Этап. Разработка прототипа до промышленной экспертной системы
Раздел № 5 Экспертные системы.
5.1 Понятие и структура экспертных систем
!!! Экспертные системы ( ЭС ) – это сложные программные комплексы, собирающие знания специалистов в конкретных предметных областях и распространяющие этот опыт для консультаций менее квалифицированных пользователей.
Современные ЭС широко используются для тиражирования опыта и знаний ведущих специалистов в области экономики и др. областей: Знания существуют в 2-х видах.
I. Коллективный опыт;
II. Личный опыт;
Если большая часть знаний в предметной области представлена в виде коллективного опыта (например, высшая математика), то такая область не нуждается в экспертных системах.
Если в предметной области большая часть знаний является личным опытом специалистов высокого уровня и если эти знаний, по каким-либо причинам слабо структурированы, то такая предметная область нуждается в ЭС.
Обобщенную структуру ЭС можно представить следующим образом.
 |
Пользователь – это специалист предметной области, для которого предназначена система.
Инженер по знаниям – это специалист по искусственному интеллекту, выступающий в роли промежуточного буфера, между экспертами и базой знаний.
Интерфейс пользователя – это комплекс программ, реализующих диалог пользователя с экспертной системой, как на стадии ввода, так и получение результата.
|
|
|
База знаний – это ядро ЭС, совокупность знаний предметной области, записанная на машинный носитель в форме понятной эксперту и пользователю.
Решатель – это программа, моделирующая ход рассуждений эксперта на основании знаний, имеющихся в базе знаний.
Подсистема объяснений – это программа, позволяющая пользователю получить ответы на вопросы, («как была получена та или иная рекомендация, почему система приняла такое решение?») Ответ на вопрос «Как?» это прохождение всего процесса получения решения, с указание используемых фрагментов базы знаний. Ответ на вопрос «почему?» это ссылка на умозаключение непосредственно предшествующему полученному решению.
Интеллектуальный редактор базы знаний – это программа представляющая инженеру по знаниям возможность создавать базу знаний в диалоговом режиме. Редактор включает в себя систему вложенных меню, шаблонов языка представления знаний, подсказок и других сервисных средств, облегчающих работу с базой.
5.2 Информационные технологии экспертных систем.
!!! Информационная технология -это процесс, использующий совокупность средств и методов сбора обработки и передачи данных для получения информации нового качества о состоянии объекта.
|
|
|
Наибольший прогресс среди компьютерных информационных систем отмечен в области разработки экспертных систем. Экспертные системы дают возможность различным специалистам получить консультации экспертов по любым вопросам, о которых этими системами накоплены знания.
!!! Под искусственным интеллектом понимают способности компьютерных систем к таким действиям, которые назывались бы интеллектуальными, если бы исходили от человека. Основная 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.
Характеристика технологий экспертных систем.
1.Обеспечивается высокий уровень поддержки принятия решений.
2.Предлагает пользователю принять решение превосходящие его возможности.
3.Поесняет свои рассуждения в процессе получения решения.
4.Использует новый компонент информационной технологии - знание.
Основными компонентами информационной технологии экспертных систем является :
1. Интерфейс пользователя.
|
|
|
2. База знаний.
3. Интерпретатор.
4. Модуль создания системы.
Интерфейс пользователя.
Специалист использует интерфейс для ввода информации и команд в экспертную систему, и для получения выходной информации из неё. Команды включают в себя параметры, направляющие процесс обработки знаний. Информация обычно выдаётся в форме значений, присваиваемых определённым переменным. Специалист может использовать 4-е метода ввода информации:
1. Меню;
2. Команды;
3. Естественный язык;
4. Собственный интерфейс.
В качестве выходной информации можно получать не только решения, но и необходимые объяснения. Различают 2-а вида объяснений:
1. Объяснения, выдаваемые по запросам. Пользователь может потребовать от экспертной системы в любой момент объяснения своих действий.
2. Объяснения полученного решения проблемы. После получения решения пользователь может потребовать объяснений того, как оно было получено. Система должна пояснить каждый шаг своих рассуждений, ведущих к решению задачи.
База знаний.
Содержит факты, описывающие проблемную область, а так же логическую взаимосвязь этих фактов. Центральное место в базе знаний принадлежит правилам. Правило определяет, что следует делать в данной конкретной ситуации и состоит из 2-ух частей:
|
|
|
1. Условие, которое может выполняться или нет.
2. Действие, которое следует произвести, если условие выполняется.
Все используемые в ЭС правила образуют систему правил, которое даже для сравнительно простой ЭС может содержать 1000 правил. Все виды знаний могут быть представлены с помощью одной или нескольких семантических моделей.
Интерпретатор.
Это часть ЭС, производящая в определённом порядке обработку знаний, находящихся в базе знаний.
