Информационные технологии экспертных систем

Экспертные системы основаны на использовании искусственного интеллекта. Главная идея использования технологии экспертных систем заключается в том, чтобы получить от эксперта его знания и, загрузив их в память компьютера, использовать всякий раз, когда в этом возникает необходимость.

Экспертные системы (ЭС) - это сложные программные комплексы, аккумулирующие знания специалистов в конкретных предметных областях и тиражирующие этот эмпирический опыт для консультаций менее квалифицированных пользователей.

Традиционно знания существуют в двух видах - коллективный опыт и личный опыт. Если большая часть знаний в предметной области представлена в виде коллективного опыта (например, высшая математика), эта предметная область не нуждается в экспертных системах. Если в предметной области большая часть знаний является личным опытом специалистов высокого уровня (экспертов), если эти знания по каким-либо причинам слабо структурированы, такая предметная область, скорее всего, нуждается в экспертной системе.

При создании баз знаний самая трудная задача - извлечение из них эксперта. Для этого существуют методы извлечения знаний. Экспертные системы представляют собой компьютерные программы, трансформирующие опыт экспертов в какой-либо области в форму эвристических правил.

Эвристики не гарантируют получения результата с такой же степенью уверенности, как алгоритмы ППР. Однако они часто дают приемлемые решения для практического использования. Таким образом, экспертные системы используются в качестве советующих систем.

Пользователь - специалист предметной области, для которого предназначена система. Обычно его квалификация недостаточно высока, и поэтому он нуждается в помощи и поддержке своей деятельности со стороны ЭС.

Специалист по знаниям - специалист по искусственному интеллекту, выступающий в роли промежуточного буфера между экспертом и базой знаний. Синонимы: когнитолог, инженер по знаниям, инженер-интерпретатор, аналитик.

Интерфейс пользователя - комплекс программ, реализующих диалог пользователя с ЭС как на стадии ввода информации, так и получения результатов. Специалист использует интерфейс также для ввода команд, содержащих параметры, определяющие процесс обработки информации. Пользователь может использовать четыре метода ввода информации: меню, команды, естественный язык, собственный интерфейс.

Технология экспертных систем предусматривает возможность получать в качестве выходной информации не только решения, но и объяснения.

База знаний (БЗ) - ядро ЭС, совокупность знаний предметной области, записанная на машинный носитель в форме, понятной эксперту и пользователю (обычно на некотором языке, приближенном к естественному). Параллельно такому "человеческому" представлению существует БЗ во внутреннем "машинном" представлении. Для организации базы знаний используют различные модели представления знаний: продукционную, семантическое сети, фреймы, формальные логические модели.

Интерпретатор - часть ЭС, производящая в определенном порядке обработку знаний, находящихся в базе знаний. Как правило, в нем выделяют два блока: решатель и подсистема объяснений. Решатель - программа, моделирующая ход рассуждений эксперта на основании знаний, имеющихся в БЗ (синонимы: дедуктивная машина, блок логического вывода). Подсистема объяснений - программа, позволяющая пользователю получить ответы на вопросы: "Как была получена та или иная рекомендация?" и "Почему система приняла такое решение?" Ответ на вопрос "как" - это трассировка всего процесса получения решения с указанием использованных фрагментов БЗ, т.е. всех шагов цепи умозаключений. Ответ на вопрос "почему" - ссылка на умозаключение, непосредственно предшествовавшее полученному решению, т.е. отход на один шаг назад. Кроме этого, во многих экспертных системах вводят дополнительные блоки: базы данных, блок расчета, блок ввода и корректировки данных.

Модуль создания системы - служит для создания набора (иерархии) правил. Существует два подхода, которые могут быть положены в основу модуля создания системы: использование алгоритмических языков программирования и использование оболочек экспертных систем. Как правило, в модуль создания системы включается интеллектуальный редактор БЗ - программу, предоставляющую инженеру по знаниям возможность создавать БЗ в диалоговом режиме. Включает в себя систему вложенных меню, шаблонов языка представления знаний, подсказок ("help" - режим) и других сервисных средств, облегчающих работу с базой.

Класс "экспертные системы" сегодня объединяет несколько тысяч различных программных комплексов, решающих разные типы задач:

Задачи интерпретации данных. Это одна из традиционных задач для экспертных систем. Под интерпретацией понимается определение смысла данных, результаты которого должны быть согласованными и корректными. Обычно предусматривается многовариантный анализ данных. Примеры: обнаружение и идентификация различных типов океанских судов; определение основных свойств личности по результатам психодиагностического тестирования и др.

Задача диагностики. Под диагностикой понимается обнаружение неисправности в некоторой системе. Неисправность - это отклонение от нормы. Такая трактовка позволяет с единых теоретических позиций рассматривать и неисправность оборудования в технических системах, и заболевания живых организмов, и всевозможные природные аномалии. Важной спецификой является необходимость понимания функциональной структуры ("анатомии") диагностирующей системы. Пример: диагностика и терапия сужения коронарных сосудов; диагностика ошибок в аппаратуре и математическом обеспечении ЭВМ и др.

Задача мониторинга. Основная задача мониторинга - непрерывная интерпретация данных в реальном масштабе времени и сигнализация о выходе тех или иных параметров за допустимые пределы. Главные проблемы - "пропуск" тревожной ситуации и инверсная задача "ложного" срабатывания. Сложность этих проблем в размытости симптомов тревожных ситуаций и необходимость учета временного контекста. Пример: контроль за работой электростанций, помощь диспетчерам атомного реактора.

Задача проектирования. Проектирование состоит в подготовке спецификаций на создание "объектов" с заранее определенными свойствами. Под спецификацией понимается весь набор необходимых документов - чертеж, пояснительная записка и т.д. Основные проблемы здесь - получение четкого структурного описания знаний об объекте и проблема "следа". Для организации эффективного проектирования и, в еще большей степени, перепроектирования необходимо формировать не только сами проектные решения, но и мотивы их принятия. Таким образом, в задачах проектирования тесно связываются два основных процесса, выполняемых в рамках соответствующей ЭС: процесс вывода решения и процесс объяснения.

Задача прогнозирования. Прогнозирующие системы логически выводят вероятные следствия из заданных ситуаций. В прогнозирующей системе обычно используется параметрическая динамическая модель, в которой значения параметров "подгоняются" под заданную ситуацию. Выводимые из этой модели следствия составляют основу для прогнозов с вероятностными оценками. Пример: предсказание погоды.

Задача планирования. Под планированием понимается нахождение планов действий, относящихся к объектам, способным выполнять некоторые функции. В таких ЭС используются модели поведения реальных объектов с тем, чтобы логически вывести последствия планируемой деятельности.

Задачи обучения. Системы обучения диагностируют ошибки при изучении какой-либо дисциплины с помощью ЭВМ и подсказывают правильные решения. Они аккумулируют знания о гипотетическом "ученике" и его характерных ошибках, затем в работе способны диагностировать слабости в знаниях обучаемых и находить соответствующие средства для их ликвидации. Кроме того, они планируют акт общения с учеником в зависимости от успехов ученика с целью передачи знаний.

Информационные технологии ППР и информационные технологии ЭС широко используются для решения задач в слабоформализованных предметных областях, однако между ними существуют существенные различия:

1) решение проблемы в рамках систем ППР открывает уровень понимания возможностей системы пользователем и его возможности получить и осмыслить решение; технология экспертных систем предлагает пользователю принять решение, превосходящее его возможности;

2) экспертные системы способны пояснить свои рассуждения в процессе получения решения (очень часто эти пояснения более важны для пользователя, чем само решение);

3) новый компонент информационных технологий - знания, использующиеся только в экспертных системах;

4) главная ориентация СППР - принятие решений, а ИТЭС - на тиражирование знаний.

Информационные технологии в социальной сфере

Анализируя роль и значение информационных технологий для современного этапа развития общества, можно сделать выводы о том, что эта роль является стратегически важной, а значение этих технологий в ближайшем будущем будет быстро возрастать. Именно этим технологиям принадлежит сегодня определяющая роль в области технологического развития государства.

Информационные технологии подготовки текстов

К массовым технологиям, прежде всего, относятся информационные технологии подготовки, хранения, обработки и копирования текстовой информации. Здесь, в первую очередь, выделяют компьютерные технологии подготовки текстов при помощи персональных ЭВМ. Эти технологии в настоящее время являются наиболее массовыми, так как охватываемые ими процедуры занимают более половины рабочего времени большинства работников информационной сферы.

