Организация поиска решений в простых и сложных ЭС.

 Процедуры поиска рашений зависят от особенностей предметной области и требований, кот. предьявляют пользователи к этим решениям. Особенности предметной области м.б. описаны следующими параметрами:

1 — размер предметной области

2 — изменяемость предметной области во времени ипространстве

3 — полнота модели, описаний предметной области

4 — определенность данных о решаемой задаче

Требования пользователя в системе может описыв. следующ. параметрами:

1 — кол-во требуемых решений (одно применимое, несколько, или все допустимые)

2 — ограничение на результат и способ его получения.

Описанные с помощбю указанных пар в ЭС подраздел-ся на простые (малая статическая предметная область, полнота и определенность данных) и сложные. Для простых и сложных ЭС должны использ-ся различные процедуры поиска решений.

Процедуры поиска решения значительно отличаются друг от друга в простых и сложных ЭС. Для простых ЭС чаще всего используют поиск в пространстве состояний: метод редукции, эвристический поиск.

Метод поиск в пространстве состояний можно описать следующим образом: пусть задана тройка (S0, F, SТ), где

S0— множество начальных состояний системы (запрос)

F— множество операторов, отображающих одни состояния в другие.

ST— множество конечных целевых состояний системы

Обработать задачу (запрос) — определить такую последовательность операторов, кот. позволит преобразовазовать начальное состояние системы в конечное. Процесс решения представляется в виде графа

сигма=(x, y), где

x=(x0, x1...xТ) множество бесконечных вершин графа, каждая из которых связана с определенными состояниями.

y — множество пар (xi, xj), принадлеж. множ. X

Если каждая пара (X_i; X_j) не упорядочена, то ее называют ребром графа, а граф неориентированным.

Если для каждой пары (X_i; X_j) задан порядок, то ее называют дугой, а граф ориентированным.

Наиболее часто метод используется для ориентированного графа.

В этом случае решение задачи представляет собой путь на ориентированном графе, где пары (X_ij-1; X_ij) принадлежат Y, который приводит из начального состояния к целевому. На практике дугам графа приписывают весовые характеристики, которые отображают их приоритетность в процессе обработки запроса. В этом случае выбор пути сводится к минимизации или максимизации суммы весовых характеристик дуг, образующих этот путь. Таким образом граф j задает пространство возможных состояний предметной области. Построение пространства осуществляется с помощью следующей процедуры: берется некоторая вершина из множества начальных состояний и к ней применяются все возможные операторы, порождающие дочерние вершины. Этот процесс иначе называется “раскрытием вершин”. Он продолжается до тех пор, пока не будет найдена вершина, соответствующая одному из целевых состояний.

Поиск может осуществляться либо в глубину, либо в ширину. При поиске в глубину начальная вершина получает значение 0, а глубина каждой следующей вершины равна 1 плюс значение глубины наиболее близкой родительской вершины. При поиске в ширину вершины раскрываются в том же порядке, что и порождаются. Если в пространстве состояний ввести операторы, переводящие текущие состояния в предыдущие, то поиск можно производить не только в прямом, но и в обратном направлении.

Метод II - редукция.

При поиске методом редукции решение задачи сводится к решению образующих ее подзадач. Процесс повторяется для каждой следующей подзадачи до тех пор, пока не будет найдено очевидное решение для всей их совокупности. Процесс разбиения задач на подзадачи представляется в виде ориентированного графа j, который называется “и/или-граф”. Каждая вершина “и/или-графа” представляет собой задачу или подзадачу и может быть конъюнктивной (“и”-вершиной) или дизъюнктивной (“или”-вершиной). Конъюнктивные вершины вместе со своими дочерними вершинами интерпретируются следующим образом: решение задачи сводится к решению всех ее подзадач, соответствующих дочерним вершинам конъюнктивной вершины.

Дизъюнктивные вершины можно интерпретировать следующим образом: решение задачи сводится к решению " из ее подзадач, соответствующих дочерним вершинам дизъюнктивной вершины. Поиск на “и/или-графе” сводится к нахождению решающего графа для " начальной вершины.

С целью сокращения времени поиска решений используются эвристические методы поиска.

В основе эвристических методов заложена информация о специфике предметной области, которая позволяет сократить перебор вершин для достижения цели. Для этой группы методов характерно, что на каждой вершине используется эвристическая информация, которая перед раскрытием вершины позволяет определить степень ее перспективности для реализации определенного запроса. Оценка перспективности определяется на основе выбранной проектировщиком оценочной функции, в которой задаются различного рода семантические ограничения.

