Основные виды деятельности экспертных систем

Экспертные системы можно классифицировать по типу их деятельности.

Интерпретирующие

Описывают ситуацию по информации, поступающей от датчиков. Обычно имеют дело с данными, которые зашумлены, неполны, ненадежны и нуждаются в обработке и последующем символьном представлении.

Интерпретирующие экспертные системы могут обработать разнообразные виды данных. Например, интерпретирующая система в геологии использует ка­ротажное зондирование — измерение проводимости горных по­род в буровых скважинах и вокруг них,— чтобы определить подповерхностные геологические структуры. Наконец, в воен­ном деле интерпретирующие системы используют данные от ра­даров, радиосвязи и сонарных устройств, чтобы оценить ситу­ацию и идентифицировать цели.

Прогнозирующие

Определяют вероятные последствия заданных ситуаций.

Пример: прогноз ущерба урожаю от некоторого вида вредных насеко­мых, оценивание спроса на нефть на мировом рынке в зависи­мости от складывающейся геополитической ситуации и прогно­зирование места возникновения следующего вооруженного конфликта на основании данных разведки.

Иногда используют имитационное моделирование, т.е. программы, отражающие причинно-следственные взаимо­связи в реальном мире, чтобы сгенерировать ситуации, которые могут возникнуть при тех или иных входных данных. Чрезвычайно сложны и малочисленны.

Диагностические

Выявляют причины неправильного функционирова­ния системы по результатам наблюдений.

Большинство разработок – в медицине

Правило из системы MYCIN(диагностика бактериальной инфекции)

ЕСЛИ:

1) Окраска бактерий грамположительная

2) Морфология бактерий характерна для кокков

3) Форма колоний — цепочки

ТО:

Есть основания считать (0.7), что вид бактерий — стрептококк.

Системы проектирования

Строят конфигурации объектов при заданных ограничениях.

Наиболее популярные области применения – молекулярная биология и микроэлектроника.

Пример правила из системы проектирования XCON(составляет конфигурации компьютерных систем VAX, специалисты этой фирмы считали это невозможным). Это пра­вило помогает установить подвод питания к SBI, высокоскоро­стной синхронной шине, которая связывает компоненты компьютера VAX.

ЕСЛИ:

Самый последний текущий контекст — это подвод шины питания

и SBl-модуль любого типа помещен в стойку и известно его положение в стойке (положение его разъемов)

и существует свободное место в стойке для под­вода шины питания к этому разъему и существует свободная шина питания

ТО: Подвести шину питания в свободное место стойки.

Планирующие

Определяют полную последовательность дейст­вий, прежде чем начнется их выполнение. Примеры: расчет на несколько дней плана воздушного на­падения для нейтрали­зации боеспособности противника. Обычно должны иметь способ­ность к возврату, т.е. отвергать некоторую последовательность рассуждений или часть плана из-за нарушения ограничений задачи и возвращать управление назад к более ранней точке или ситуации, из которой анализ должен начаться заново. Наиболее распространены в химии, электронике и военном деле.

Пример. Правило системы планирования авиаударов TATR, по­могает оценить, какие цели на этом аэродроме наиболее жела­тельно атаковать.

ЕСЛИ: На аэродроме обнаружены расположенные под открытым небом самолеты и число таких самоле­тов на аэродроме больше, чем 0,25 × (общее число самолетов на аэродроме)

ТО: Принять оценку самолета на этом аэродроме рав­ной ПРЕВОСХОДНО.

Наблюдающие

Работают в режиме реального времени, сравнивают действительное поведение наблюдаемого объекта с ожидаемым и интерпре­тацию его поведения.

Это может приводить к необходимости запоминать все значения некоторых парамет­ров системы (например, пульса), полученные в различные мо­менты времени, поскольку скорость и направление изменения могут быть столь же важны, как и действительные его значе­ния в любой момент времени.

Пример. Правило ЭС REACTOR, наблюдающей за работой ядерного реактора, и отыскивающей признаки аварийной ситуации.

ЕСЛИ: Передача тепла от первичной системы охлажде­ния ко вторичной системе недоста­точна и расход воды в системе подпитки невелик,

ТО: Неисправность состоит в утечке подпитывающей воды.

