Экспертные системы

1.Экспертная система, ее достоинства и недостатки
1.1.Краткий исторический очерк
Технология экспертных систем является одним из направлений новой области исследований, называемой искусственным интеллектом(ИИ, AI – ArtificialIntellegence). По известному определению Бара и Файгенбаума:
Искусственный интеллект(ИИ) – это область информатики, которая занимается разработкой интеллектуальных компьютерных систем, т.е. систем, обладающих возможностями, которые мы традиционно связываем с человеческим разумом, - понимание языка, обучение способность рассуждать, решать проблемы и т.д.
Первые попытки моделировать процесс мышления были предприняты в 60-х годах 20-го века. В те годы специалисты в области ИИ пытались найти общие методы для решения широкого класса задач и использовать их в универсальных программах. Разработка универсальных программ оказалась слишком сложна, кроме того, выяснилось, что чем универсальнее программа, тем скуднее ее возможности при ре­шении конкретной проблемы.
В 70-е годы усилия были направлены на разработку общих методов и приемов программирования, пригодных для более специали­зированных программ. Постепенно стало ясно, что эффектив­ность программы при решении задачи зависит от знаний, кото­рыми она обладает, а не только от используемых ею формализмов и схем вывода. К концу 70-х гг. была принята принципиально новая концепция:
Чтобы сделать программу интеллектуальной, ее нужно снабдить множеством высококачественных специальных знаний о некоторой предметной области.
Это привело к развитию специализиро­ванных программных систем, каждая из которых является экс­пертом в узкой предметной области. Эти программы получили название экспертных систем.
Определим экспертную систему(ЭС), как программную систему, использующую экс­пертные знания для обеспечения высокоэффек­тивного решения задач в узкой предметной области.
Пол И. Джонсона, ученый, отдавший много лет исследованию поведения экспертов-людей, очень точно описывает тех, кого мы называем экспертом:
«Эксперт – это человек, который благодаря обучению и опыту мо­жет делать то, что мы все, остальные люди, делать не умеем; эксперты работают не просто профессионально, но к тому же уверенно и эффективно.
Эксперты обладают огромными познаниями и пользуются различ­ными приемами и уловками для применения своих знаний к проблемам и заданиям; они также умеют быстро переворошить массу несуществен­ной информации, чтобы добраться до главного, и хорошо умеют рас­познавать в проблемах, с которыми сталкиваются, примеры тех типовых проблем, с которыми они уже знакомы. В основе поведения экспертов лежит совокупность практически применимых знаний, которую мы будем называть компетентностью. Поэтому разумно предположить, что экс­перты — это те люди, к которым надо обратиться, когда мы желаем про­явить компетентность, делающую возможным такое поведение, как у них».
ЭС содержит компо­ненту решения задачи и компоненту поддержки. Вторая помогает пользователю взаимодействовать с главной программой, в том числе тестировать и отлаживать ее, модифицировать ее знания и данные.
Технология построения ЭС называется инженерией знаний.
Инженерия знаний существенно полагается на исследова­ние поведения экспертов с целью разработки разумных искус­ных программ. Хейес-Рот и др. в книге «Построение эксперт­ных систем» отметили:
«В основе интеллектуального решения проблемы лежит следующий принцип: система должна сконструировать это решение, действуя изби­рательно и эффективно в пространстве альтернатив. Из-за ограниченно­сти собственных ресурсов эксперт вынужден осуществлять поиск в этом пространстве избирательно, сводя к минимуму бесполезную работу. Зна­ния помогают эксперту распознать на самых ранних этапах полезную информацию, открывают ему многообещающие пути ее использования и помогают избежать малоуспешных усилий, отсекая тупиковые пути как можно раньше. Экспертная система достигает высокой производи­тельности, используя знания для того, чтобы наилучшим образом ис­пользовать свое время».
1.2.Основные понятия и действующие лица инженерии знаний
Средство построения ЭС(сокр. Инструмент) – язык программирования и поддерживающий пакет программ, используемые при создании экспертной системы. Язык про­граммирования отличается от обычных языков тем, что обеспечивает удобные способы представления сложных высоко­уровневых понятий.
Важно различать инструмент и саму ЭС, несмотря на то, что поддерживающие средства по определению также являются частью законченной экспертной си­стемы.
Эксперт – человек, который за годы обучения и практики научился чрезвычайно эффективно решать задачи, относящиеся к конкретной предметной области(и ЭС моделирует все его стратегии).
