4.3. Поиск решений
Основными компонентами организации логического вывода в экспертных системах являются цепочки вывода и управляющая структура, реализующая стратегию поиска.
Стратегия поиска решений – это:
во-первых, задание метаправил по поиску решений;
во-вторых, использование специфических эвристик;
в-третьих, механизм, позволяющий усовершенствовать метод поиска решений.
Организация логического вывода в экспертной системе, опираясь на управляющую структуру, использует собственный механизм вывода, называемый интерпретатором. Работа интерпретатора осуществляется на основе данных, описывающих ситуацию и знания в виде правил, объединение которых предполагают получение решения.
Правила используются в экспертных системах, основанных на правилах. В ЭС, основанных на сопоставлении с образцом, их роль играют так называемые модули [12].
Рассмотренный выше механизм вывода (см. рис. 4.2) может быть реализован в двух типах архитектур экспертных систем:
ЭС первого типа основаны на управлении правилами и содержат:
рабочую область – текущее состояние памяти;
источник знаний – данные;
агенду – совокупность конфликтующих правил;
правила – все активные правила;
ЭС второго типа основаны на сопоставлении с образцом и содержат:
модули, играющие роль правил [12];
источник знаний – так называемая «классная доска»;
агенду – список конфликтующих правил;
политические правила – программы разрешения конфликтов;
метаправила (общие правила) – правила работы с правилами.
Память системы (см. рис. 4.1) содержит сведения обо всех сеансах интерпретации при поиске решения.
В системах с архитектурой второго типа состояние рабочей области памяти сравнивается с данными и с образцами для сопоставления, представленными на «классной доске» или имеющимися в базе данных.
Политические правила переупорядочивают агенду, результатом чего является изменение состояния «классной доски». Множество политических модулей обеспечивает разнообразие способов подготовки управляющих решений в ЭС, использующих управление, основанное на сопоставлении с образцом.
Кроме обычных правил, определяющих принятие решений, в ЭС второго типа используются общие правила (метаправила), позволяющие в десятки раз повысить эффективность ЭС. Метаправила – это правила работы с правилами. Выбранный механизм обработки и структура метаправил являются наиболее общими и позволяют охватить при обработке больший объем данных, а последовательное применение частных правил в первой архитектуре может привести к росту базы знаний, и из-за путаницы в частных правилах увеличивается база знаний, что приводит к неадекватным решениям.
Если в архитектуре первого типа сформулированные правила могут быть прочитаны экспертом, даже не являющимся программистом, то во второй архитектуре метаправила могут быть прочитаны и использованы только программистом.
4.4. Управляющая структура
Механизм приложения правил-продукций и правил-доказательств называется управляющей структурой. Эта структура определяет способ поиска фактов предметной области и, в зависимости от их наличия или отсутствия, – применение того или иного правила. Механизм работы с правилами реализуется метауправляющей структурой. Поиск фактов в классической управляющей структуре осуществляется путем реализации одной из стратегий поиска: вглубь или вширь (рис. 4.3, а, б и рис. 4.3, в соответственно, где А, В, С, … − факты, участвующие в правилах).
Глубинная стратегия является исчерпывающей, поскольку она раскрывает все возможные значения недавно появившейся в списке слотов пары. Новые правила добавляются к началу списка в соответствии с их приоритетами.
Рис. 4.3. Стратегии поиска решений
Широтная стратегия, также являющаяся исчерпывающей, раскрывает все возможные значения нового факта. Новые правила добавляются к концу списка в соответствии с их приоритетами. Первым применяется правило, которое может производить новые пункты в списке слотов. Если не пусты оба списка – список правил и список активных слотов (агенда), – то приоритет отдается очередному элементу списка правил.
Очевидно, что в процессе рассуждения не исключены конфликтные ситуации. Например, если пункту списка слотов соответствует несколько правил, то какое из них будет выполнено в первую очередь? Для решения подобной проблемы дополнительно к имеющимся могут быть предложены стратегия выборочной оценки и стратегия оценки лучших.
Стратегия выборочной оценки является наиболее эффективной, т.к. выбирается только одно, самое успешное направление рассуждения. Как только одно правило из списка стало истинным, все остальные правила исключаются из него.
В соответствии со стратегией оценки лучших новые правила перемешиваются с уже имеющимися в списке в соответствии с приоритетами. Первым применяется правило, которое может производить новые пункты в списке слотов. Если не пусты оба списка, то приоритет отдается очередному элементу списка слотов.
Перечень стратегий поиска может быть расширен. Как правило, различные инструментальные средства искусственного интеллекта дополняют его собственными стратегиями.