Структура экспертных систем (ЭС)

РП – рабочая память, предназначена для хранения исходных и промежуточных данных, решаемых в текущий момент задачи.

БЗ – база знаний, для хранения долгосрочных данных, описываемых область, и правил, описывающих целесообразные преобразования в этой области, т. е. это совокупность единиц знаний, которая представляет собой формализованную с помощью некоторого метода представления знаний отражения объектов предметной области, их взаимосвязей и неопределенностей, с которой эти действия определяются.

Р – решатель, формирует такую последовательность правил, которые будучи примененными к исходным данным приводит к решению его задачи. В основе использования любого механизма выхода лежит процесс нахождения в соответствии с поставленной целью и описанием конкретной ситуации относящихся к решению единиц знаний и связывании их при необходимости в цепочку рассуждений, приводящих к определенному результату.

КПЗ – компонент приобретения знаний, автоматизирует процесс наполнения экспертной системы знаниями, осуществляемой экспертами. В простейшем случае это редактор, который позволяет вводить единицы в базу и проводить их синтаксический и семантический отбор. В более сложных случаях, знания извлекаются с помощью специальных сценариев интервьюирования экспертов или вводимых реальных ситуаций или из опыта работы самой системы.

ОК – объяснительный компонент – объясняет, как система получила решение задачи или почему не получила и какие знания при этом использовала.

ДК – диалоговый компонент, ориентирован на организацию естественного общения с пользователем.

Этапы разработки ЭС.

ЭС имеют следующие характерные особенности применения: слабая формализованность принятия решений, его альтернативность и нечеткость, символьная природа используемых знаний, динамичность изменения проблемной области. 6 этапов:

1. Процесс идентификации проблемной области - включает определение назначений и сферы применения ЭС, подбор экспертов и инженеров по знаниям, выделение ресурсов, постановка и параметризация решаемых задач.

Сфера применения ЭС характеризует тот круг задач, который подлежит формализации. Ограничивающими факторами на разработку ЭС выступают необходимые сроки, финансовые ресурсы и программно-техническая среда. От этих ограничений зависит количественный и качественный состав групп инженеров по знаниям и экспертов, глубина проработанных вопрос, адекватность и эффективность решения проблем.

К основным параметрам проблемной области относятся:

- класс решаемых задач – интерпретация, диагностика, коррекция, прогнозирование, проектирование, мониторинг и управление.

- критерий эффективности результатов решения задач

- критерий эффективности процесса решения задач

- цели решаемых задач

- исходные данные

- особенности используемых знаний

2. Этап построения концептуальной модели – здесь создается целостное и системное описание исп-х знаний, отражающих сущность функционирования проблемной области. Результат концептуализации проблемной области фиксируется виде наглядных графических схем на объектном, функциональном и поведенческом уровне моделирования. Объектная модель описывает структуру предметной области как совокупность взаимосвязанных объектов. Функциональная модель отражает действия и преобразования над объектами, зависимости между ними, показывает как одни факты образуются из других. Поведенческая модель рассматривает взаимодействие объектов и изменение их состояний во временном аспекте. Первые две модели описывают статистические аспекты функционирования предметной области, а третья модель – динамику изменений ее состояний.

3. Этап формализации базы знаний – осуществляется выбор метода представления знаний. Выходом этапа формализации является описание того, как рассматриваемая задача может быть представлена в выбранном или разработанном формализме. В рамках этого формализма осуществляется проектирование логической структуры базы знаний.

4. Реализация (выполнение) – происходит физическое наполнение БЗ и настройка всех программных механизмов в рамках выбранного инструментального средства, а при необходимости допрограммирования специальных модулей программного инструмента. Особенностью реализации ЭС во многом определяется характером инструментального средства, в качестве которого может выступать программные оболочки, генераторы (интегрированные среды) и языки представления знаний. Оболочки (пустые ЭС) имеют реализованные механизмы вывода, накопления, объяснения знаний, диалоговый компонент, что, ч одной стороны, упрощает разработку программной части ЭС поскольку не требуется программирование, а, с другой стороны, усложняет разработку базы знаний вследствие возможного не соответствия формализма системы требованиям структуры. Использование языков программирования повышает гибкость разрабатываемой системы, но одновременно увеличивает трудоемкость разработки. Наиболее приемлемыми инструментальными средствами для создания ЭС являются генераторы или интергрирующие средства разработки, которые позволяют настраивать программные средства на особенности проблемных областей, а при необходимости предоставлять возможность программировать на встроенных языках и осуществлять эффективный экспорт/импор данных с другими инструментальными средствами. Цель данного этапа – создание одного или нескольких портатипов ЭС, решающих требуемые задачи. Затем на данном этапе по результатам тестирования и опытной эксплуатации создается конечный продукт, пригодный для промышленного использования. Главное в создании портатипов заключается в том, чтобы он обеспечил проверку адекватности идей, методов и способов представления знаний решаемых задач. Создание первого портатипа должно подтвердить, что выбранный метод решения пригоден для ряда задач из проблемной области. Затем круг задач расширяется и разрабатываются следующий портатип с учетом всех пожеланий и замечаний и так до конечного программного продукта.

5. Тестирование – инженер по знаниям с использованием диалоговых и объяснительных средств проверяет компетентность ЭС. Производится оценка выбранного способа представления знаний в целом.

6. Опытная эксплуатация – проверяется пригодность ЭС для конечного пользователя. Пригодность определяется удобством работы и полезностью. Под полезностью ЭС понимается ее способность в ходе диалога определить потребности пользователя, выявлять их, устранять причины неудач на работе и решать поставленные задачи. Удобоство работы с ЭС подразумевает естественное взаимодействие с ней, гибкость ЭС, т.е. способность настраиваться на различных пользователей, а также учитывать изменения в квалификации одного и того же пользователя и устойчивость системы к ошибкам.

Классификация ЭС.

По степени сложности решаемых задач классифицируются ЭС:

1. по способу формирования решения: - анализирующие предполагают выбор решений из множества известных альтернатив, - синтезирующие – генерацию неизвестных решений

2. По способу учета временного признака

- статистические – решают задачи при неизменяемых в процессе решения данных и знаниях и осуществляют монотонное непрерывное решение задачи от ввода исходных данных до конечного результата

- динамические – допускают изменение в процессе решения данных и знаний и предусматривают возможность пересмотра в процессе решения полученных ранее результатов и данных.

3. по видам используемых данных и знаний

- системы с детерминированными/четко определенными знаниями

- с неопределененными. Под неопределенностью данных или знаний определяется их неполнота, недостоверенность, двусмысленность, нечеткость.

4. по числу использованных источников знаний

- с использованием одного источника

- с использованием множества источников

	Анализ	Синтез
Детерминированные знания	Классифицирующие системы	Трансформирующие	1 источник
Недетерминированные знания	Доопределяющие	Многоагентные	Множество источников
	Статистический	Динамический