Технологии электронизации" информационных ресурсов

Еще одно актуальное направление развития информационных технологий представляют собой базовые информационные технологии "электронизации" информационных ресурсов общества, которые должны сыграть исключительно важную роль для его дальнейшего социально-экономического и духовного развития. Только перевод большей части накопленной человечеством информации на воспринимаемые компьютерами и другими устройствами технической информатики носители позволит создать реальные возможности для обеспечения доступа к этой информации всех членов общества.

Сетевые информационные технологии

Сетевые информационные технологии представляют собой еще одно актуальное и перспективное направление развития информационных технологий. Их целью является не только обеспечение обмена информацией между отдельными пользователями информационно-вычислительных систем, но также и создание для них возможности кооперативного использования распределенных информационных ресурсов общества, получения справочной, документальной и другой информации из различного рода специализированных информационных фондов.

В настоящее время развитие и внедрение сетевых информационных технологий идет в России по следующим трем основным направления.

1. На предприятиях, в вузах, а также в органах государственного и регионального управления все более активно создаются локальные информационные сети, включающие в себя, как правило, несколько десятков персональных ЭВМ, имеющих доступ к одному или нескольким файл-серверам.

2. Создание региональных информационно(телекоммуникационных систем глобального масштаба, предназначенных для удовлетворения потребностей страны в информационных и телекоммуникационных услугах. Учитывая масштабы территории России и ее недостаточную оснащенность в настоящее время телефонными каналами связи, системы такого масштаба могут быть созданы лишь на основе использования достижений космической техники, а в своей наземной части - путем использования высокоскоростных оптоволоконных трактов передачи данных.

3. Создание интегрированных региональных информационно-телекоммуникационных систем городского, областного и республиканского масштаба, целью которых является, в основном, обеспечение информационных коммуникаций между абонентами данного конкретного региона, а также оказание им различного рода информационных услуг путем предоставления удаленного доступа к специализированным базам данных экономической, правовой, социальной и научно-технической информации. Такие системы должны строиться на единых системных и методологических принципах и обеспечивать возможность их последующего информационного сопряжения как в масштабах нескольких регионов, так и всей страны. Они должны также учитывать международные стандарты и протоколы информационного обмена с тем, чтобы в необходимых случаях иметь возможность информационного сопряжения с уже существующими и вновь создаваемыми информационно-телекоммуникационными системами зарубежных стран.

Информационные технологии в системах массового обслуживания населения

Большую экономию социального времени может дать применение высокоэффективных информационных технологий в различных системах массового обслуживания населения России. Яркий пример этому - банковские информационные технологии, внедряемые в самое последнее время в низовых организациях сберегательного банка.

Помимо экономии времени многочисленной клиентуры и самих работников банка, внедрение этих технологий имеет еще и важный социальный эффект - снижение социальной напряженности в обществе.

Информационные технологии в сфере организационного управления.

В содержательном плане любая задача организационного управления по существу представляет собой задачу управления теми или иными ресурсами общества: природными, материальными, людскими или же информационными. А это, как известно, в основном, информационная задача. Именно наличие достаточно полной, достоверной и своевременной информации о состоянии тех или иных ресурсов, находящихся в распоряжении данного органа управления, дает возможность этому органу подготавливать и принимать обоснованные решения о целесообразности социального использования этих ресурсов, а также о мероприятиях, направленных на их восстановление и развитие.

Существенными здесь являются две тенденции. Первая из них заключается в существенном повышении роли региональных и муниципальных органов управления, имеющих сегодня гораздо большие права и полномочия, чем ранее. Формирование и использование региональных бюджетов, разработка и реализация региональных программ и проектов, мероприятия в области социальной и экологической политики в регионах - все это требует активности проблемно-ориентированной информационной поддержки и, следовательно, - соответствующих технических и программных средств информатики, современных информационных технологий. Поэтому сегодня можно вполне обоснованно говорить о том, что в обществе уже существует "социальный заказ" на развитие информационных средств и технологий регионального управления. Вторая тенденция заключается в том, что при решении задач организационного управления все большее внимание начинает уделяться аналитической деятельности. В органах государственной власти и местного самоуправления, а также в различного рода коммерческих и финансовых структурах создаются и все более широко используются аналитические службы, задачей которых является многоаспектный анализ информации по той или иной проблеме, выявление тенденций развития экономических и социальных процессов в обществе и подготовка предложений руководящим органам для принятия решений.