Экспертные системы. Структура Экспертных систем

системы;
экспертные системы (ЭС);
расчетно-логические системы;
гибридные экспертные системы.

Интеллектуальные информационно-поисковые системы являются системами

взаимодействия с проблемно-ориентированными (фактографическими) базами данных на естественном, точнее, ограниченном как грамматически, так и лексически (профессиональной лексикой) естественном языке (языке деловой прозы). Для них характерно использование (помимо базы знаний, реализующей семантическую модель представления знаний о проблемной области) лингвистического процессора.

системы в первую очередь стали создаваться в математически слабоформализованных областях науки и

техники, таких как медицина, геология, биология и другие. Для них характерна аккумуляция в системе знаний и правил рассуждений опытных специалистов в данной предметной области, а также наличие специальной системы объяснений.

Разновидности интеллектуальных систем

(описаниям) и исходным данным вне зависимости от сложности математических моделей

этих задач. При этом конечному пользователю предоставляется возможность контролировать в режиме диалога все стадии вычислительного процесса. В общем случае по описанию проблемы на языке предметной области обеспечивается автоматическое построение математической модели и автоматический синтез рабочих программ при формулировке функциональных задач из данной предметной области. Эти свойства реализуются благодаря наличию базы знаний в виде функциональной семантической сети и компонентов дедуктивного вывода и планирования.

Разновидности интеллектуальных систем

Указанные системы должны вобрать в себя лучшие черты как экспертных,

так и расчетно-логических и информационно-поисковых систем. Разработки в области гибридных экспертных систем находятся на начальном этапе.
Наиболее значительные успехи в настоящее время достигнуты в таком классе интеллектуальных систем, как экспертные системы.

Разновидности интеллектуальных систем

в разрешении проблемной ситуации.
Экспертные системы - это направление исследований в

области искусственного интеллекта по созданию вычислительных систем, умеющих принимать решения, схожие с решениями экспертов в заданной предметной области.
Как правило, экспертные системы создаются для решения практических задач в некоторых узкоспециализированных областях, где большую роль играют знания «бывалых» специалистов. Экспертные системы были первыми разработками, которые смогли привлечь большое внимание к результатам исследований в области искусственного интеллекта

конце 1960-х г.г. Эта была экспертная система, определяющая строение органических

молекул по химическим формулам и спектрографическим данным о химических связях в молекулах. Ценность Dendral заключалась в следующем. Органические молекулы, как правило, очень велики и поэтому число возможных структур этих молекул также велико. Благодаря эвристическим знаниям экспертов-химиков, заложенных в экспертную систему, правильное решение из миллиона возможных находилось всего за несколько попыток. Принципы и идеи, заложенные в Dendral оказались настолько эффективными, что они до сих пор применяются в химических и фармацевтических лабораториях по всему миру.

для достижения уровня эксперта в решении задач, однако методика современных

экспертных систем связана с другой разработкой – Myсin. В ней использовались знания экспертов медицины для диагностики и лечения специального менингита и бактериальных инфекций крови.
Экспертная система Mycin, разработанная в том же Стэнфорде в середине 1970-х г.г., одной из первых обратилась к проблеме принятия решений на основе ненадежной или недостаточной информации. Все рассуждения экспертной системы Mycin были основаны на принципах управляющей логики, соответствующих специфике предметной области. Многие методики разработки экспертных систем, использующиеся сегодня, были впервые разработаны в рамках проекта Mycin.

предметной области, которая накапливается в процессе построения и эксплуатации ЭС.

Накопление и организация знаний - важнейшее свойство всех ЭС.

ЭС от традиционных программ, и определяет их основные свойства, такие,

как:
1) Применение для решения проблем высококачественного опыта, который представляет уровень мышления наиболее квалифицированных экспертов в данной области, что ведет к решениям творческим, точным и эффективным.
2) Наличие прогностических возможностей, при которых ЭС выдаeт ответы не только для конкретной ситуации, но и показывает, как изменяются эти ответы в новых ситуациях, с возможностью подробного объяснения каким образом новая ситуация привела к изменениям.

память, за счeт входящей в состав ЭС базы знаний, которая

разработана в ходе взаимодействий со специалистами организации, и представляет собой текущую политику этой группы людей. Этот набор знаний становится сводом квалифицированных мнений и постоянно обновляемым справочником наилучших стратегий и методов, используемых персоналом. Ведущие специалисты уходят, но их опыт остаeтся.
4) Возможность использования ЭС для обучения и тренировки руководящих работников, обеспечивая новых служащих обширным багажом опыта и стратегий, по которым можно изучать рекомендуемую политику и методы.

ли обратиться к человеческому опыту, как это было в прошлом?».

Отметим лишь основные преимущества, которые даёт использование экспертных систем. Преимуществом искусственной компетенции являются следующие качества.
1. Постоянство
Человеческая компетенция ослабевает со временем. Перерыв в деятельности человека-эксперта может серьёзно отразиться на его профессиональных качествах.
2. Лёгкость передачи
Передача знаний от одного человека другому – долгий и дорогой процесс. Передача искусственной информации – это простой процесс копирования программы или файла данных.

«помехам». Человек же легко поддается влиянию внешних факторов, которые непосредственно

не связаны с решаемой задачей. Эксперт-человек может принимать в тождественных ситуациях разные решения из-за эмоциональных факторов. Результаты экспертной системы – стабильны.
4. Стоимость
Эксперты, особенно высококвалифицированные обходятся очень дорого. Экспертные системы, наоборот, сравнительно недороги. Их разработка дорога, но они дёшевы в эксплуатации.
Вместе с тем разработка экспертной системы не позволяет полностью отказаться от эксперта-человека. Хотя экспертная система хорошо справляется со своей работой, тем не менее, в определённых областях человеческая компетенция явно превосходит искусственную. Однако и в этих случаях экспертная система может позволить отказаться от услуг высококвалифицированного эксперта, оставив эксперта средней квалификации, используя при этом экспертную систему для усиления и расширения его профессиональных возможностей.

человек-эксперт имеет здравый смысл. Еще не известно, как заложить здравый

смысл в экспертные системы.
Творческий потенциал. Человек-эксперт может реагировать творчески на необычные ситуации, экспертные системы не могут.
Обучение. Человек-эксперт автоматически адаптируются к изменению среды; экспертные системы нужно явно модифицировать.
Сенсорный опыт. Человек-эксперт располагает широким диапазоном сенсорного опыта; экспертные системы в настоящее время основаны на вводе символов.

симптомы, а Simptomus на основе экспертной системы выводит список возможных

диагнозов.
CLIPS — весьма популярная оболочка для построения ЭС
OpenCyc — мощная динамическая ЭС с глобальной онтологической моделью и поддержкой независимых контекстов
WolframAlpha — поисковая система, интеллектуальный «вычислительный движок знаний»
MYCIN — наиболее известная диагностическая система, которая предназначена для диагностики и наблюдения за состоянием больного при менингите и бактериальных инфекциях.
HASP/SIAP — интерпретирующая система, которая определяет местоположение и типы судов в Тихом океане по данным акустических систем слежения.
Акинатор — интернет-игра. Игрок должен загадать любого персонажа, а Акинатор должен его отгадать, задавая вопросы. База знаний автоматически пополняется, поэтому программа может отгадать практически любого известного персонажа.

представлением их в БЗ занимаются специалисты – инженеры знаний.
ЭС должна

обладать механизмом приобретения знаний для ввода знаний в базу и их последующее обновление.
В простейшем случае – это интеллектуальный редактор, который позволяет вводить единицы знаний в базу, а также проводить их анализ на непротиворечивость.

Архитектура экспертной системы

на моделях представления знаний.
В системах, основанных на знаниях, правила

(или эвристики), по которым решаются проблемы в конкретной предметной области, хранятся в базе знаний.
Проблемы ставятся перед системой в виде совокупности фактов, описывающих некоторую ситуацию, и система с помощью базы знаний пытается вывести заключение из этих фактов.
Для построения базы знаний требуется:
провести опрос специалистов, являющихся экспертами в конкретной предметной области,
а затем систематизировать, организовать и снабдить эти знания указателями, чтобы впоследствии их можно было легко извлечь из базы знаний.

База знаний

по конкретной проблеме. ЭС анализирует ситуацию и, в зависимости от

направленности ЭС, дает рекомендации по разрешению проблемы.
В базе знаний содержится все необходимое для понимания, формирования и решения задач.
БЗ содержит элементы:
Факты (данные) из предметной области (статические сведения о предметной области)
Специальные правила (эвристики), которые управляют использованием фактов при генерации знаний.
База знаний ЭС создается при помощи трех групп людей:
Эксперты той проблемной области, к которой относятся задачи, решаемые ЭС
Инженеры по знаниям, являющиеся специалистами по разработке ИИС;
Программисты, осуществляющие реализацию ЭС.

преобразование опыта решения задач из определенных источников знаний в компьютерные

программы при их создании или расширении.

Источники знаний – эксперты, специалисты, БД, научные отчеты, учебная литература, опыт пользователей-менеджеров и экономистов

заключений и рекомендаций посредством формирования и организации последовательности процедур, необходимых

для решения задачи.

процессор, который обеспечивает дружественный и проблемно-ориентированный интерфейс пользователя.

на вопросы типа:
Как было получено заключение?
Почему эта альтернатива была отвергнута?
Какова

последовательность подготовки решения?

область, обеспечивает полноту и правильность введенных в ЭС знаний.

знания, необходимые для работы ЭС; осуществляет выбор того ИС, которое

наиболее подходит для данной проблемной области, и определяет способ представления знаний в этом ИС; выделяет и программирует (традиционными средствами) стандартные функции (типичные для данной проблемной области), которые будут использоваться в правилах, вводимых экспертом.

в пределе все основные компоненты ЭС, и осуществляет его сопряжение

с той средой, в которой оно будет использовано.

чтобы знания о предметной области отделить от других типов знаний

системы, таких как общие знания о том, как решать задачи или знание о том, как взаимодействовать с пользователем. Выделенные знания о предметной области называются базой знаний, тогда как общие знания о нахождении решений задач называются механизмом вывода. Программные средства, которые работают со знаниями, организованными таким образом, называются системами, основанными на знаниях.
БЗ содержит факты (данные) и правила (или другие представления знаний), использующие эти факты как основу для принятия решений.
Механизм вывода содержит:
интерпретатор, определяющий как применять правила для вывода новых знаний на основе информации, хранящейся в БЗ;
диспетчер, устанавливающий порядок применения этих правил.

ЭС и имеют следующую структуру. Эти ЭС используются в тех

приложениях, где можно не учитывать изменения окружающего мира за время решения задачи.

приложений, где требуется учитывать динамику изменения окружающего мира за время

исполнения приложения. Такие экспертные системы получили название динамических ЭС и их обобщенная структура будет иметь вид, приведенный ниже.

в динамическую вводится еще два компонента:
подсистема моделирования внешнего мира;
подсистема сопряжения

с внешним миром.

Динамические ЭС осуществляет связи с внешним миром через систему контроллеров и датчиков. Кроме того компоненты БЗ и механизма вывода существенно изменяются, чтобы отразить временную логику происходящих в реальном мире событий.