Тема 2 Экспертные системы Преподаватель –Юлия Александровна Грачёва

MICIN - экспертная система, созданная для решения задач медицинской диагностики. На основе представленных симптомов заболевания и лабораторных исследований ставится диагноз, вырабатываются рекомендации курса медикаментозного лечения. База данных знаний состоит более чем из 500 правил. PUFF - экспертная система диагностики функций дыхания. Данная система создана с использованием программной оболочки ЭС MICIN, а база знаний содержит сведения из области пульмонологии. DENDRAL - экспертная система для распознавания химических структур по данным инфракрасной, магнитно и ядерно- резонансной и масс-спектрометрии. PROSPECTOR - экспертная система, созданная для идентификации коммерчески оправданных месторождений полезных ископаемых.

Современные технологии создания ЭС все больше связаны с тенденцией аккумуляции опыта и знаний экспертов. Базы таких знаний создаются на основе : поиска знаний в различных источниках (включая Интернет) обработки методами инженерии знаний (когнитологии) постоянной актуализации (обновления) Экспертные системы – системы, в которых с помощью математической логики, формально-логического анализа и др. моделировать образ мышления специалиста-эксперта и подсознательно применяемые им правила решения задачи диагностики

не могут быть сформулированы в числовой форме; характеризуются неоднозначностью, противоречивость ю и неточностью исходных данных; не имеют алгоритмического решения; характеризуются нечетким (неопределенным, неформальным) определением целевой функции; имеют алгоритмическое решение, реализация которого затруднена высокой размерностью исходных данных и неприемлемыми затратами времени и иных ресурсов.

В современном понимании экспертная система – это человеко-машинный автоматизированный аппаратно– программный комплекс, использующий и моделирующий знания, квалификацию и опыт эксперта в решении интеллектуальных задач, относящихся к определенной предметной области или к группе предметных областей определенного научного, научно-производственного, общественно-политического или социально-культурного направления.

ЭС – это программное средство, использующее знания экспертов, для высокоэффективного решения задач в интересующей пользователя проблемной области.

Эксперт – это человек, способный ясно выражать свои мысли и пользующийся репутацией специалиста, умеющего находить правильные решения проблем в конкретной предметной области. Инженер по знаниям – человек, как правило, имеющий познания в информатике и искусственном интеллекте и знающий, как надо строить ЭС. Средство построения ЭС – используется инженером по знаниям или программистом для построения ЭС.

Разработчик инструментария – программист, к который обязательно должен быть знаком с основными структурами представления знаний и механизмами вывода, состоянием отечественного и мирового рынка программных продуктов для разработки ЭС и диалоговых интерфейсов. Пользователь – человек, который использует уже построенную ЭС. Это могут быть: разработчик инструментария, отлаживающий средство пост- роения ЭС; инженер по знаниям, уточняющий существующие в ЭС знания; эксперт, добавляющий в систему новые знания; клерк, заносящий в систему текущую информацию.

Знания – совокупность сведений о сущностях (объектах, предметах) реального мира, их свойствах и отношениях между ними в определенной предметной области. В ЭС они принимают форму фактов и правил. Основа любой ЭС – совокупность знаний, структурированная в целях упрощения процесса принятия решения. Знания в ЭС не всегда либо истинны, либо ложны. Иногда существует некоторая степень неуверенности в достоверности факта или точности правила. Коэффициент доверия – это число, означающее вероятность или степень уверенности, с которой можно считать данный факт или правило достоверным или справедливым.

Знания в ЭС организованы так, чтобы знания о предметной области отделить от других типов знаний системы. Выделенные знания о проблемной области называют базой знаний. Знания о нахождении решений задач называют механизмом вывода. Обмен информацией между пользователем и ЭС выполняют программные инструменты интеллектуального интерфейса, которые воспринимают сообщения пользователя и преобразуют их в форму представления БЗ и, наоборот, переводят внутреннее представления результата обработки в формат пользователя и выдает сообщение на требуемый носитель.

Статические ЭС используются в тех приложениях, где можно не учитывать изменения окружающего мира за время решения задачи.

Существуют такие предметные области, которые характерны высокой динамикой изменения свойства объектов.Более высокий класс приложений, где требуется учитывать динамику изменения окружающего мира за время исполнения приложения, принято называть динамическими ЭС.

По сравнению со статической экспертной системой в динамическую вводятся еще два компонента: подсистема моделирования внешнего мира; подсистема сопряжения с внешним миром. Динамические ЭС осуществляют связи с внешним миром через систему контроллеров и датчиков. Компоненты БЗ и механизма вывода существенно изменяются, чтобы отразить временную логику происходящих в реальном мире событий.

Постоянство Легкость передачи Устойчивость и воспроизводимость результатов Стоимость

В работе ЭС можно выделить два основных режима: режим приобретения знаний и режим решения задачи. В режиме приобретения знаний общение с ЭС осуществляет эксперт (при помощи инженера по знаниям). В режиме консультаций общение с ЭС осуществляет конечный пользователь, которого интересует результат и (или) способ его получения.

