8.2. Этапы проектирования баз знаний

Многие созданные к настоящему времени экспертные системы ориентированы на решение конкретных задач, имеют специфическую структуру, сконструированы с использованием самых разнообразных инструментальных средств. Однако к настоящему времени уже выделены основные принципы их построения, создаются технологии их построения.

Каждая конкретная экспертная система является человеко-машинной системой. В ее разработке необходимо участите следующих категорий разработчиков: экспертов, инженеров по знаниям, конструкторов.

Эксперт-профессионал обладает знаниями двух типов. К первому типу относятся та называемые вербализуемые знания. Вербализуемые знания могут быть выражены словесно или письменно, с использованием различных графиков, схем, обобщены в виде статей, монографий, научных отчетов. Таким путем вербализуемые знания могут быть доступными для специалистов, не входящих в непосредственный контакт с носителем знаний. Этот тип знаний обычно без особых затруднений собирается и вводится в базу знаний экспертной системы. Второй тип знаний – невербализуемые знания. Они отражают тот профессиональный опыт специалиста, который он накопил в процессе своей профессиональной деятельности и которые желают его эксперты. Зачастую эти знания представляют наибольший интерес для проектируемой экспертной системы. Однако они являются невербализуемыми, т.е. трудновыразимыми, так как существуют у специалиста подсознательно. Получение таких знаний и является в настоящее время одной из центральных задач для специалистов по искусственному интеллекту. Разрабатываются специальные психологические методы и приемы косвенного выявления таких знаний. Зачастую к таким знаниям, представляющих интерес для практических приложений, относятся приемы профессионала, которыми он пользуется при структуризации своей ПО и решении профессиональных задач, его предпочтения при принятии решений и т.п.

Конструкторы – это группа специалистов в области автоматизированных систем обработки данных, поддерживающих инструментальный пакет программ, и другие технологические средства, на базе которых создается экспертная система.

Инженер по знаниям выполняет сбор и формализацию экспертных знаний, выбор конфигурации системы и загрузку в нее полученных знаний. Он также выполняет роль связующего звена между экспертами и конструкторами экспертной системы. Особенности решения прикладных задач выдвигают дополнительные требования к инструментальному пакету, и в функции инженера по задания входит задача по формулировке задания на модификацию и развитие инструментального пакета.

Можно указать следующие основные технологические этапы разработки экспертной системы:

1. Этап взаимодействия инженеров по знания и экспертов. На этом этапе формируется модель ПО. Модель может включать в себя неформализованные компоненты, однако в ней должны быть специфицированы:

все основные понятия ПО;

атрибуты, их описывающие;

отношения, существующие между ними;

множество правил, описывающих специфические знания в анализируемой ПО (например, в форме продукции).

Основным результатом взаимодействия инженера по знания с экспертами является выявление множества неформальных правил, которыми эксперт пользуется в своей профессиональной деятельности. В настоящее время появляются инструментальные средства, облегчающие работу инженера по знаниям на этом этапе. Они позволяют реализовывать различные методики общения с экспертом с целью выявления вербализованных и невербализованных знаний.

2. Этап взаимодействия инженера по знаниям и конструкторов. На этом этапе выполняется настройка инструментального пакета (так называемой оболочки экспертной системы) на задачи ПО, выполняется загрузка собранных знаний в систему. С этой целью. Выполняются следующие действия:

на входном языке системы описываются понятия ПО (их атрибуты, отношения, существующие между ними), а также (если необходимо) операционная семантика отношений в виде процедур;

реализация соответствующих действий;

на входном языке системы формируется множество продукций;

создается требуемая конфигурация инструментальных средств для реализации проектируемой экспертной системы;

создается макет экспертной системы и выполняется его тестирование.

3. Этап взаимодействия инженеров по знаниям, экспертов и конструкторов. На этом этапе создается промышленный образец экспертной системы.

4. Этап сопровождения и модификации экспертной системы. Необходимость сопровождения и модификации экспертной системы при ее функционировании вызвано тем, что с течением времени правила базы знаний эволюционируют по мере накопления опыта их применения, может изменяться со временем их достоверность, может изменяться со временем операционная семантика отношений и т.п.

От стадии макетирования до получения промышленного образца экспертная система проходит через следующие стадии:

1. Демонстрационный прототип (база знаний содержит 50...100 правил). Система решает часть задач, демонстрируя жизнеспособность подхода.

2. Исследовательский прототип (200...500 правил на базе знаний). Система решает все задачи, но неустойчива в работе.

3. Действующий прототип (база знаний содержит 500...1000 правил). Система надежно решает все задачи на реальных примерах, но для сложных задач требуется много времени и памяти.

4. Промышленный образец (в базе знаний имеется 500...1500 и даже до 3000 правил). Система обеспечивает высокое качество решений при минимизации требуемого времени памяти.