Технология работы интерпретатора сводится к последовательному рассмотрению совокупности правил. Если условия, содержащиеся в правиле, соблюдаются, то выполняется определённое действие, и пользователю предоставляются вариант решения проблемы.
Модуль создания системы.
Служит для создания набора правил. Существует два подхода, которые могут быть положены в основу создания системы:
1. Использование алгоритмических языков программирования.
2. Использование оболочек ЭС.
Для представления базы знаний специально разработаны языки LISP и PROLOG, хотя можно использовать и другой алгоритмический язык.
Оболочка ЭС представляет собой готовую программируемую среду которая может быть приспособлена к решению определённой проблемы путём создания соответствующей базы знаний.
Использование оболочек позволяет создавать экспертные системы быстрее и легче в сравнении с программированием.
Технология разработки ЭС.
Процесс разработки программной ЭС можно разделить на 6-ть независимых этапов:
1 Этап: выбор подходящей проблемы. Он включает:
1. Определение предметной области и решаемых задач;
2. Нахождение экспертом желающего сотрудничать при решении проблемы;
3. Определение предварительного решения проблемы;
4. Анализ расходов и прибыли от разработки;
5. Подготовка подробного плана разработки;
При выборе области применения следует учитывать, что если знание необходимое для решения задач постоянное, четко сформулированная и связанная с вычислительной обработкой, то обычные алгоритмические программы будут самым целесообразным способом решения проблем в этой области. ЭС не устранит потребность в реляционных БД, статическом программном обеспечении и системах текстовой обработки. Если результат задачи зависит от знаний, которые являются изменяющимися, то область может обоснованно выступать претендентом на ЭС. Обычно ЭС разрабатываются путем получения специфических знаний от эксперта и ввода их в систему. Найти подходящего эксперта – это ключевой шаг в создании ЭС. Предварительный подход к программной реализации задачи определяется исходя из характеристик задачи и ресурсов, выделенных на ее решение.
Инженер по знаниям выдвигает обычно несколько вариантов, связанных с использованием, имеющихся на рынке программных средств. Окончательный выбор возможен лишь на этапе разработки прототипа. После того, как задача определена, необходимо подсчитать расходы и прибыль от разработки ЭС. В расходы включаются затраты на оплату труда количества разработчиков, дополнительные расходы, стоимость приобретаемого программного инструментария. Прибыль возможна за счет снижения цены продукции, повышения производительности труда, расширение услуг и новых видов продуктов. Расходы и прибыль от системы определяется относительно времени, в течение которого возвращаются средства, вложенные в разработку. После того как инженер по знаниям убедился, что все условия создания ЭС на лицо, он составляет план разработки, который определяет шаги процесса создания, необходимые затраты и ожидаемые результаты.
2 Этап. Разработка прототип ной системы.
Понятие прототип ной системы.
ПС является усечённой версией ЭС спроектированной для проверки правильности кодирования фактов, связей и стратегий рассуждения эксперта. Она дает возможность инженеру по знаниям привлечь экспертов к активному участию в разработки ЭС. Объем прототипа несколько десятков правил или примеров. Разработка прототипов проходит 6-ть стадий:
1. Идентификация проблемы, т.е. уточняется задача, планируется ход разработки прототипа и определяется:
a) Необходимые ресурсы (время, люди, ЭВМ);
b) Источники знаний (книги, методики, дополнительные эксперты);
c) Имеющиеся аналогичные ЭС;
d) Цели
e) Классы решаемой задачи;
Идентификация проблемы – это знакомство и обучение количества разработчика, а так же создания неформальных формулировки.
2. Получение знаний, т.е. происходит перенос компетентности экспертов на инженеров по знаниям с использованием различных методов, а именно :
a) Анализ текстов;
b) Диалоги;
c) Экспертные игры;
d) Лекции;
e) Дискуссии;
f) Интервью.
Извлечение знаний – это получение инженером по знаниям наиболее полным представления по предметной области и способов принятия решения в ней.
3. Структурирование или концептуализация знаний, т.е. выявляется структура полученных знаний предметной области и определяется:
a) Терминология;
b) Список основных понятий и их атрибутов;
c) Отношения между понятиями;
d) Структура входной и выходной информации;
e) Стратегия принятия решений;
f) Ограничение стратегии.
Концептуализация знаний – это разработка не формального описания знаний о предметной области в виде графов, таблицы, диаграммы или текста, которые отражают основные концепции и взаимосвязи между понятиями предметной области. Такое описание называется полем знаний.
4. Формализация, т.е. строится представление концепции предметной области на основе вырабатываемого языка представления знаний. На этом используется логические методы (исчисления предикатов 1-го порядка), продукционные модели, семантические сети, фреймы и объектно-ориентированные языки, основанные на иерархии классов, объектов и т.д..
Формализация знаний – это разработка базы знаний на языке, который с одной стороны соответствует структуре знаний, а с другой позволяет реализовать прототип системы на следующей стадии программной реализации.