Инженер знаний — человек, имеющий позна­ния в информатике и ИИ и знающий, как надо строить экс­пертные системы. Он опрашивает экспертов, ор­ганизует знания, решает, как они должны быть представлены в системе, и может помочь программисту в написании программ.
Процедура извлечения знаний у эксперта и занесения его в программу называется извлечением знаний .
Конечный пользователь – человек, для которого была разрабо­тана система и который использует законченную ЭС. Например, это ученый, которому она помогает открывать новые месторождения минералов.
Пользователь – человек, использующий экспертную систему, т.е. конечный пользователь, эксперт, ин­женер знаний, клерк.
Рис.1.Инженерия знаний
1.3.Методология построения ЭС
Для достижения высокого качества функционирования необходимы эксперименты. Поэтому экспертная система развивается постепенно, доминирует эволюционный метод создания ЭС.
Основные этапы эволюции ЭС:
1. Идентификация . Инженер знаний и эксперт выделяют проблемную область, определяют характеристики задачи, требуемые для ее решения ресурсы.
2. Концептуализация . Инженер знаний и эксперт выявляют основные понятия, отношения и характер информационных потоков, необходимые для представления знаний и описания процесса решения задач в данной предметной области.
3. Формализация . На этом этапе выбирается язык экспертных систем, в рамках этого языка представляются основные понятия и отношения.
4. Реализация . Формулируются правила, воплощающие знания, а также структуры управления. Это определяет программу-прототип, которую можно выполнять и подвергать контрольным испытаниям.
5. Испытания . В ходе их экспертами-людьми оценивается программа-прототип, по их замечаниям и предложениям создатели ЭС доводят прототип до требуемого качества функционирования.
1.4.Свойства экспертной системы
Основа экспертной системы – база зна­ний, накапливаемая при ее построении. Накопление и организация знаний — одна из самых важ­ных характеристик экспертной системы.
Рис.2. Основные свойства экспертной системы.
Свойства:
1.ЭС применяет для решения задач высоко­качественный опыт , представляющий уровень мышления наиболее квалифицированных экспертов. Это, как правило, приводит к точным и эффек­тивным решениям.
Высококачественный опыт в сочетании с уме­нием его применять делает систему рентабельной, способной заслужить признание на рынке. Этому способствует также гибкость системы. Система может наращиваться постепенно в соответствии с нуждами бизнеса или заказчика. Это озна­чает, что можно вначале вложить сравнительно скромные средства, а потом наращивать ее возможности по мере необ­ходимости.
Но, как и любой эксперт, система способна ошибаться.
Джон Макдермотт, разработчик экспертной системы для конфигурирования VAX-11 в корпорации DEC:
«Я настойчиво подчеркивал, что основанная на знаниях программа должна пройти через сравнительно долгий период ученичества, и что даже после того, как она станет экспертной, она будет, подобно всем экспертам, время от времени делать ошибки. Первая часть этого утверж­дения была воспринята, но я подозреваю, что со второй этого пока не произошло. Поэтому меня беспокоит, будет ли после осознания этого свойства экспертных систем компания DEC морально готова возложить значительную долю ответствен­ности на программы, про которые известно, что они не являются не­погрешимыми».
Ошибки ЭС чрезвычайно трудно исправлять, поскольку стратегии, эвристики и принципы, лежащие в основе этих программ, явно не сформулированы в их тексте. Следовательно, эти ошибки нелегко определить и исправить. Но ЭС имеют потенциальную способность учиться на своих ошибках. С помощью компетентных пользо­вателей можно заставить ЭС совершенство­ваться в решении задачи в ходе практической работы.
2.ЭС обладает прогностическими возможностями, т.е. может дать ответ в конкретной ситуации, показать, как изменятся этот ответ в новых ситуациях, и объяснить, каким образом новая ситуация привела к изменениям.
Пользователь может оценить возможное влияние новых фактов или информации и понять, как они связаны с реш-ем.
3.ЭС обладает институцио­нальной памятью. Если база знаний ЭС разработана с привлечением ведущих специалистов отдела или штаба, то она представляет политику или способы действия этой группы людей.
Ведущие специалисты уходят, но их опыт остается. Это важно для деловой сферы и особенно ценно для вооруженных сил и правительственных органов с их ча­стыми преобразованиями и персональными перемещениями.
4.ЭС можно использовать для обучения и тренировки руководителей и специалистов, поскольку они содержат необходимые знания и способны объяснить процесс своего рассуждения.
Не­обходимо только добавить программное обеспечение, поддер­живающее соответствующий требованиям эргономики интер­фейс между обучаемым и экспертной системой.

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать полную версию