Отладочные

Выполняют отладку, находят ре­цепты для исправления неправильного поведения устройств. Мно­гие системы работают с простыми таблицами связей между неисправностями и рецептами исправления, но общая проблема отладки очень трудна и требует проектирования рецептов восстанов­ления и их оценивания через прогнозирование эффективно­сти. Отладочные системы часто включают диагностические компоненты для определения причин неисправностей. Это характерно для медицинских ЭС, где си­стема ставит диагноз заболевания, а затем производит «от­ладку», предписывая курс лечения.

Ремонтные

Очень малочисленная группа ЭС, выполняющих последовательности предписанных ис­правлений.

Примером является настройка масс-спектрометра, т. е. уста­новка ручек регулировки прибора в положение, обеспечивающее достижение оптимальной чувствительности, совместимой с пра­вильным отношением величин пиков и их формы.

Обучающие

Диагностируют, «отлаживают» и исправляют поведение обучаемого. Системы создают модель того, что обучающийся знает и как он применяет эти знания к решению проблемы. Системы указывают обучающемуся его оши­бки, строят и выполняют планы их исправления.

Управляющие

Адап­тивно руководят поведением объекта в целом. Примеры: управление производством, контроль за состоянием больных при интенсивной терапии. Вклю­чают компоненты наблюдения за поведением объекта на протяжении времени, но могут нуждаться также и в других компонентах: интерпретации, прогнози­рования, диагностики, проектирования, планирования, отладки, ремонта и обучения. Типичная комбинация задач состоит из наблюдения, диагностики, отладки, планирования и прог­ноза.

Существует также классификация ЭС по типам решаемых ими задач.

Многие из существующих ЭС выполняют сразу несколько видов работ и их затруднительно отнести к одному из приведенных классов. Поэтому специа­листы по ИИ находят полезным классифицировать экспертные системы по типам задач, которые такие системы решают.

Наибольшее количество ЭС создано в области медицины и химии. Также ЭС активно применяются в электронике и компьютерных системах, инженерном дело, геоло­гии, медицине и военном деле.

4.Экспертная система PROSPECTOR:

Система разработана Станфордским исследовательским институтом для оказания помощи ге­ологам в разведке рудных месторождений.

Это первая экспертная система-геолог. Работы продолжались с 1974 г. по 1983 г. На протяжении всего времени работы над проектом девять разных специали­стов-геологов предоставляли свой опыт и знания в распоряже­ние нескольких инженеров знаний и программистов. Понадоби­лось более чем 30 человеко-лет, включая полевые испытания и оценку системы, чтобы разработать ее нынешнюю версию.

Особенности PROSPECTOR:

§ реализована на мощном языке относительно низкого уровня INTERLISP;

§ для системы был разработан сложный пакет средств поддержки, содержащий средства объяснения, приобретения знаний;

§ обширные знания – более 1000 правил, оперирующих более чем 1000 геологическими терминами.

Рихард Дуда, один из ведущих специалистов проекта:

«Геолог начинает исследования, сообщая программе характеристики месторождения, которое его интересует,— тип залегания, параметры геологических структур, виды пород, минералов и вторичных продук­тов, имеющиеся или ожидаемые. Программа сравнивает эти наблюдения с моделями разного типа залежей руд, указывая черты сходства, раз­личия и недостающую информацию. Программа затем вовлекает геолога в диалог, чтобы получить дополнительную информацию и с ее помощью оценить запасы руды в данном месторождении. Наша цель состоит в том, чтобы обеспечить геолога службой сервиса, сопоставимой с телефон­ной связью с источниками информации относительно рудных месторож­дений разного типа».

База знаний PROSPECTOR содержит три модели геологических зна­ний: о сульфидных, свинцово-цинковых или меднорудных месторождениях.

Рис. 6. Решаемые подзадачи

Рассмотрим фрагменты протокола, которые иллюстрируют, как PROSPECTOR ведет диалог с геологом, чтобы классифицировать заданный географический регион.

Сначала пользователь вводит информацию о регионе. Это можно сделать в любой момент сеанса и столько раз, сколько нужно. PROSPECTOR переформули­рует введенные утверждения и приписывает им коэф­фициенты уверенности, исходя из информации пользователя.

1: Присутствуют дайки

В строке 3 вместо термина сиенодиорит под­ставлен синоним и пользователю сообщено, что эта форма предпочтительнее.

