Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Классификация методов представления знаний
Для того чтобы манипулировать всевозможными знаниями из реального мира с помощью компьютера, необходимо осуществить их моделирование, т. е. представление в памяти ЭВМ. При проектировании модели представления знаний следует учесть два требования: 1) однородность представления; 2) простота понимания. Выполнение этих требований позволяет упростить механизм логического вывода и процессы приобретения знаний и управления ими. Однако, как правило, создателям интеллектуальной системы приходится идти на некоторый компромисс в стремлении обеспечить одинаковое понимание знаний и экспертами, и инженерами знаний, и пользователями. Классификация методов моделирования знаний с точки зрения подхода к их представлению в ЭВМ показана на рис. 23.1. Дадим общую характеристику основных методов представления знаний. Модели на основе эвристического подхода. Представление зна ний тройкой «.объект — атрибут — значение». Это один из первых методов моделирования знаний. Как правило, метод используется для представления фактических знаний в простейших системах, например:
Очевидно, что для моделирования знаний даже об одном объекте из предметной области (например, о «студенте» или «доме») необходимо хранить значительное число «троек». Продукционная модель. Это модель правил, модель продукций (от англ. production — изготовление, выработка). В настоящее время она является наиболее проработанной и распространенной моделью представления знаний, в частности в экспертных системах. Модель предусматривает разработку системы продукционных правил (правил продукций), имеющих вид: где Д и Bj — некоторые высказывания, к которым применены логические операции И и ИЛИ. Если высказывания в левой части правила (ее часто называют антецедент — условие, причина) истинно, то истинно и высказывание в правой части (консеквент — следствие). 308 Полнота базы знаний (базы правил) определяет возможности системы по удовлетворению потребностей пользователей. Логический вывод в продукционных системах основан на построении прямой и обратной цепочек заключений, образуемых в результате последовательного просмотра левых и правых частей соответствующих правил, вплоть до получения окончательного заключения. Пусть в некоторой области памяти (базе знаний) хранятся следующие правила (суждения): • правило 1: ЕСЛИ в стране происходит падение курса национальной валюты, ТО материальное положение населения ухудшается; • правило 2: ЕСЛИ объемы производства в стране падают, ТО курс национальной валюты снижается; • правило 3: ЕСЛИ материальное положение населения ухудшается, ТО уровень смертности в стране возрастает. Если на вход системы поступит новый факт «В стране высокий уровень падения объемов производства», то из правил можно построить цепочку рассуждений и сформулировать два заключения: факт 1 — правило 2 — правило 1 — заключение 1 — правило 3 — заключение 2, где заключение 1 (промежуточный вывод) — «Материальное положение населения ухудшается»; заключение 2 (окончательный вывод) — «В стране возрастает уровень смертности».
Отметим, что в современных экспертных системах в базе знаний могут храниться тысячи правил, а коммерческая стоимость одного не выводимого из имеющихся (нового, дополнительного) правила весьма высока. Главными достоинствами продукционных систем являются простота пополнения и изъятия правил, реализации механизма логического вывода и наглядность объяснений результатов работы системы. Основной недостаток подобных систем — трудность обеспечения непротиворечивости правил при их большом числе, что требует создания специальных правил (так называемых метаправил) разрешения возникающих в ходе логического вывода противоречий. Кроме того, время формирования итогового заключения может быть достаточно большим. Фреймовая модель. Это сравнительно новая модель представления знаний. Само понятие «фрейм» (от англ. frame — рама, рамка, скелет, сгусток, сруб и т.д.) ввел в 1975 г. М. Мински (М. Minsky). Фрейм — это минимальная структура информации, необходимая для представления знаний о стереотипных классах объектов, явлений, ситуаций, процессов и др. С помощью фреймов можно моделировать знания о самых разнообразных объектах интересующей исследователя предметной области — важно лишь, чтобы эти объекты составляли класс концептуальных (повторяющихся, стереотипных) объектов, процессов и т. п. Примерами стереотипных служебных ситуаций могут служить: организация совещания, проведение научной конференции, сдача экзамена, разработка документа управления и др.; примерами стереотипных бытовых ситуаций: отъезд в отпуск, встреча гостей, выбор телевизора, ремонт и др.; примерами стереотипных понятий: орган управления, алгоритм, действие, методика и др. На рис. 23.2 представлен фрейм технологической операции «соединять» [26]. Данный