Інформаційна технологія експертних систем

Експертні системи (ЕС) – це яскравий і швидко прогресуючий напрям у сфері ШІ. Причиною підвищеного інтересу, який ЕС викликають до себе впродовж всього свого існування, є можливість їх застосування до рішення задач з самих різних сфер людської діяльності. Мабуть, не знайдеться такої ПрО, в якій не було б створене жодної ЕС або принаймні, такі спроби не робилися б.

ЕС – це набір програм або ПЗ, яке виконує функції експерта при рішенні якої-небудь задачі у рамках його компетенції. ЕС, як і експерт-людина, в процесі своєї роботи оперує із знаннями. Знання про наочну область, необхідні для роботи ЕС, певним чином формалізовані й представлені в пам'яті ЕОМ у вигляді БЗ, яка може змінюватися і доповнюватися в процесі розвитку системи.

ЕС видають поради, проводять аналіз, виконують класифікацію, дають консультації та ставлять діагноз. Вони орієнтовані на рішення задач, що звичайно вимагають проведення експертизи людиною-фахівцем. На відміну від машинних програм, що використовують процедурний аналіз, ЕС вирішують задачі у вузькій наочній області (конкретної області експертизи) на основі дедуктивних міркувань. Такі системи доволі часто виявляються здатними знайти рішення задач, які неструктуровані та погано визначені. Вони справляються з відсутністю структурованості шляхом залучення евристик, тобто правил, узятих “із стелі”, що може бути корисним в тих системах, коли недостатність необхідних знань або часу виключає можливість проведення повного аналізу.

Основна перевага ЕС – можливість накопичувати знання, зберігати їх тривалий час, оновлювати і тим самим забезпечувати відносну незалежність конкретної організації від наявності в ній кваліфікованих фахівців. Накопичення знань дозволяє підвищувати кваліфікацію фахівців, працюючих на підприємстві, використовуючи якнайкращі, перевірені рішення.

Основні характеристики ЕС:

1) ЕК, як правило, обмежена певною ПрО;

2) ЕС має вміти приймати рішення за неповних чи неточних даних;

3) ЕС має вміти пояснювати свої дії вирішенні задачі;

4) система повинна мати властивість розширення та нарощування функцій;

5) ЕС має вміти імітувати діяльність висококваліфікованого спеціаліста (експерта);

6) ЕС при вирішенні задач використовує, як правило, не точні алгоритми, а так звані “евристики”, тобто методи, які спираються на досвід та знання експерта.

Структуру ЕС зображено на рис. 2.30.

 

Рис. 2.30. Структура експертної системи

Розглянемо характеристику основних блоків ЕС.

База знань – це сукупність відомостей відносно ПрО, для якої розробляється ЕС.

База знань містить факти, що описують ПрО, а також логічний взаємозв'язок цих фактів. Центральне місце в БЗ належить правилам.

Правило визначає, що варто робити в даній конкретній ситуації. Правило складається з двох частин:

· умови, яка може виконуватися чи ні;

· дії, яку варто провести, якщо умова виконується.

Всі правила, використовувані в ЕС, утворюють систему правил, яка для порівняно простої системи може містити декілька тисяч правил, тим більше для складних систем.

Всі види знань залежно від специфіки ПрО і кваліфікації проектувальника (інженера по знаннях) з тим або іншим ступенем адекватності можуть бути представлені за допомогою однієї або декількох семантичних моделей. До найпоширеніших моделей відносяться логічні, продукційні, фреймові і семантичні мережі.

Для функціонування системи БЗ має бути наповнена знаннями. Для цього запрошують висококваліфікованих спеціалістів у тій галузі, для якої розробляється система; вони відіграють роль експертів, завдання яких – описати всі відомі знання для функціонування ЕС. У БЗ мають бути наявні знання першого та другого родів. Знання першого роду – це загальновідомі факти, явища, закономірності, визнані в даній ПрО і опубліковані; знання другого роду – це набір емпіричних правил та інтуїтивних висновків, якими користуються спеціалісти, приймаючи рішення в умовах невизначеності за наявності неповної суперечливої інформації. Відомості про ці знання, як правило, не опубліковані.

У БЗ ЕС переважно містить знання першого роду, але мають бути й знання другого роду. Якщо ці знання відсутні, то це означає поганий вибір експертів (вони не вміють формулювати свої знання, чи навпаки: не хотять цього робити, щоб зберегти за собою статус унікальних спеціалістів).

Iнженер з питань знань має такі обов’язки: знання, що їх подали експерти, він структурує і записує в БЗ з урахуванням правил побудови моделі знань, проектованої ЕС.

Усі знання, подані в БЗ, поділяються на інтенсіональні та екстенсіональні.

Iнтенсіональні, або абстрактні, знання являють собою понятійні (концептуальні) знання про об’єкти ПрО і зв’язки між ними.

Екстенсіональні (конкретні) знання – це кількісні характеристики інтенсіональної частини знань, тобто БД ЕС.

Блок рішень, необхідний для пошуку та побудови логічних висновків, які видає користувачеві ЕС. Дії цього блока подібні до міркувань людини-експерта, яка оцінює проблему і пропонує її гіпотетичне вирішення. Цей блок виконує функції управління процесом пошуку рішень, тобто він визначає спосіб і послідовність використання різних правил та процедур. Кожна ЕС має містити певну кількість таких правил та процедур. Кількість правил, що їх містить середня ЕС, перевищує 500, а для великої ЕС може перевищувати й 1000.

Здебільшого блок рішень складається з двох частин: блока логічного виводу та блока управління.

Блок логічного виводу виконує дії, аналогічні до інтелектуальної діяльності спеціаліста, що приймає рішення. Функції цього блока – побудова логічного висновку на базі існуючих знань, які зберігаються в БЗ.