(Дайки) (5)

2: Присутствуют меловые диориты

(Меловые диориты) (5)

3: Возможно, есть сиенодиорит

(Монцонит) (3)

4: Может быть некоторое количество кварцевого монцонита

Ключевое слово завершает фаза ввода. PROSPECTOR выдвигает гипотезу о крупном месторождении сульфидов в данном регионе и начи­нает ее проверять.

Ключевое слово завершает фаза ввода. PROSPECTOR выдвигает гипотезу о крупном месторождении сульфидов в данном регионе и начи­нает ее проверять.

(Кварцевый монцонит) (2)

…

…

Все

Я рассматриваю возможность крупного (*типа Куроко суль­фидного месторождения — КСМ) в исследуемом регионе.

14: До какой степени вы уверены, что:

Отвечая «?», пользователь просит переформулировать вопрос.

(* Вулканическая провинция и зона крупного разлома)?

?

* Хотя наличие разлома имеет большое значение, заметьте, что он может присутствовать, но его трудно обнаружить. Та­ким образом, отсутствие наблюдаемого разлома не должно слишком сильно повлиять на ваш ответ. Имея это в виду, до какой степени вы уверены в том, что район поисков находится в вулканической провинции и лежит в зоне крупного разлома?

–2

…

…

16: В какой степени вы уверены, что: (* Галенит, сфалерит или медный колчедан выполняют тре­щины в риолите, даците или андезите)?

–5

Получив уверенный отрицательный ответ, PROSPECTOR отказывается от гипотезы о месторождении сульфидов и выдвигает гипотезу о залежах медно-порфировых руд. Система начинает задавать вопросы, чтобы проверить эту новую гипотезу.

Я рассматриваю возможность (* месторождения типа А медно-порфировых руд - МПРА) в исследуемом регионе

…

…

28: В какой степени вы уверены, что:

Здесь пользователь хочет понять, с какой целью PROSPECTOR задает этот вопрос.

(* В районе поисков существуют вулканические скальные по­роды того же возраста, что и интрузивные тела в породах)?

Почему

Я пытаюсь определить картину глубинных пластов в области исследования. Существование вулканических пород одного воз­раста— важный признак выхода искомых пород на поверхность. Искомый объект (МПРА) должен лежать, как правило, ниже (т. е. находиться на большей глубине) вулканических пород одного возраста.

28: В какой степени вы уверены в том, что: (* В районе поисков существуют вулканические скальные по­роды того же возраста, что и интрузивные тела)?

3

…

…

32: В какой степени вы уверены в том, что: (* В интрузивных породах содержится кварцевый монцо­нит)?

4

PROSPECTOR отмечает противоречия в ответах пользователя, так как информация в строке 4 должна быть согласована с ответом на воп­рос 32. Пользователь решает пересмотреть свое бо­лее раннее утверждение.

** Этот ответ представляется противоречащим вашим преды­дущим ответам на следующие вопросы:

4: (кварцевый монцонит) (2)

Вы хотите изменить ваш ответ на вопрос 32?

Нет

Новый ответ на вопрос 4 =?

4

33: В какой степени вы уверены, что:

(* В интрузивных породах содержится гранодиорит)?

Задав еще 44 вопроса, PROSPECTOR решает, что ин­формации достаточно, чтобы сделать заключение о том, что регион содержит месторождение типа А медно-порфировых руд (МПРА).

3

…

…

На шкале от –5 до 5 наша уверенность, что имеется место­рождение (МПРА), равно 1.683. В итоге мы обнаружили сле­дующее:

Основные заключения в пользу гипотезы:

– Соответствующее геологическое строение региона (3.576)

– Соответствующее петро-тектоническое окружение (3.333)

– Соответствующая интрузивная система для МПРА (1.683)

Первые четыре наблюдения, поддерживающие гипотезу, суть:

– В исследуемом регионе есть система гранитных интру­зий (5.0)

– В пределах активной континентальной окраины име­ются гранитные интрузии (5.0)

– Здесь же наблюдаются эвгеосинклинальные метамор-физованные осадочные и вулканические породы от позднего палеозоя до раннего мезозоя (5.0)

– Наблюдаются измененные породы (5.0)

Существуют много других наблюдений в пользу гипотезы;

хотите рассмотреть еще какие-нибудь из них?

Нет

Я не могу больше ничего сделать с этой гипотезой; хотите рассмотреть еще какую-нибудь?

Хватит.