Функционирование экспертных систем
Анализ работы экспертной системы более всего удобно провести, предварительно
рассмотрев ее структурную организацию (рис.1).
Рис.1.
ЭС имеет две категории взаимодействия и два отдельных входа, которые отвечают разным
целям работы пользователей с ЭС:
4
1. Пользователь, которому будет нужна консультация ЭС – диалоговый сеанс работы с ней,
в процессе которого она решает некоторую экспертную задачу. В этом случае диалог с ЭС
осуществляется через диалоговый процессор – специальный компонент ЭС, предназначенный для
обеспечения контакта пользователя и ЭС. Существует две основных формы диалога с ЭС – диалог
на ограниченном подмножестве естественного языка и диалог на основе меню. На рисунке
последовательность процессов в структуре ЭС изображена в виде серой ломаной линии (1).
2. Экспертная группа инженерии знаний, которая состоит из экспертов в предметной
области и инженеров знаний. В функции этой группы входит заполнения базы знаний, которое
осуществляется с помощью специального диалогового компонента ЭС – подсистемы
преобразования знаний, которая разрешает частично автоматизировать этот процесс.
Последовательность процессов при контакте с ЭС контактной группы знаний изображенная в виде
серой ломаной линии (2).
База знаний – наиболее важный компонент ЭС, на которой основанные ее
"интеллектуальные способности". В отличии от всех других компонентов ЭС, база знаний –
сменная часть системы, которая может пополняться и модифицироваться инженерами знаний, в
меру накопления знаний и опыта использования ЭС, между консультациями.
Существуют несколько способов представления знаний в ЭС, (знания представлены в
символической форме, элементарными компонентами представления знаний есть тексты, списки и
другие символьные структуры). Процесс размышлений представляется как последовательность
символьных преобразований.
Наиболее распространенный способ представления знаний – в виде конкретных фактов и
правил, по которым из имеющихся фактов могут быть выведены новые. Факты представлены,
например, в виде троек:
(АТРИБУТ, ОБЪЕКТ, ЗНАЧЕНИЯ)
Заданный объект имеет заданный атрибут (свойство) с заданным значением. Например,
тройка (ТЕМПЕРАТУРА, ПАЦИЕНТ, 37.5) представляет факт – "температура больного равняется
37.5 Градусов". Такой способ представления фактов принятый в системе mycin. В более простых
случаях факт выражается не конкретным значением атрибута, а каким-нибудь простым
утверждением, которое может быть истинным или ошибочным. Например: "У больного насморк".
В таких случаях факт можно обозначать каким-нибудь коротким именем или использовать для
предоставления факта сам текст соответствующей фразы. Правила в базе знаний имеют вид:
ЕСЛИ А ТО S, где А – условие, S – действие.
Действие S исполняется, если А истинно. Чаще всего действие S, так же, как и условие,
представляет собой утверждения, которые может быть выведен системой, если истинное условие
правила А.
Правила в базе знаний служат для представления эвристических знаний (эвристик), то есть
неформальных правил размышлений, вырабатываемых экспертом на основе опыта его работы.
Пример ЕСЛИ ... ТО...
ЕСЛИ У БОЛЬНОГО НАСМОРК, ТО В СКОРОМ ВРЕМЕНИ ОН ЗАБОЛЕЕТ ГРИППОМ.
Как условие, А может выступать или факт, или несколько фактов соединенных логической
операцией И: А и A1 и А2 и... An.
В математической логике такое выражение называется конъюнкцией. Оно считается
верным в том случае, если верные все его компоненты. Действия, которые входят в состав правил,
могут содержать новые факты. При применении таких правил эти факты становятся известные
системе, то есть включаются в великое множество фактов, который называется рабочим
множеством. Если система не может вывести некоторый факт, истинность или ошибочность
которого нужно установить, то система спрашивает о нем пользователя.
Подсистема ввода-вывода – программный компонент ЭС, который реализует процесс ее
размышлений на основе базы знаний и рабочего множества. Цель работы ЭС – вывести
некоторый заданный факт, который называется целевым утверждением, или опровергнуть этот
факт. При предоставлении фактов в виде троек целевое утверждение формируется в виде: "Найти
значение атрибута А у объекта О". Целевое утверждение может быть заложено заранее в базу
знаний системы, или вытягивается системой из диалога с пользователем.
5
Работа системы представляет собой последовательность шагов, на каждом из которых из
базы знаний выбирается некоторое правило, которое применяется к текущему содержимому
рабочего множества. Цикл заканчивается, когда выведенное или опровергнутое целевое
утверждение. Цикл работы ЭС иначе называется логическим выводом. Логический вывод может
происходить многими способами, в большинстве случаев это обратная цепочка размышлений или
прямая цепочка размышлений.
В примере диалога с ЭС в случае простой ЭС и базы знаний, диалог пользователя с
системой можно вообразить себе в такой способ:
Система: вы хотите узнать, нужно ли больному лекарство
Пользователь: Да
Система: Верно ли, что у больного насморк?
Пользователь: Да
Система: Верно ли, что у больного температура?
Пользователь: Да
Система (после некоторого соображения): Нужно дать больному лекарство.
Как видно из этого примера, в ходе консультаций инициатива диалога принадлежит
системе, а сама консультация в ЭС выглядит также как и консультация у эксперта человека:
задается ряд вопросов и на основании их анализа выдается экспертный вывод. Однако, в отличии
от беседы с специалистом, диалог с ЭС имеет свои психологические особенности: большинство
пользователей склонны меньше доверять "мысли" экспертной системы, чем мысли живого
эксперта.
Пользователь может обратиться в подсистему объяснения, для получения пояснений. Для
того, чтобы понять как она работает, необходимо рассмотреть вопрос: в какой форме ЭС
сохраняет информацию о процессе своих размышлений. В ЭС принято представлять процесс
логического вывода в виде схемы, которая называется деревом вывода.