Метод “генерация-проверка” позволяет в процессе поиска в пространстве состояний или подзадач генерировать очередное возможное решение и тут же проверить, не является ли оно конечным. Генератор решений должен быть очень полным, т.е. обеспечивать получение всех возможных решений и в то же время неизбыточным, т.е. генерировать одно решение только один раз. Проверка очередных сгенерированных решений производится на основе эвристических знаний, заложенных в генератор. Увеличение количества этих знаний приводит к сокращению пространства поиска решений, но в то же время увеличивает затраты на генерацию каждого решения.

Для сложных ЭС применяются процедуры поиска, которые предназначены для роботы с теми видами сложности, которые присущи системе. Только для ЭС с большим размером пространства поиска целесообразно разбиение его на подпространства другого уровня иерархии. При этом могут выделяться подпространства, описывающие конкретные группы явлений предметной области, а также абстрактные пространства для описания каких-либо сущностей. Для последнего случая характерно использование неполных описаний, для которых в пространстве более низкого уровня дается определенная конкретизация.

К методам поиска, реализованным по требованию пользователя полный состав решений в рамках большого пространства состояний, относят поиск в факторизованном пространстве. Факторизованным пространством называют пространство, которое можно разбить на непересекающиеся подпространства частичными неполными решениями. Здесь используется метод “иерархическая генерация-проверка”. Генератор определяет текущее частичное решение, затем проверяется, может ли привести это решение к успеху. Если текущее решение отвергается, то из рассмотрения без генерации и проверки устраняются все решения данного класса.

И т.д. (очень много методов).

 

Примеры использования ПМ.

MYCIN - система для диагностики и лечения инфекционных заболеваний.

Был разработан скелетный язык, иначе - оболочка ЭС. Декларативные знания системы MYCIN описываются в виде “объект-атрибут-значение” и каждой тройке приписывается коэффициент уверенности, определяющий степень надежности знаний. Процедурные знания описаны в виде классического правила продукции. Механизм логического вывода основан на обратной цепочке рассуждений. Поиск производится в иерархически упорядоченном пространстве состояний.

В системе EMYCIN (оболочка) усилена предметной области отношению к MYCIN функция редактирования БЗ, доведена до высокого уровня система объяснения хода решения задачи, а также аппарат обучения системы. Написан на ФОРТРАНе.

OPS-5. Универсальный язык инженерии знаний, предназначенный для разработки ЭС, используемых в коммерческих приложениях. Разработчик - университет Корнеги-Меллон. Декларативные знания в системе описаны в виде “объект-атрибут-значение”. Процедурные знания описаны в виде классических правил продукции. В механизме логического вывода используется стратегия прямой цепочки рассуждений, реализуется метод применения одного и того же правила в различных контекстах; для формирования конфликта набора и разрешения конфликта используются специальные методы {^RETE_LEX}, которые позволяют добиться высокой эффективности за счет управляющей структуры, где предпочтение отдается правилам со ссылкой на самый последний сгенерированный элемент “объект-атрибут-значение”.

 

Методология построения ЭС.

1. Подход к проектированию ЭС.

2. Содержание этапов проектирования.

3. Практические аспекты разработки и внедрения ЭС.

 

Подход к проектированию ЭС.

Проектирование ЭС имеет существенное отличие от проектирования традиционных информационных систем в силу того, что постановка задач, решаемых экспертной системой может уточняться во время всего цикла проектирования. Вследствие этого возникает потребность модифицировать принципы и способы построения базы знаний и аппарата лгического вывода в ходе проектирования по мере того, как увеличивается объем знаний разработчиков о предметной области.

В силу отмеченных особенностей при проектировании ЭС-м применяется концепция “быстрого прототипа”. Ее суть: разработчики не пытаются сразу построить законченный продукт. На начальном этапе создается прототип, к-рый должен удовлетворять двум условиям:

1) он должен решать типичные задачи предметной области;

2) с другой стороны трудоемкость его разработки должна быть очень незначительной.

Для удовлетворения этих условий при создании прототипа используются инструментальные средства, позволяющие ускорить процесс программирования ЭС (скелетные языки, оболочки ЭС). В случае успеха прототип должен расширяться дополнительными знаниями из предметной области. При неудаче может потребоваться разработка нового прототипа или проектировщики могут прийти к выводу о непригодности методов искуственного интеллекта для данного приложения.

По мере увеличения знаний о предметной области прототип может достичь такого состояния, когда он успешно решает все требуемые задачи в рамках предметной области. В этом случае требуется преобразование прототипа в конечный продукт путем его перепрограммирования на языках “низкого уровня”, что обеспечит увеличение быстродействия и эффективности программного продукта.

Кол-во разработчиков ЭС не должно быть меньше 4 чел., из к-рых 1 явл-ся экспертом ПО, 2 - инженеры по знаниям или проектировщики ЭС, 1 - программист, осуществляющий модификацию и согласование инструментальных средств.

В дальнейшем, в процессе преобразования прототипа в конечный продукт, состав программистов должен быть увеличен.

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: