Классическая схема управления экспертной системой

Общая схема функционирования управляющей компоненты приведена на следующем рисунке.

Управляющую компоненту экспертной системы часто называют интерпретатором.

ИНТЕРПРЕТАТОР

Память состояния

Данные

………

Рабочая память

(БД)

Образцы

……..

Модули

………..

(База знаний)

В общем случае работа интерпретатора в каждом цикле состоит в последовательном выполнении 4-х этапов:

• этап выборки

• этап сопоставления

• этап разрешения конфликтов

• этап выполнения действий

Иногда циклы работы интерпретатора делят на 2 этапа: распознавание и действие.

В этом случае, в этап распознавания включают выборку, сопоставление и разрешение конфликтов. При этом говорят, что задача распознавания состоит в разрешении конфликта.

Рабочая память

Выборка

Сопоставление

Разрешение конфл.

Выполнение

БЗ

Акт. набор данных и модулей

Конфликтный набор

Выбранный означенный модуль

С точки зрения теории, работа интерпретатора зависит от состояния РП и от состава БЗ. На практике обычно учитывается история работы интерпретатора, т.е. поведение его в предшествующих циклах.

Информация о поведении интерпретатора запоминается в памяти состояний. Обычно память состояния содержит протокол работы системы.

В общем случае, каждый из этапов использует 3 источника знаний.

«Развитие традиционной системы управления»

Первый из подходов базируется на использовании множества независимых агентов. Пример – контрактные сети. Этот подход был предложен в 1983 году Девитом и Смиттом.

Вершинами контрактной сети являются исполнители (агенты), каждый обладает управляющей информацией о том, какие задачи он способен решить, каковы способы оценки затрат на решение задачи и каковы способы выбора компонента при решении задач.

Вершины сети могут заключать контракт с другими вершинами на правах подрядчика и субподрядчика. Причём, каждая вершина может одновременно выступать в нескольких ролях в соответствии с заключённым контрактом.

Общение между вершинами осуществляется посредством посылки сообщений, состав и номенклатура которых заранее оговорена.

Решая задачу, исполнитель соответствующей вершины сети выявляет в задаче части, решить которые он не способен. Исполнитель формирует сообщение ко всем вершинам сети, каждая из которых содержит описание задачи с предложением принять участие в её решении. Другие исполнители определяют, могут ли они принять участие в решении задачи и если могут, то посылают соответствующие сообщения с предложением услуг и оценкой затрат.

Исходная вершина выступает в роли подрядчика, выбирает среди откликнувшихся вершин лучшего исполнителя и заключает с ним контракт на решение задачи. С помощью такого процесса происходит распределение решения задач.

Исходное состояние системы да решения задачи представляется графом, состоящим из изолированных вершин.

Все связи между исполнителями устанавливаются только в процессе функционирования системы.

Использованию данного подхода препятствует отсутствие в настоящий момент эффективных путей решения проблемы глобального управления и функционирования таких систем.

Данный метод моделирует работу группы экспертов при решении общей задачи.

Следующий подход предложили в 1989 году Мизогучи и Какушо.

Изобразим его схематически.

Данный подход обобщает традиционную схему построения в направлении создания так называемой иерархической системы.

Иерархическую систему можно определить так:

1. Вертикальная размерность на рисунке соответствует иерархии знаний о предметной области, выраженной на различных уровнях абстракции.

2. Горизонтальная размерность соответствует иерархии метаправил, рассматриваемых как стратегии, используемые для разрешения конфликта.

3. Взаимодействие компонент ограничено взаимодействием соседних компонентов, взаимосвязь осуществляется через рабочую память.

Введение вертикальной размерности позволяет естественно представлять различные уровни описания ПО.

Введение горизонтальной размерности позволяет расширить традиционные экспертные системы в направлении иерархической организации правил.

2.4. Стратегии как механизм управления Основным механизмом, обеспечивающим разнообразное управление в рамках общей схемы работы интерпретатора, являются стратегии:

1. Стратегия как средство разрешения конфликтов

2. Стратегия как способ представления метазнания

3. Стратегия как средство повышения эффективности

4. Стратегия как средство повышения эффективности метода встроенного в интерпретатор

Первая точка зрения (стратегия) важна в тех случаях, когда размер конфликтного множества достаточно велик. При этом во избежание слепого исчерпывающего поиска необходимо использовать знания направляющие процесс выбора текущего модуля. Во многих системах знания, на основании которых осуществляется указанный выбор, не являются явными и не выражены в достаточно общей форме. В первом приближении стратегией можно назвать знание о том, какой модуль следует выбрать при наличии нескольких модулей пригодных к работе.

Вторая стратегия – в более общих терминах стратегии можно рассматривать как метазнания о том, как и когда использовать различные источники знаний объектного уровня. Метазнания могут выражать знания о разбиении задачи на подзадачи, знания о кооперации источников знания, знания о наличии различных стратегий поиска. Необходимо подчеркнуть важность явного задания подобных знаний, то есть задание знаний в такой форме, которую система может анализировать. Явное задание знаний обеспечивает гибкое поведение системы. (Например, работа системы с учетом степени «шума» в данных).

Классификация стратегий, используемых в ЭС, производится по следующим параметрам:

1. общность

2. явность

3. содержание

Параметр общность делится на:

а) стратегии, не зависящие от способа представления знаний

б) стратегии, не зависящие от проблемной области

в) стратегии учитывающие специфику проблемной области

г) стратегии учитывающие специфику целей

Примером общих стратегий, не зависящих от способа представления, являются способы поиска от цели или от данных.