Блок управління керує процесом пошуку рішення, тобто визначає послідовність використання різних правил і процедур маніпулювання знаннями.

Блок пояснень служить для видачі за запитом користувача послідовності логічних висновків та міркувань, якими оперувала система у процесі пошуку рішення. Наявність такого блока в ЕС дозволяє використовувати її не лише для прийняття рішень, а й для процесу навчання як навчальну систему.

Проблема пояснень та обгрунтування правильності міркувань – важлива й складна задача. Адже попри те, що система містить знання експертів та надає поради, відповідальність за прийняте рішення несе особисто користувач. Досі немає правових актів, які б визначали відповідальність експертів за знання, надані системі, а також за рішення, які приймаються в результаті консультування користувачів з ЕС, яка містить знання даного експерта чи групи експертів.

Оцінка ЕС користувачем значною мірою залежить від того, наскільки праця з системою схожа на співробітництво з експертом, і відповідно істотно залежить від якості пояснень, що їх надає система користувачеві на ті запитання, які викликають у нього сумнів.

Усі питання, які можуть виникнути в користувача при роботі з ЕС, можна поділити на такі групи: пов’язані з процесом рішення проблеми (як і чому? з якою метою? з яким результатом? з чого це випливає?); стосовно значень термінів, прийнятих в ЕС при організації діалогу з користувачем; про причини виникнення певного запитання у процесі експертизи; стосовно наслідків, які випливають із даної користувачем відповіді на запитання, поставлене системою (наприклад, що буде, коли?).

Для того щоб ЕС змогла швидко і якісно пояснювати правильність своїх відповідей, а також доцільність поставлених запитань, вона записує в робочій пам’яті хід своїх міркувань та їх послідовність.

Факт можливості дістати пояснення породжує в користувача ілюзію, ніби-то система перевіряє відповідність правил, записаних в БЗ. Між тим ЕС пояснює свої дії виключно лише видаючи інформацію про хід процесу міркувань. Наприклад, в ЕС продукційного типу пояснення записуються в БЗ за допомогою модифікованого правила продукції:

Правило ХХХ ЯКЩО < умова >

                            ТО         < висновок чи дія >

                            ТОМУ ЩО < обгрунтування >

Обгрунтування – це текст, що його дістане користувач після використання даного правила, маючи намір дістати пояснення.

Блок спілкування з користувачем або інтерфейс користувача необхідний для організації діалогової взаємодії між системою і користувачем. Основна вимога до цього блока – це реалізація спіл­кування природною мовою користувача.

Менеджер (фахівець) використовує інтерфейс для введення інформації і команд в ЕС і отримання вихідної інформації з неї. Команди включають параметри, що направляють процес обробки знань. Інформація звичайно видається у формі значень, присвоєних певним змінним.

Менеджер може використовувати чотири методи введення інформації:

· “меню”;

· команди;

· природна мова;

· власний інтерфейс.

Технологія ЕС передбачає можливість одержання як вихідну інформацію не тільки рішення, але і необхідні пояснення.

Розрізняють два види пояснень:

1) видавані за запитами, – користувач у будь-який момент може зажадати від ЕС пояснення своїх дій;

2) отриманого рішення проблеми – користувач (після отримання рішення) може зажадати пояснення того, як воно було отримано. Система повинна пояснити кожний крок своїх міркувань, що приводять до рішення задачі.

Хоча технологія роботи з ЕС не є простою, призначений для користувача інтерфейс цих систем є дружнім і звичайно не викликає труднощів при веденні діалогу.

Блок нагромадження знань. ЕС здебільшого будується для таких ПрО, які характеризуються необхідністю актуалізації та розширення знань. З огляду на це, ЕС містить блок, який дає змогу експерту завантаження БЗ, а також виконання редагування знань, зібраних в базі. Усе більший інтерес викликає питання автоматизованого набуття знань ЕС (актуалізація, коригування та розширення знань ЕС через процес навчання). Проблему навчання можна звести до створення нових понять та правил на базі існуючих, а також підключення їх в БЗ таким чином, аби не було суперечливості знань.

Отже, функція цього блока полягає у формуванні емпіричних залежностей із неповних знань, тобто отримання знань першого роду на основі знань другого роду. Але через складність реалізації цих функцій не всі ЕС мають у своєму складі такий блок.

Створення нових знань повністю автоматизованим способом — це дуже проблематичний підхід, запропонований занадто захопленими прибічниками ШІ. Будь-які знання (особливо нові) потребують дуже ретельної перевірки, яку можуть виконати лише експерти.

Критерій використання ЕС для вирішення завдань. Існує ряд прикладних завдань, які вирішуються з допомогою систем, заснованих на знаннях, успішніше, ніж будь-якими іншими засобами. При визначенні доцільності застосування таких систем потрібно керуватися наступними критеріями:

1) дані та знання надійні й не міняються з часом;

2) простір можливих рішень відносно невеликий;

3) в процесі рішення задачі повинні використовуватися формальні міркування. Існують системи, засновані на знаннях, поки що не придатні для вирішення завдань методами проведення аналогій або абстрагування (людський мозок справляється з цим краще). У свою чергу, традиційні комп'ютерні програми виявляються ефективнішими за системи, засновані на знаннях, в тих випадках, коли рішення задачі пов'язане із застосуванням процедурного аналізу. Системи, засновані на знаннях, більш підходять для вирішення завдань, де потрібні формальні міркування.

4) повинен бути принаймні один експерт, який здатний явно сформулювати свої знання і пояснити свої методи застосування цих знань для вирішення завдань;

У табл. 2.5 приведені порівняльні властивості прикладних завдань, за наявністю яких можна судити про доцільність використання для їх вирішення ЕС.

Таблиця 2.5

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: