образом решена посредством манипуляции с символами, а не с числами; имеет эвристическую природу, т.е. не может быть решена гарантированно с помощью некоторых формальных процедур; должна быть достаточно сложной, чтобы оправдать затраты, но не чрезмерно сложной; должна быть достаточно узкой, но практически значимой.
1.4.2. Характеристики ЭС и составляющие компоненты
Основными характеристиками ЭС являются:
накопление и организация знаний – одна из самых важных характеристик ЭС;
знания – основа ЭС, они являются явными и доступными, что отличает эти системы от большинства традиционных программ;
ЭС применяет для решения проблем высококачественный опыт квалифицированных экспертов, ведущие специалисты уходят, но их опыт остается и используется в ЭС, именно этот опыт в сочетании с умением его применять делает систему рентабельной;
наличие прогностических способностей, ЭС может объяснить каким образом новая ситуация привела к изменениям;
ЭС можно использовать для обучения и тренировки.
Три главных компонента, которые содержатся в каждой ЭС: БЗ, механизм вывода и пользовательский интерфейс.
База знаний содержит знания, необходимые для понимания, формулирования и решения задач. Она включает два основных элемента: факты, такие как проблемная ситуация и теоретические знания о проблемной области, и специальные эвристики – правила, которые направляют использование знаний при решении специфических задач в отдельной области. Эвристики выражают неформальные знания, мнения и суждения в прикладной области. Глобальные стратегии, которые могут быть как эвристиками, так и частью теории проблемной области, обычно включаются в БЗ. Знания, а не просто факты, являются первоначальным необработанным материалом экспертных систем. Информация и знания в БЗ представлены и включены в компьютерную программу путем реализации процесса, называемого представлением знаний.
Механизм вывода, тесно связанный с БЗ, содержит стандартные
51
правила решения задач и принятия решений, его называют управляющей структурой или интерпретатором правил (в ЭС, основанных на правилах). Эта компонента является в основном компьютерной программой, которая обеспечивает методологию для рассуждения об информации в БЗ и в рабочей области, а также для формулирования заключений. Она обеспечивает указания о том, как использовать знания системы при реализации агенды (расписания запланированных действий в рабочей области), которая организует и управляет шагами, предпринимаемыми для решения задачи.
Механизм вывода имеет два главных элемента:
-интерпретатор, который выполняет выбранные позиции агенды, используя соответствующие правила БЗ;
-планировщик, который поддерживает управление агендой и оценивает результаты используемых правил вывода в свете их приоритетов или других критериев в агенде.
Пользовательский интерфейс. ЭС содержат языковой процес-
сор для дружественного, проблемно-ориентированного общения между пользователем и компьютером. Общение наилучшим образом выполняется на естественном языке. Иногда оно дополняется меню и графикой.
Кроме обязательных компонент ЭС могут содержать также:
подсистему извлечения знаний;
рабочую область;
подсистему объяснения;
подсистему верификации знаний.
Извлечение знаний представляет собой накопление, передачу и преобразование экспертиз решения задачи от экспертов или документированных источников знаний компьютерной программой для конструирования или расширения БЗ. Потенциальные источники знаний включают экспертов, учебники, справочники, мультимедийные документы, базы данных (общественные или частные), специальные исследовательские отчеты и информацию, доступную через Интернет.
Извлечение знаний из экспертов является сложной задачей, которая требует от инженера знаний способности взаимодействовать с одним или более людьми-экспертами при построении БЗ. Инженер знаний помогает эксперту структурировать проблемную область путем интерпретации и объединения ответов человека на вопросы, проводя аналогии, предлагая контрпримеры и выявляя концептуальные труд-
52
ности.
Рабочая область – это область, расположенная отдельно для описания текущей задачи, как определено входными данными. Она также используется для запоминания промежуточных результатов. В рабочей области запоминаются промежуточные гипотезы и решения.
Могут быть запомнены три типа решений: план (как атаковать задачу), агенда (потенциальные действия, ожидающие выполнения) и решение (гипотезы-кандидаты и альтернативные направления действий, которые система сгенерировала до сих пор).
Подсистема объяснения. Способность отслеживать ответственность и соответствие заключений их источникам является решающей и при проведении экспертизы, и при решении задачи. Подсистема объяснения может отслеживать такую ответственность и объяснять поведение экспертной системы, интерактивно отвечая на вопросы.
Подсистема верификации и совершенствования знаний. Экс-
перты обладают способностями верифицировать и совершенствовать знания. То есть они могут анализировать свои собственные знания и их использование, обучаться от них и улучшать их для будущих консультаций. Аналогично такая эволюция необходима в компьютеризованном обучении, чтобы программа могла анализировать рассуждения под углом их успеха или неудачи. Это может привести к улучшениям, как результат, к более точным БЗ и более эффективному рассуждению. Такой составляющей в настоящее время пока нет в коммерческих ЭС, но она разрабатывается в экспериментальных ЭС.
1.4.3. Типы экспертных систем по классам решаемых задач
ЭС могут быть классифицированы несколькими путями. Одним из них является классификация по основным проблемным областям, на которые они ориентированы. При этом проблемные области определяются основными классами задач, эффективно решаемыми методами ЭС. Например, диагностика может быть определена как «выявление неисправностей системы через наблюдения». Диагностика является общей по своей сути деятельностью, совершаемой в медицине, организационных исследованиях, компьютерных операциях, контроле за оборудованием. Основные классы задач, для решения которых создаются экспертные системы, перечислены в табл. 2.
53
|
Таблица 2 |
|
Основные классы решения задач, решаемые ЭС |
||
|
|
|
Класс |
На решение какой задачи направлена |
|
Интерпретация |
Выявление описаний ситуации из наблюдений |
|
|
|
|
Предсказание |
Выявление похожих последствий в данной ситуации |
|
Диагностика |
Выявление неисправности системы через наблюдения |
|
Проектирование |
Конфигурирование и разработка объектов, удовлетво- |
|
ряющих определенным требованиям |
|
|
Планирование |
Разработка планов для достижения целей |
|
Мониторинг |
Сравнение наблюдений с планами, сигнализирующее об |
|
отклонениях и исключениях |
|
|
|
|
|
Отладка |
Выявление и устранение неисправностей |
|
Управление |
Интерпретирование, предсказывание восстановления и |
|
мониторинг поведения системы |
|
|
|
|
|
Некоторые ЭС принадлежат к двум или более из этих категорий. Системы интерпретации выявляют описания ситуации из наблюдений. Эта категория включает наблюдения, понимание речи, анализ образов, интерпретацию сигналов и многие другие виды интеллектуального анализа. Система интерпретации объясняет наблюдаемые данные путем присвоения им символических значений, опи-
сывающих ситуацию.
Системы предсказания включают прогнозирование погоды, демографические предсказания, экономическое прогнозирование, оценки урожайности, а также военное, маркетинговое и финансовое прогнозирование.
Системы диагностики включают диагностику в медицине, электронике, механике и программном обеспечении. Диагностирующие системы обычно соотносят наблюдаемые поведенческие отклонения с причинами, лежащими в их основе.
Системы проектирования разрабатывают конфигурации объектов, которые удовлетворяют определенным требованиям задачи проектирования. Такие задачи включают конструирование зданий, планировку расположения оборудования и др. Эти системы конструируют различные взаимосвязи описаний объектов друг с другом и проверяют, удовлетворяют ли эти конфигурации установленным ограничениям и требованиям.
54
Системы планирования специализируются на задачах планирования, например такой, как автоматическое программирование. Они также работают с кратко и долгосрочным планированием в управлении проектами, маршрутизацией, коммуникацией, разработкой продукта, военными приложениями, производственным и финансовым планированием.
Системы мониторинга сравнивают наблюдения поведения системы со стандартами, которые представляются определяющими для достижения цели. Выявленные отклонения соответствуют потенциальным недостаткам на предприятии. Существует много компьютерных систем мониторинга: от контроля движения воздушных потоков до задач управления сбором налогов.
Системы управления и контроля адаптивно управляют всеоб-
щим поведением системы. Для осуществления этого система управления должна периодически интерпретировать текущую ситуацию, предсказывать будущее, диагностировать причины ожидаемых проблем, формулировать план устранения этих проблем и осуществлять мониторинг его выполнения для обеспечения успеха.
Рассмотренные классы задач решаются в различных предметных областях. Области применения существующих на сегодняшний день ЭС охватывают: медицину, геологию, научные исследования в области химии и биологии, военное дело, инженерное дело, космическую технику, метеорологию, экологию, производство, управление процессами, юриспруденцию, маркетинг, финансы, банковское дело и др.
Сегодня ЭС используются многими большими и средними организациями как главный инструмент для улучшения производительности и качества. Они являются также важным инструментом для поддержания стратегических решений и реинжиниринга бизнеспроцессов.
1.4.4.Этапы создания экспертных систем
Впроцессе проектирования экспертных систем выделяются следующие этапы.
Определение участников и их ролей в процессе создания и эксплуатации экспертной системы. В процессе создания экспертной сис-
55