5. Реализация, т.е. создаётся прототип ЭС, включающая базу знаний и остальные блоки, при помощи одного из следующих способов:
a) Программирование на традиционных языках типа Pascal, С
b) Программирование на специальных языках, применяемых в хадачах искусственного интеллекта (лисп, FRL и Smollctolg);
c) Использование инструментальных средств разработки ЭС типа (СПЭИС и ПИЭС)
d) Использование «пустых» ЭС или оболочек типа эксперт и фиакр;
Реализация – это разработка программного комплекса, декомпонирующего жизнеспособность подхода в целом. Чаще всего первый прототип отбрасывается на этапе реализации действующей ЭС.
6. Тестирование, т.е. оценивается и проверяется работа программ прототипа, с целью приведения в соответствии с реальными запросами пользователей. Прототип проверяется на удобство и адекватность интерфейса ввода вывода (связность выводимого текста и результата) эффективность стратегии управления (порядок перебора, использование нечёткого вывода). Качество проверочных примеров и корректность базы знаний (полнота и непротиворечивость знаний).
Тестирование – это выявление ошибок в подходе и реализации прототипа, выработка рекомендаций по доводке системы до промышленного варианта.
Этап. Разработка прототипа до промышленной экспертной системы
При неудовлетворительном функционировании прототипа эксперт и инженер по знаниям имеют возможность оценить, что именно будет включено в разработку окончательного варианта системы.
|
|
|
|
Чаще реализуется плавный переход от демонстрационного прототипа к промышленной системе, при этом, если программный инструмент выбран удачно, то необязательна перезапись другими программными средствами.
Основным на третьем этапе является добавление большого числа дополнительных эвристик.
!!! Эвристика – это совокупность исследовательских методов, способствующих обнаружению ранее неизвестного.
Эвристики обычно увеличивают глубину системы, обеспечивая большее число правил для трудноуловимых аспектов отдельных случаев.
После установления основной структуры ЭС инженер по знаниям приступает к разработке и адаптации интерфейсов, с помощью которых система будет общаться с пользователем и экспертом. В этом случае необходимо обратить особое внимание на языковые возможности интерфейсов, их простоту и удобство для управления работой ЭС. Система должна обеспечивать пользователю возможность легким и естественным образом спрашивать непонятное, приостанавливать работу и т.д.
На этом этапе разработки большинство экспертов узнают достаточно о вводе правил и могут сами вводить в систему новые правила. Таким образом, начинается процесс, во время которого инженер по знаниям передает право собственности и контроля за системой эксперту для уточнения детальной разработки и обслуживания.
Этап Оценка системы.
После завершения разработки промышленной ЭС необходимо провести ее тестирование в отношении критериев эффективности. ЭС оцениваются главным образом для того, чтобы проверить точность работы программы и ее полезность. Оценку можно проводить по различным критериям, которые можно сгруппировать следующим образом:
1. критерии пользователя ( понятность, удобство интерфейсов );
2. критерии приглашенных экспертов ( оценка советов/решений, предлагаемых системой, сравнение ее с собственными решениями и т.д. );
3. критерии коллектива разработчиков ( эффективность реализации, производительность, время отклика и т.д. ).
Этап Стыковка системы
На этом этапе осуществляется стыковка системы с другими программными средствами в среде, в которой она будет работать и обучать людей. Для этого иногда приходится модифицировать систему.
!!! Под стыковкой подразумевается разработка связей между ЭС и средой, в которой она действует.
Для подтверждения полезности системы необходимо предоставить каждому из пользователей возможность поставить перед ЭС реальные задачи, а затем проследить, как она выполняет эти задачи. Чтобы система была одобрена, необходимо представить ее как помощника, освобождающего пользователя от обременительных задач, а не как средство их замещения.
Стыковка включает обеспечение связи ЭС с существующими базами данных и другими системами на предприятии, а также улучшение системных факторов, зависящих от времени, чтобы можно было обеспечить ее более эффективную работу и улучшить характеристики ее технических средств, если система работает в необычной среде.
Этап Поддержка системы
При перекодировании системы на другой язык повышается ее быстродействие и увеличивается переносимость, но гибкость при этом снижается. Это приемлемо лишь в том случае, если система сохраняет все знания предметной области и это знание не будет изменяться в ближайшем будущем. Если ЭС создана именно из – за того, что предметная область изменяется, то необходимо поддерживать систему в инструментальной среде разработки.
Например, удачным примером ЭС является XCON ( R 1) – ЭС, которую фирма DEC использует для комплектации ЭВМ семейства VAX. Одна из ключевых проблем, с которой фирма DEC столкнулась – необходимость постоянного внесения изменений для новых версий оборудования, новых спецификаций и т. д. Для этой цели XCON ( R 1) поддерживается в программной среде OPS/5.
Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 44; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!