Особенности ЭС, отличающие их от обычных программ, заключаются в том, что они должны обладать: Компетентностью, Возможностью символьных рассуждений; Глубиной, Самосознанием, Объяснением своих действий.

Как мы уже знаем, архитектура экспертной системы включает в себя два основных компонента: базу знаний (хранилище единиц знаний) и программный инструмент доступа и обработки знаний, состоящий из механизмов вывода заключений (решения), приобретения знаний, объяснения получаемых результатов и интеллектуального интерфейса.

это совокупность единиц знаний, представляющих собой формализованное с помощью некоторого метода представления знаний отражение объектов проблемной области и их взаимосвязей, действий над объектами и, возможно, неопределенностей, с которыми эти действия осуществляются. выступает по отношению к другим компонентам как содержательная подсистема, составляющая основную ценность

это процедура, выполняющая интерпретацию запроса пользователя к базе знаний и формирующая ответ в удобной для него форме. воспринимает сообщения пользователя и преобразует их в форму представления базы знаний и, наоборот, переводит внутреннее представление результата обработки в формат пользователя и выдает сообщение на требуемый носитель.

это обобщенная процедура поиска решения задачи, которая на основе базы знаний и в соответствии с информационной потребностью пользователя строит цепочку рассуждений (логически связанных единиц знаний), приводящую к конкретному результату. получает от интеллектуального интерфейса пре- образованный во внутреннее представление запрос, формирует из базы знаний конкретный алгоритм решения задачи, выполняет алгоритм, а полученный результат предоставляется интеллектуальному интерфейсу для выдачи ответа на запрос пользователя.

В основе использования любого механизма вывода лежит процесс нахождения в соответствии с поставленной целью и описанием конкретной ситуации (исходных данных) относящихся к решению единиц знаний и связыванию их при необходимости в цепочку рассуждений, приводящую к определенному результату. Для представления знаний в форме правил это может быть прямая или обратная цепочка рассуждений.

В процессе или по результатам решения задачи пользователь может запросить объяснение или обоснование хода решения. С этой целью ЭС должна предоставить соответствующий механизм объяснения. Это процедура, выполняющая обоснование полученного механизмом вывода результата.

это процедура накопления знаний в базе знаний, включающая ввод, контроль полноты и непротиворечивости единиц знаний и, возможно, автоматический вывод новых единиц знаний из вводимой информации. В простейшем случае это интеллектуальный редактор, позволяющий вводить единицы знаний в базу и проводить их синтаксический и семантический контроль. В более сложных случаях необходимо извлекать знания путем специальных сценариев интервьюирования экспертов, или из вводимых примеров реальных ситуаций, или из текстов, или из опыта работы самой интеллектуальной системы.

Экспертные системы, как категория ИИС, основанных на применении правил, могут быть представлены двумя видами. Первый вид образуют ЭС, воспроизводящие осознанные дедуктивные (мыслительные) способности человека Второй вид образуют ЭС, воспроизводящие неосознанные, подсознательные, индуктивные способности человека.

Внутри видов экспертные системы принято различать: по классу решаемых задач; по уровню естественности языка общения пользователя с системой по способу представления знаний в модели предметной области по степени учета динамики предметной области по степени интеграции с другими системами по сложности и мощности по диапазону использования по возможности «обучения» новым методам анализа знаний

Интерпретация данных Диагностика Мониторинг Главные проблемы Проектирование Прогнозирование Планирование Обучение

Статические ЭС разрабатываются для проблемных областей, характеризующихся неизменностью входных данных в процессе поиска решения: диагностика неисправностей в автомобиле. Динамические ЭС разрабатываются для проблемных областей, требующих обеспечить возможность изменения входных данных в процессе поиска решения: система обслуживания биржевых операций.

Автономные ЭС работают непосредственно в режиме консультаций с пользователем Гибридные ЭС представляют собой программный комплекс, агрегирующий стандартные пакеты прикладных программ и средства манипулирования знаниями

Малые ЭС реализовываются на ПК (IBM PC, Macintosh и подобные) как автономные (изолированные) ЭС. Средние ЭС работают в режиме клиент-сервер, используются в большинстве случаев как гибридные (интегрированные) ЭС. Большие ЭС реализовываются на ЭВМ общего назначения и используют БЗ большого объема.

Закрытые ЭС ориентированы на исполь- зование только в программной среде конкретной ИС. Открытые ЭС ориентированы на исполь- зование в разнородном программно- аппаратном окружении и могут быть перенесены на другие платформы без существенных изменений.

общение на естественном языке с использованием всех видов графики и анимации, общение на профессиональных версиях естественных языков, общение на формализованных естественных языках, общение на формальных языках различного типа.