фрейм описывает ситуацию «Субъект X соединяет объект Y с объектом Z способом W». Наполняя слоты конкретным содержанием, можно получить фрейм конкретной ситуации, например: «Радиомонтажник соединяет микросхему с конденсатором способом пайки». Заполнение слотов значениями шанций называют активизацией фрейма. Рис. 23.2. Фрейм ситуации «соединять»: дуги — отношения: —*- «объект», ----- ». «субъект», «посредством чего?»; вершины X, Y, Z, W — слоты (составляющие фрейма); Dx, DY, Dz, Dw — шанций — области возможных значений соответствующих слотов 310 Рис. 23.3. Фрейм понятия «технологическая операция» С помощью фреймов можно моделировать как процедураль-ные, так и декларативные знания. На рис. 23.2 показан пример представления процедуральных знаний. На рис. 23.3 приведен пример фрейма «технологическая операция», иллюстрирующий представление декларативных знаний для решения задачи проектирования технологического процесса. По содержательному смыслу выделяют [26]: • фреймы-понятия; • фреймы-меню; • фреймы с иерархически вложенной структурой. Фрейм-понятие — это фрейм типа И. Например, фрейм «операция» содержит объединенные связкой И имена слотов «что делать», «что это дает», «как делать», «кто делает», «где делать», а фрейм «предмет» — слоты с именами «назначение», «форма», «масса», «цвет» и т.д. Ф р е й м-м е н ю — это фрейм типа ИЛИ. Он служит для организации процедурных знаний с помощью оператора «выбрать». Например, фрейм «что делать» может состоять из объединенных связкой ИЛИ слотов «решить уравнение», «подставить данные», «уточнить задачу», причем каждый из этих слотов может иметь несколько значений. 311 Фрейм с иерархически вложенной структурой предполагает, что в нем в качестве значений слотов можно использовать имена других фреймов, слотов, т. е. использовать иерархическую структуру, в которой комбинируются другие виды фреймов (в итоге получают так называемые фреймы-сценарии). Значения слотов могут содержать ссылки на так называемые присоединенные процедуры. Различают два вида присоединенных процедур: процедуры-демоны и процедуры-слуги. Процедуры-д емоны присоединяются к слоту и активизируются при изменении информации в нем (выполняют вспомогательные операции, например автоматически корректируют информацию во всех других структурах, в которых используется значение данного слота). 1. Процедура «ЕСЛИ — добавлено» (IF — ADDED) — выполняется, когда новая информация помещается в слот. 2. Процедура «ЕСЛИ — удалено» (IF — REMOVED) — выполняется, когда информация удаляется из слота. 3. Процедура «ЕСЛИ — нужно» (IF — NEEDED) — выполняется, когда запрашивается информация из пустого слота. Процедуры-слуги активизируются при выполнении некоторых условий относительно содержимого слотов (часто по запросу). Данные процедуры определяются пользователем при создании фрейма. Например, во фрейме «Учебная аудитория» можно предусмотреть слоты «Длина» и «Ширина», а по их значениям вычислить значение слота «площадь». Фреймы позволяют использовать многие свойства знаний и достаточно широко употребляются. Их достоинства и недостатки схожи с достоинствами и недостатками семантических сетей. Модель семантической сети (модель Куиллиана). Семантическая сеть — это направленный граф с поименованными вершинами и дугами, причем узлы обозначают конкретные объекты, а дуги — отношения между ними [26]. Как следует из определения, данная модель представления знаний является более общей по отношению к фреймовой модели (иными словами, фреймовая модель — частный случай семантической сети). Семантическую сеть можно построить для любой предметной области и самых разнообразных объектов и отношений. В семантических сетях используют три типа вершин: 1) вершины-понятия (обычно это существительные); 2) вершины-события (обычно это глаголы); 3) вершины-свойства (прилагательные, наречия, определения). Дуги сети (семантические отношения) делят на четыре класса:
1) лингвистические (падежные, глагольные, атрибутивные); 2) логические (И, ИЛИ, НЕ); 3) теоретико-множественные (множество — подмножество, отношения целого и части, родовидовые отношения); 312 Рис. 23.4. Семантическая сеть для предложения 4) квантифицированные (определяемые кванторами общности V и существования 3). (Кванторы — это логические операторы, переводящие одну высказывательную форму в другую и позволяющие указывать объем тех значений предметных переменных, для которых данная вы-сказывательная форма истинна [62].) Приведем два примера. На рис. 23.4 представлена семантическая сеть для предложения (ситуации) «Студент Табуреткин добросовестно изучает учебники и конспект перед сдачей экзамена по бухгалтерскому учету». На рис. 23.5 показан фрагмент семантической сети для понятия «автомобиль». Из приведенных примеров понятно, почему многие специалисты по ИИ считают фрейм частным случаем семантической сети со строго структурированными знаниями.
Основным достоинством методов моделирования знаний с помощью семантических сетей и фреймов является универсальность, удобство представления как декларативных, так и проце- дуральных знаний. Существуют и два недостатка: громоздкость, сложность построения и изменения; потребность в разнообразных процедурах обработки, связанная с разнообразием типов дуг и вершин. Модели на основе теоретического подхода. В рамках реализации теоретического подхода применяют логические модели, прежде всего использующие представления знаний в системе логики предикатов. Преимущества такого подхода очевидны: единственность теоретического обоснования и возможность реализации системы путем введения формально точных определений и правил получения выводов. Однако в полной мере претворить в жизнь данный подход даже для «простых» задач оказалось весьма сложно. Поэтому появились попытки перейти от формальной логики к так называемой человеческой логике (модальной, многозначной логике и др.), модели которой в большей или меньшей степени учитывают «человеческий фактор», т. е. являются в определенном смысле компромиссными в плане использования и теоретического, и эвристического подходов. Очень коротко остановимся на ставшей классической предикатной модели представления знаний. Первые попытки использовать такую модель относятся к 1950-м гг. Дадим несколько определений. Пусть имеется некоторое множество объектов, называемое предметной областью. Выражение Р(хь х2, ..., хп), где х,-— так называемые предметные переменные (/ = 1, .., я), а Р принимает значения нуль или единица, называется логической функцией или предикатом. Предикат Р(хи х2, ..., х„) задает отношение между элементами хь х2, ..., хп и обозначает высказывание, что «хи х2, ..., х„ находятся между собой в отношении Р». Например, если А — множество целых чисел, а Р(а) — высказывание «а — положительное число», то Р{а) = 1 при а > 0 и Р(а) = 0 при а < 0. Из подобного рода элементарных высказываний с помощью логических связок образуют более сложные высказывания, которые могут принимать те же значения: «истина» и «ложь». В качестве связок используются конъюнкция, дизъюнкция, импликация, отрицание, эквивалентность. Предикат от п переменных называют я-местным. Одноместные (унарные) предикаты отражают свойства определенного объекта или класса объектов. Многоместные предикаты позволяют записывать отношения, которые существуют между группой элементов. Если а — тоже предикат, то Р(а) — предикат 2-го порядка и далее до и-го порядка. Приведем примеры различных предикатов. 1. Унарный предикат (высказывание) «Река впадает в Каспийское море» имеет значение единица, если «Река» ~ «Волга», и значение нуль, если «Река» = «Днепр». 314 2. Двухместный предикат щ не меньше х2» может иметь значе Если значение предиката тождественно равно единице при любых значениях предметных переменных, он называется тавтологией. В аппарат исчисления предикатов входят также символы функций (обычно обозначаемые латинскими буквами/, g, h и т.д.), задаваемых на множестве предметных переменных, и кванторы общности V и существования 3. 3. Представление с помощью предиката знаний, заключенных РАВНЫ [СУММА (КВАДРАТ(х), КВАДРАТ(у)), КВАДРАТ Щ. Предикат Р равен единице, если х, у, z — соответственно длины катетов и гипотенузы прямоугольного треугольника. Как уже отмечалось, предикаты удобны для описания декларативных знаний (фактов, событий и т.п.). Их главными достоинствами являются возможность реализации строгого вывода знаний (исчисления предикатов) и сравнительная компактность модели. К сожалению, предикаты мало пригодны для записи проце-дуральных знаний. Кроме того, опыт показал, что человеческое знание по своей структуре много сложнее структуры языков предикатного типа, поэтому требуются специальные навыки «подгонки» структуры реального знания под структуру модели (как правило, значительно обедняющей исходные знания). ГЛАВА 24. МЕТОД ЭКСПЕРТНЫХ ОЦЕНОК 24.1. Общая характеристика метода экспертных оценок Материал данной главы занимает в учебнике особое место. Метод экспертных оценок как таковой не относится к методам ИИ, которым посвящен раздел ГУ. Более того, реализация метода возможна в безмашинном (неавтоматизированном) варианте, а учебник ориентирован на