2 ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СООТНОШЕНИЯ ДЛЯ

ПОСТРОЕНИЯ ЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМ

2.1 Подходы к созданию экспертных систем

Выделяют четыре подхода к разработке ЭС:

- подход использующий поверхностные знания о объекте;

- структурный подход;

- подход использующий глубинные знания о объекте;

- смешанный подход.

Подход использующий поверхностные знания о объекте применяется для проблемных областей, которые не могут быть точно описаны. При данном подходе знания часто являются эвристическими. Знания представляются набором правил. Правила выполняются при определенных условиях. Если условие выполняется, то правило применяется при поиске решений. При поиске решений происходит сопоставлении имеющихся правил с текущими данными. Неизвестной ситуации не возникает, то есть такой ситуации, которая не сопоставится ни с одним правилом. Данный подход достаточно широко применяется, однако он оказывается неэффективным, когда задача может быть заранее структурирована или при ее решении может быть использована некоторая модель.

Структурный подход является развитием поверхностного подхода, если применение поверхностного не обеспечивает решение задачи. Его особенностью является использование разбиения задачи на подзадачи, которые можно решать на основе поверхностного и глубинного подхода.

Глубинный подход базируется на модели проблемной области, для которой разрабатывается ЭС. Модель может быть определена как декларативно, так и процедурно. Применение такого подхода компенсирует недоставки поверхностного подхода. ЭС основанные на данном подходе при возникновении неизвестной ситуации могут найти решение путем использования общих принципов. В глубинном подходе структура объекта описывается достаточно точно. Выделяются сущности и взаимоотношения между ними. При этом подходе обычно используют мощные инструментальные средства обладающими следующими возможностями: объекты с присоединенными процедурами, иерархическое наследование свойств, передача сообщений объектам (объектно-ориентированное программирование).

Смешанный подход сочетает поверхностный, структурный и глубинный подходы. /11/

2.2 Модели представления знаний в экспертных системах

В основе разработки любой экспертной системы, не зависимо от предметной области, лежит выбор модели базы знаний.

В настоящее время выделены следующие классы моделей представления знаний:

- продукционная модель;

- семантические сети;

- фреймы;

- объектно-ориентированные модели

- формальные логические модели.

Семантические сети представляют собой ориентированный граф. Вершинами этого графа являются понятия, а дуги - отношения между понятиями. В семантических сетях используются три типа отношений: класс, свойство, пример элемента класса. Для реализации семантической сети необходимо систематизировать отношения между элементами. Для некоторых предметных областей систематизировать отношения практически невозможно из-за сложности организации процедуры поиска.

Фреймовая модель представления знаний основана на теории фреймов, представляющую собой психологическую модель памяти человека. При проектировании базы знаний (БЗ) на основе фреймовой модели, необходимо выделить фреймы-образцы и фреймы-экземпляры. Фреймы-образцы хранятся в базе знаний, фреймы-экземпляры создаются для отображения реальных ситуаций на основе поступающих данных. Фреймовые модели БЗ реализуются в языках объектно-ориентированного программирования.

Формальные логические модели основаны на исчислении предикатов. Предикат принимает только два значения ИСТИНА или ЛОЖЬ. Для представления БЗ необходимо выбрать константы, определяющие объекты, а также определить связи и взаимоотношения объектов при помощи функций и предикатов. Таким образом, при построении модели БЗ этого типа необходимо достаточно подробное рассмотрение предметной области, для которой создается экспертная система (ЭС), а это не всегда возможно.

В продукционной модели знаний знания представлены в виде: если «Ситуация», то «Действие». С помощью этих правил можно выразить причинно-следственные, пространственно-временные, а также функционально-поведенческие связи и отношения меду объектами. Правилами описывают не только отношения между объектами, но и сами объекты. Например: «Объект-свойство», «Набор свойств – объект», «Атрибут – значение». Продукционная модель больше подходит для описания последовательности различных ситуаций или действий. Для структурного описания объектов применение данной модели затруднительно. Но в продукционной модели более гибкая работа механизма вывода.

Объектно-ориентированная модель является усовершенствованной фреймовой моделью. В объектно-ориентированной модели предусмотрена инкапсуляция процедур в структуры данных и механизм наследования. В отличие о фреймовой модели, в объектно-ориентированной модели четко различается понятие класс объектов и экземпляр объекта. Данная модель позволяет скрыть данные и получать доступ к ним только через присоединенные процедуры. Также предусмотрено наследование атрибутов и методов. Обращение к объектам БЗ, основанной на объектно-ориентированном формализме, можно осуществлять из других объектов и из внешних программ. /35/