирования, могут самостоятельно разработать интересующие приложения, что позволяет резко расширить сферу использования вычислительной техники.

3. При решении практических задач достигают решений, не уступающих, а иногда и превосходящих возможности людей – экспертов, не оснащённых экспертными системами.

Наибольшее распространение экспертные системы получили в проектировании интегральных схем, в поиске неисправностей, в военных приложениях и автоматизации программирования.

В настоящее время ведутся разработки экспертных систем для следующих приложений:

• раннее предупреждение национальных и международных конфликтов и поиск компромисса

• охрана правопорядка

• образование

• планирование и распределение ресурсов и т.д.

Финансирование экспертных систем:

• Военное ведомство – 70%

• Промышленность – 15%

• Банки, организации – 10% (кредит. финанс.)

• Остальное…

Несмотря на значительную стоимость разработки, экспертные системы приносят экспертный доход.

DEFT – гигантские дисководы для фирмы IBM. Эта разработка стоила 300 000 $, а ежегодный (чистый) доход = 12 000 000 $.

Структура экспертной системы

Рабочая память – для хранения исходных и промежуточных данных, решаемых в текущий момент задачи. Не путать с БД.

БЗ – предназначена для хранения долгосрочных данных, описывающих рассматриваемую область, и правил.

Решатель (интерпретатор) – используя исходные данные из рабочей памяти и знания из базы знаний, формирует такую последовательность правил, которая будучи применённой к исходным данным приводит к решению задачи.

Приобретение знаний – автоматизирует процесс наполнения экспертной системы знаниями, осуществляемый пользователем – экспертом.

Объяснительный компонент – поясняет, как система получила решение задачи, или почему она не получила решение, и какие знания она при этом использовала, что облегчает эксперту тестирование системы и повышает доверие пользователя к полученному результату.

Диалоговый компонент – ориентирован на организацию «дружелюбного» общения со всеми категориями пользователей, как в ходе решения задачи, так и приобретения знаний, а также объяснение результатов работы.

Экспертная система работает в 2-х режимах:

1. приобретение знаний

2. решение задач (или режим консультации, режим использования экспертных систем)

1) В режиме приобретения знаний общение с экспертной системой осуществляется через посредничество инженера по знаниям и эксперта.

Эксперт описывает проблемную область в виде совокупности данных и правил. Данные определяют объекты, их характеристики и значения, существующие в области экспертизы. Правила определяют способы манипулирования данными, характерные для рассматриваемой проблемной области. Важную роль в режиме приобретения знаний играет объяснительный компонент. Именно благодаря ему, эксперт на этапе тестирования локализует причины неудачной работы экспертной системы, что позволяет эксперту целенаправленно модифицировать старые или вводить новые знания.

Обычно объяснительный компонент сообщает следующее:

• как правила используют информацию пользователя

• почему использовались/не использовались данные или правила

• какие были сделаны выводы и т.п.

Все объяснения даются, как правило, на ограниченном естественном языке или языке графики.

2) В режиме консультации общение с экспертной системой осуществляет конечный пользователь, которого интересует результат и/или способ получения решения. В режиме консультации данные о задаче пользователя обрабатываются диалоговым компонентом, который выполняет следующие действия:

• распределяет роли участников (пользователя и экспертной системы) и организует их взаимодействие в процессе кооперативного решения задач.

• преобразует данные пользователя о задаче, представленные на привычном для пользователя языке, во внутренний язык системы.

• преобразует сообщение системы, представленное на внутреннем языке, в сообщение на языке, привычном для пользователя.

В отличие от традиционных программ, экспертная система в режиме решения задач не только исполняет предписанную последовательность операций, но и предварительно формирует её.

Схема функционирования управляющей компоненты экспертной системы

Необходимость использования в экспертной системе нетрадиционных методов управления вызвана, в первую очередь, неформализованностью решаемых ими задач. Особенности неформализованных задач с точки зрения организации управления приводят к тому, что процесс решения таких задач не удаётся представить в виде детерминированной последовательности программных модулей.

Здесь, в некоторый текущий момент к исполнению пригодны несколько модулей. Причём, не существует надежной информации, позволяющей предпочесть один модуль другому.

Задача управляющей компоненты состоит в том, чтобы обеспечить функционирование системы в подобных условиях.

Неформализованную задачу можно охарактеризовать 2-мя величинами:

1. средним числом модулей, готовых к исполнению в текущий момент

2. средней мощностью каждого модуля, готового к исполнению.

Степень неформализованности задачи прямо пропорциональна среднему числу модулей, готовых в текущий момент к исполнению и обратно пропорциональна средней мощности.

В традиционном программировании модули (программы) вызываются по имени. Поэтому программист в ходе составления и отладки программы должен выявить множество всех мыслимых ситуаций, которые возникнут в ходе работы общей программы при различных входных данных. В каждой точке, где завершается работа одного модуля, в явном виде (указав имя модуля и перечень используемых им данных) запрограммирован однозначный переход к очередному модулю. Такая организация управления не позволяет решать неформализованные задачи.

Основное отличие управляющей компоненты экспертной системы от традиционных механизмов управления состоит в следующем:

1. отдельные модули вызывают не по имени, а по описанию ситуации.

2. способ взаимосвязи модулей формируется в процессе решения задачи, т.к. выбор очередного модуля зависит от текущей ситуации и не может быть сформирован заранее.