автоматизированные технологии. Вместе с тем результаты экспертной оценки часто служат важным, а подчас и единственным источником информации для принятия управленческих решений. Кроме того, значительная часть работ, составляющих метод (особенно сбор экспертной информации и ее обработка), легко автоматизируется. Наконец, интерпретированные результаты экспертиз используются для генерации и ведения баз знаний в системах, основанных на знаниях (прежде всего, экспертных системах). Таким образом, можно считать сложившейся информационную технологию автоматизированного обеспечения лиц, принимающих решения, экспертной информацией, необходимой для управления организацией. В настоящее время практически во всех сферах профессиональной деятельности, в частности управленческой, широкое применение нашел метод экспертных оценок, применяемый в случае, когда невозможно провести оценку характеристик объекта управления (организации, экономической системы и т. п.) какими-либо иными методами. Как было отмечено в гл. 2 (см. рис. 2.1), результаты экспертизы являются одним из возможных источников получения информации, используемых в управленческой деятельности. Под методом экспертных оценок понимают комплекс логических и математических процедур, направленных на получение от специалистов информации, ее анализ и обобщение с целью подготовки и выбора рациональных решений. Сущность этого метода заключается в проведении высококвалифицированными специалистами интуитивно-логического анализа проблемы с качественной или количественной оценкой суждений и формальной обработкой результатов. Комплексное использование интуиции, логического мышления и соответствующего математического аппарата позволяет получить эффективное решение поставленной проблемы. 316 Метод экспертных оценок отличается от традиционной экспертизы научной организацией всех этапов экспертизы и применением математического аппарата как при организации экспертизы, так и при обработке и анализе полученной информации. К совету знающих специалистов (экспертов) прибегают в тех случаях, когда задача является нетрадиционной, не допускает проведения натурного либо машинного эксперимента, но у лица, принимающего решения, имеется достаточный ресурс времени для обоснования соответствующих вариантов действий. Полученная и обработанная экспертная информация используется в дальнейшем в рамках выбранной процедуры выработки решений. Метод экспертных оценок как научный инструмент анализа неформализуемых проблем в России и за рубежом широко применяется при решении самых различных проблем, связанных с планированием развития экономики страны и отрасли, созданием современных информационных технологий, технологий управления и т.д. Целесообразно выделить два класса проблем, решаемых экспертным путем. К первому классу относятся проблемы, для решения которых имеется достаточная информационная база. Поэтому основная трудность в их решении состоит в эффективном использовании этой базы, т. е. в правильном подборе экспертов, рациональной организации процедуры их опроса и применении оптимальных математических методов обработки результатов. При этом методы опроса и обработки основываются на том, что эксперт обобщает значительный объем переработанной им информации, а групповое мнение, рассчитанное как некое обобщенное мнение, учитывающее мнения отдельных экспертов, близко к «истине». Эти допущения позволяют применять для обработки экспертных оценок специальные математические методы. Ко второму классу относятся проблемы, для решения которых информационная база недостаточна. При анализе таких проблем весьма трудно найти соответствующих экспертов, получить от них информацию в том или ином виде и, особенно, обработать ее с учетом зачастую сильно расходящихся мнений экспертов. Как следует из рис. 2.1, различают индивидуальную и групповую экспертизы. Простейшим способом получения экспертной информации является учет мнения одного специалиста — индивидуальная экспертиза, которая, как правило, используется для решения уникальных проблем, относящихся ко второму классу, и реализуется следующими основными методами: • интервью — опрос эксперта по заранее сформулированным вопросам; • аналитических докладных записок — самостоятельная работа эксперта над анализом информации