Не касаясь специфики проблемной области, содержание стратегии можно охарактеризовать тремя независимыми параметрами:

1. масштабом

2. составом знаний, используемых стратегией

3. «полезностью» стратегии

По масштабу все стратегии делятся на локальные (которые используются в работе интерпретатора на каждом шаге) и глобальные. Знания делятся на два класса:

1. о текущем цикле работы интерпретатора

2. знания об истории работы интерпретатора Параметр полезность разделяется на индивидуальную полезность и сравнительную полезность.

3 Языки представления знаний

3.1 ЯПЗ процедурного и декларативного типов

Большинство проблем, решаемых с помощью современных компьютеров, различаются по внешней форме проявления, но восходят по существу к одной и той же первопричине. Дело в том, что семантика представления проблем, возникающих в реальном мире, отличается от семантики представлений, воспринимаемых компьютером, и преобразование между этими представлениями способен выполнять только человек. Для улучшения состояния в этой области преобразование должен делать сам компьютер. При этом возникают проблемы в технологии обработки информации. И, прежде всего, это проблема обработки непроцедурных языков. Все без исключения языки, ориентированные на традиционные компьютеры, являются языками явно выраженного процедурного типа и строго соответствуют обрабатывающим механизмам компьютера. Сегодня возникла необходимость в декларативных языках (непроцедурного типа), удобных для непосредственного представления объектов реального мира.

Рассмотрим, какие вообще требуется выполнять преобразования языков для выяснения того, может ли в действительности машина выполнить преобразования языка представления реальных проблем в язык машинно-ориентированного представления (рис.3.1).

Язык, получаемый в результате преобразования, является в этом случае машинно-ориентированным языком, и поэтому с ним проблем не возникает, но необходимо обеспечить возможность обработки компьютером еще одного языка, а именно языка, используемого человеком для описания задач. Для этого вводится новый машинно-ориентированный язык (блок В на рис.3.1), отличающийся по семантике от традиционных машинно-ориентированных языков.

Рис.3.1 Схема преобразования языков

При этом от машины требуется, чтобы она понимала внешнее представление проблемы (внешний язык), используемое человеком. Промежуточные языки представляют собой языки искусственного интеллекта. Поскольку внешнее представление о проблеме воспринимается только в диапазоне возможностей промежуточного языка, то в конечном итоге описательная мощность этого языка будет ограничивать и внешний язык, используемый человеком. Следовательно, человек ограничен в возможностях описания, в то же время компьютер должен обеспечит возможность полноценной обработки в той мере, в которой это необходимо для решения проблемы.

Возможность описания и возможность обработки предполагают взаимно противоположные требования, и сегодня налицо такая ситуация, когда для обеспечения необходимых возможностей обработки описательные возможности будут принесены в жертву.

Новые языки должны полностью отличаться от традиционных языков программирования и представлять собой языки непроцедурного типа. Причин тому несколько. Например, будет весьма удобно непосредственно вводить в компьютер с помощью такого языка рисунки, чертежи или любые другие формы описания проблемы (все графические способы описания представляют собой, как правило, непроцедурные способы) и т.д.

Вернемся к рисунку 3.1. Язык, обозначенный блоком В, представляет собой язык описания знаний. В этом смысле он называется языком представления знаний. Внешний язык, представляющий собой язык, который человек (находясь вне компьютера) описывает знания и проблему для компьютера, называется внешним языком, а процедурный язык, получаемый при преобразовании промежуточного языка (ЯПЗ) для последующей обработки на компьютере - внутренним языком. Самой существенной причиной признания необходимости ЯПЗ, является его декларативный характер.

Если же при обмене информацией между человеком и компьютером вносятся какие-либо языковые элементы, помогающие избежать ошибочных решений, то возможно применение процедурных языков.

Итак, процедурный язык соответствует специфическим механизмам, которые проводят решение задачи так, как она описана обрабатывающими процедурами, то есть соответствует миру компьютера. Помимо той посылки, что соответствие между объектами и явлениями реального мира и их процедурным описанием не имеет связи с семантикой самого языка (обычно по фрагменту программы невозможно установить, какому именно концепту реального мира он соответствует), принимается, что описание соответствия реального мира и мира компьютера безоговорочно устанавливается человеком. Другими словами, процедурный язык вовсе не предназначен для непосредственного описания реального мира. Семантика языка декларативного типа определяется через установление соответствия концептов описываемого мира или же их взаимосвязей при языковом описании (как последовательности символов) на языковом уровне. Описываемый мир является моделью реального мира, частично абстрагированного от человека, подобно объектам реального мира или математическим описаниям, однако структура описания на декларативном языке почти изоморфно соответствует структуре этих понятий.Требования к ЯПЗ:

1. Если некоторая фраза Ф естественного языка по мнению людей экспертов, является носителем этого языка, является осмысленной, то должна существовать фраза в ЯПЗ, соответствующая Ф.

2. Если Ф в ЯПЗ соответствует несколько фраз, то с помощью некоторой процедуры эти фразы должны в ЯПЗ переводиться друг в друга.

3. Если некоторая Ф естественного языка не является осмысленной, то в ЯПЗ не должно существовать фраз соответствующих Ф.

4. Если две фразы языка Ф₁ и Ф₂ эквивалентны по смыслу, то в ЯПЗ им должна соответствовать либо одна и та же фраза, либо различные фразы, но такие, что они формально преобразовываются в ЯПЗ друг в друга.