2 Управление функционированием экспертных систем
2.1 Схема функционирования управляющей компоненты
В данном разделе будет рассмотрена работа управляющей компоненты, то есть вопросы о том, как осуществляет решение задачи сама ЭС. Необходимость использования в ЭС нетрадиционные методы управления вызвана в первую очередь с неформализованностью решаемых ими задач. Особенности неформализованных задач с точки зрения организации управления приводят к тому, что процесс решения таких задач не удается представить в виде детерминированной последовательности программных модулей. Здесь в некоторый текущий момент к исполнению пригодно несколько модулей, причем не существует надежной информации позволяющей предпочесть один модуль другому. Задача управляющей компоненты состоит в том, чтобы обеспечить функционирование системы в подобных случаях.
Неформализованную задачу можно охарактеризовать двумя величинами:
средним числом модулей, готовых к исполнению в текущий момент;
средней мощностью каждого модуля, готового к исполнению
Степень неформализованности задачи прямо пропорциональна среднему числу модулей, готовых в текущий момент к исполнению, и обратно пропорциональна средней мощности. В традиционном программировании модули (программы) вызываются по имени, поэтому программист в ходе составления и отладки программы должен выявлять множество всех мыслимых ситуаций, которые возникнут в ходе работы общей программы при различных входных данных; и в каждой точке, где завершается работа одного модуля, в явном виде (указав имя модуля и перечень используемых им данным) запрограммировать однозначный переход к очередному модулю. Такая организация управления не позволяет решать неформализованные задачи.
Основное отличие управляющей компоненты ЭС от традиционных механизмов управления состоит в следующем:
отдельные модули вызывают не по имени, а по описанию ситуации;
способ взаимосвязи модулей формируется в процессе решения задачи, так как выбор очередного модуля зависит от текущей ситуации и не может быть сформирован заранее.
2.2 Классическая схема управления эс
Общая схема функционирования управляющей компоненты приведена на рис.2.2.1. Управляющую компоненту ЭС часто называют интерпретатором. Задача интерпретатора состоит в том, чтобы на основании текущего состояния рабочей памяти определить, какой модуль и с какими данными будет работать, то есть выработать на очередном цикле работы управляющее и информационное взаимодействие модулей. По окончании работы текущего модуля интерпретатор (И) проверяет условия окончания задачи, и если они не удовлетворены, то выполняется очередной цикл. Модули хранятся в БЗ ЭС. Модули обычно реализуются в виде программ или правил. Каждый модуль снабжается образцом, то есть описанием, указывающим, при выполнении каких условий этот модуль может приступить к работе.
Рис.2.2.1 Схема функционирования управляющей компоненты ЭС
В общем случае работа интерпретатора в каждом цикле состоит в последовательном выполнении 4 этапов: выборки, сопоставления разрешения конфликтов, выполнения (действий) (рис.2.2.2). Иногда цикл 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.
Рис.2.2.2 Цикл работы интерпретатора
С точки зрения работа интерпретатора зависит только от состояния рабочей памяти и от состава БЗ. На практике обычно учитывается история работы интерпретатора, то есть поведение интерпретатора в предшествующих циклах. Информация о поведении интерпретатора запоминается в так называемой памяти состояний интерпретатора (см. рис.2.2.1). Обычно память состояний содержит в том или ином виде протокол работы системы. В общем случае каждый из этапов использует в своей работе 3 источника знаний:
1) рабочую память;
2) базу знаний;
3) память состояний интерпретатора
Каждый из этапов направляет свою работу с помощью стратегий, то есть с помощью определенного набора эвристических правил. Возможность стратегий по управлению процессом функционирования зависит от того, какие функции интерпретатора встроены в него жестко, а какие могут изменяться. Встраивание определенных функций в интерпретатор повышает эффективность его работы, но ограничивает степень воздействия на процесс функционирования. Как правило, в интерпретатор встраивают общую схему поиска решения (то есть метод), а через стратегии управляют деталями поиска. Например, в MYCIN реализован поиск решения от цели, а стратегии выбора и разрешения конфликтов задаются разработчиком (экспертом).
Рассмотрим теперь назначение и основные функции этапов, представленных на рис.2.2.2.
На этапе выборки осуществляется определение подмножества элементов рабочей памяти и подмножества модулей базы знаний, которые могут быть использованы в текущем цикле. Иногда этап выборки делается один раз на несколько следующих друг за другом циклов. При реализации этапа выборки обычно используется один из двух подходов. Первый подход, называемый иногда синтаксической выборкой, выполняет грубый отбор значений (данных и/или модулей), которые могут быть полезны в текущем цикле. Основанием для выборки знаний в данном случае являются формальные (синтаксические) знания, встроенные в систему разработчиком.
Второй подход, называемый иногда семантической выборкой, осуществляет отбор знаний на основании таких сведений, как модель предметной области, разбиение задачи на подзадачи, текущие цели и т.п. Семантические знания, используемые на этапе выборки, вводятся в систему экспертом, например, в виде метаправил. В результате работы этапа выборки, происходит выделение активного набора данных и активного набора модулей, то есть осуществляется фокусирование внимания системы на определенном ограниченном количестве данных и модулей.
На этапе сопоставления определяются, какие активные модули и на каких активных данных готовы к работе. Модуль готов к работе, если среди активных данных есть данные, удовлетворяющие условиям этого модуля, указанным в его образце. Такие модули называются означенными. Результатом работы этапа сопоставления является набор означенных модулей. Набор означенных модулей часто называют конфликтным набором, подчеркивая этим тот факт, что к работе готовы все модули набора, но интерпретатор не знает еще, какой из них предпочесть. Теоретически сопоставление выполняется в каждом цикле работы интерпретатора над всеми активными знаниями, то есть образцы всех активных модулей сопоставляются со всеми активными данными. На практике в целях повышения эффективности все означивания не вырабатываются заново на каждом очередном цикле.
На этапе разрешения конфликтов интерпретатор выбирает из конфликтного набора то означивание, которое будет выполняться в текущем цикле. На данном этапе интерпретатор оценивает означенные модули с точки зрения их полезности при достижении текущей цели. Подчеркивая этот факт, данный этап иногда называют этапом планирования.
На этапе выполнения осуществляется исполнение модулей, выбранных этапом разрешения конфликтов. В ходе этого этапа осуществляется модификация рабочей памяти, выполняются операции ввода-вывода и изменяется память состояний интерпретатора.