по рассматриваемой проблеме; 317 • сценария — установление логической последовательности раз Очевидным недостатком индивидуальной экспертизы является присущий ей методический субъективизм и исключительная зависимость результатов от компетентности единственного эксперта. При решении проблем первого класса целесообразно привлекать по возможности не одного, а нескольких специалистов, т. е. организовывать групповую экспертизу. К ее преимуществам следует отнести возможность разностороннего анализа проблемы и частое включение (попадание) в групповое решение «истинной» оценки. Можно считать, что увеличение числа экспертов в определенной степени призвано придать экспертизе более объективный характер, хотя и в этом случае приходится учитывать следующие недостатки: • сложность процедуры получения информации; • возможность давления авторитетов в группе; • сложность формирования обобщенного (группового) мнения; • возможность проявления эффекта коллективной ответственности, позволяющей экспертам принимать рискованные решения, и др. В процессе подготовки и проведения групповой экспертизы можно выделить следующие этапы: 1) формулировка цели и постановка задачи исследования; 2) разработка метода получения экспертной информации и способов ее обработки; 3) формирование экспертной группы; 4) проведение экспертизы; 5) сбор, обработка и анализ полученной информации; 6) интерпретация полученных результатов и формирование вариантов рекомендаций. На рис. 24.1 данные этапы представлены для случая, когда мнения экспертов получают в ходе проведения анкетирования. При решении важных практических задач организация экспертизы начинается с подготовки и издания руководящего документа, в котором формулируется цель работы, указываются сроки ее выполнения, задачи и состав группы управления, ее права и обязанности, устанавливается материальное и финансовое обеспечение работ. Для подготовки такого документа и руководства всей работой назначается руководитель экспертизы. Группа управления организует проведение экспертизы, причем результаты ее работы оформляются в виде отчета, который после обсуждения и одобрения представляется на утверждение в соответствующие инстанции. На начальном этапе при постановке задачи исследования обосновывается целесообразность получения экспертной информа- 318 Рис. 24.1. Основные этапы экспертной оценки ции и намечаются пути использования ожидаемых результатов. Вопросы выбора методов получения и обработки экспертной информации решаются в соответствии со спецификой поставленной задачи и учетом выделенных ресурсов и времени. При составлении экспертных групп пользуются соображениями здравого смысла, учитывая цели экспертизы, ограниченность ресурсов и требования, обусловленные выбранными методами получения и обработки информации от экспертов. Вначале намечаются эксперты, которые по своим профессиональным качествам могут быть привлечены к работе. При их поиске обычно используют общепринятые показатели, отражающие профессиональный уровень специалиста (должность, ученая степень и звание, количество опубликованных научных работ и др.), а также его прежнее участие в экспертизах. Характеристика часто дополняется взаимной оценкой экспертов. При этом в число «потенциальных» экспертов включают специалистов, рекомендованных несколькими ранее выявленными экспертами, прежде участвовавшими в экспертизе. Важно, чтобы кандидат в экспертную группу имел широкий кругозор и эрудицию. Компетентность эксперта — это степень его квалификации в определенной области знаний, которая определя- 319 ется на основе анализа профессиональной деятельности, широты кругозора по перспективам развития рассматриваемой проблемы. В зависимости от профессиональной подготовки эксперта (должности, ученого звания, степени) ему приписывают определенный балл. В табл. 24.1 приведены баллы оценок профессиональных качеств эксперта, работающего в научно-исследовательской организации крупной фирмы. Такая информация позволяет провести предварительный отбор и ранжирование кандидатов по их компетентности. Далее решается вопрос о численном составе экспертной группы. Количество привлекаемых к работе экспертов зависит от их квалификации и не должно превышать предела, диктуемого ограничениями финансового, временного и организационного характера. Кроме того, состав группы должен быть таким, чтобы были обеспечены по возможности равное представительство специалистов различных направлений, существующих в исследуемой области, и охват всех организаций, имеющих профессиональное отношение к рассматриваемой задаче. Затем формируют группы путем выделения тех экспертов, которые являются наиболее компетентными с точки зрения конк- Таблица 24.1 Балльные оценки профессиональных качеств экспертов
320 ретной решаемой задачи. Для предварительной оценки компетентности экспертов рассчитывают коэффициент их компетентности, представляющий собой сумму баллов, приписываемых эксперту в зависимости от его документальных показателей и данных самооценки (касающихся производственного опыта, знания экономической литературы по решаемому вопросу и др.). Эти баллы берутся из специальных таблиц. При другом подходе коэффициенты компетентности вычисляются на основе матрицы, составленной по результатам взаимной оценки экспертов. В экспертную группу включают тех экспертов, для которых коэффициент компетентности составил не ниже некоторого порогового значения. Это значение устанавливается таким образом, чтобы набрать группу из числа тех потенциальных экспертов, которые действительно смогут участвовать в ее работе. При проведении экспертиз целесообразно использовать такую обобщенную характеристику эксперта, как достоверность его суждений. Количественно достоверность суждений эксперта оценивают дробью Nu/N, где Nu — число случаев, когда эксперт дал решение, приемлемость которого подтвердилась практикой; N — общее число случаев участия эксперта в решении задачи. К сожалению, даже самый квалифицированный эксперт может проявить некомпетентность при проведении конкретной экспертизы как в силу причин неопределенного характера, так и из-за отсутствия стимулов в работе данной группы. Поэтому возникает проблема оценки компетентности экспертов на основе анализа информации, полученной от него и других членов экспертной группы в данной экспертизе. В качестве примера приведем вариант организации экспертизы вариантов масштабных решений (уровня Федеральных целевых программ, Программ развития отрасли и т.п.). При Правительстве РФ на постоянной основе работает Экспертный совет. При необходимости проведения экспертизы в состав экспертной группы включаются специалисты из Экспертного совета и, как правило, по одному человеку из нескольких организаций, непосредственно не заинтересованных в результате экспертизы. Возглавляет экспертную группу в большинстве случаев независимый эксперт, а организует работу специалист из Экспертного совета. Аналогично проводятся экспертизы кандидатских и докторских диссертаций, материалов для присвоения ряда ученых и почетных званий и т.п. Экспертная информация собирается и обрабатывается согласно разработанным (выбранным) для этих целей методам. Для сбора информации составляются соответствующие документы (например, специальные анкеты), а при ее обработке и анализе в случае необходимости может использоваться персональная ЭВМ. Содержательный анализ и интерпретация обработанных резуль- 321 татов осуществляются с учетом специфики решаемой проблемы в соответствии с задачами, которые ставились перед экспертизой. Выделяют следующие типичные ошибки, приводящие к некачественной экспертизе и негативному пониманию результатов экспертных оценок в экономике: • преувеличение возможностей экспертных оценок; • нечеткая постановка задачи перед экспертами; • излишнее стремление оставаться в рамках одной экспертной процедуры и увлечение количественными оценками, а также некорректные обработка и интерпретация результатов экспертизы; • недостаточная информированность экспертов о конкретном объекте экспертизы и использование некомпетентных экспертов; • противоречивость, несогласованность и неточность экспертных оценок при коллективной экспертизе; • конформизм и конъюнктурность экспертов. Преодоление негативных тенденций при проведении экспертного оценивания позволит существенным образом улучшить качественный и количественный анализ результатов экспертизы экономических событий, явлений и процессов. |
Последнее изменение этой страницы: 2019-05-08; Просмотров: 316; Нарушение авторского права страницы