Что такое экспертная система

ЭКСПЕРТНЫЕ СИСТЕМЫ И ИХ ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

Первым шагом в решении любой проблемы является определение области решаемой проблемы. Такой подход целесообразно использовать как для разработки искусственного интеллекта (ИИ) в рамках программно-прагматического направления, так и в конвенциональном программировании. В настоящее время множество реальных проблем из окружающего мира решаются с помощью ИИ, и существует множество коммерческих приложений ИИ.

Хотя в настоящее время общие решения классических проблем ИИ, таких как перевод с одного естественного языка на другой, понимание речи, распознавание зрительных образов и др., еще не найдены, ограничения предметной области могут давать полезные решения. Например, несложно построить естественноязыковую систему, если входные предложения ограничены существительными, глаголами и объектами. Такие системы обеспечивают дружественный интерфейс в различных программных приложениях. Парсеры, встроенные в популярные компьютерные игры, проявляют высокую степень понимания естественного языка.

ИИ имеет широкий спектр применения (рис. 1.1). Экспертные системы (ЭС) успешно решают классические задачи программируемого интеллекта. Профессор Эдвард Фейгенбаум из Стэнфордского университета, пионер технологии экспертных систем, дал определение экспертной системы как "интеллектуальной компьютерной программы, которая использует знания и процедуры вывода для решения проблем, которые являются достаточно сложными, и требуют значительных человеческих знаний для их решения". То есть, экспертная система является компьютерной системой, которая имитирует (эмулирует) способности человека-эксперта в процессе принятия решений. Термин «имитирует» означает, что экспертная система должна действовать во всех отношениях, как человек-эксперт. Эмуляция – это гораздо больше, чем моделирование, которое необходимо только, чтобы действовать как реальный объект только в некоторых случаях.

Рисунок 1.1 – Некоторые области применения искусственного интеллекта

Хотя решатель проблем общего назначения по-прежнему еще не создан, экспертные системы хорошо работают в ограниченных областях. Доказательством этого служат многие приложения экспертных систем в бизнесе, медицине, науке и технике, а также множество опубликованных книг, журналов, конференций, посвященных экспертным системам.

Экспертные системы являются ветвью ИИ, которая делает возможным использование специальных знаний для решения проблем на уровне человека-эксперта. Эксперт это человек, который имеет опыт в определенной области. То есть, эксперт имеет знания или специальные навыки, которые не известны и не доступны для большинства людей. Эксперт может решить проблемы, которые большинство людей не могут решить, или может решить их более эффективно (но не дешево). В 1970-х годах, когда экспертные системы были впервые разработаны, они содержали исключительно экспертные знания. Тем не менее, термин экспертная система часто применяется сегодня для любой системы, которая использует технологию экспертных систем. Эта технология состоит из специальных языков экспертных систем, программ и технических средств, предназначенных для оказания помощи в разработке и реализации экспертных систем.

Знания в экспертных системах могут быть либо опытом или знаниями, которые обычно содержатся в опубликованных источниках информации - книгах, журналах, и которыми обладают компетентные люди. Термины экспертная система, система основанная на знаниях, или основанная на знаниях экспертная система часто используются как синонимы. Большинство людей используют термин экспертная система просто потому, что он короче, хотя экспертная система может только содержать только общие знания, а не эмпирические знания эксперта.

В системе, основанной на знаниях экспертов (рис. 1.2) пользователь вводит факты или другую информацию. Экспертная система обрабатывает их и формирует вывод в виде советов эксперта. Экспертная система состоит из двух основных компонентов: база знаний содержит знания, на основе которых машина вывода формирует выводы. Эти выводы являются ответами экспертной системы на запросы пользователей на выполнение экспертизы.

Рисунок 1.2 – Основные концепции функционирования ЭС

Системы, основанные на знаниях, могут использоваться в качестве интеллектуального помощника человека-эксперта. Такие интеллектуальные помощники разрабатываются на основе технологий экспертных систем и обладают соответствующими преимуществами. Чем больше знаний содержит интеллектуальный помощник, тем больше он повторяет действия эксперта. Таким образом, развитие интеллектуальных помощников может быть полезным этапом в создании полноценной экспертной системы. Кроме того, такая система-помощник может высвободить больше времени эксперта и ускорить решение проблемы. Интеллектуальные обучающие программы являются еще одним приложением искусственного интеллекта. В отличие от обычной компьютерной обучающей системы, интеллектуальные системы могут обеспечить контекстно-зависимые инструкции обучения.

Знания эксперта относятся только к одной предметной области, в отличие от знаний об общих методах решения проблем. Предметной областью является специальная ограниченная область проблемы, например, медицина, финансы, наука, или техника, и так далее, в которой эксперт может успешно решать проблемы. Экспертная система, как и человек-эксперт, как правило, предназначена для специалистов в одной предметной области. Например, вы обычно не приглашают эксперта в шахматах, для получения экспертных знаний о медицине. Мастерство в одной предметной области не переносятся автоматически на другую.

Между проблемой и областью знаний существует определенная связь (рис. 1.3). Знания эксперта о решении конкретных проблем называют областью знаний эксперта. Например, медицинская экспертная система, предназначенная для диагностики инфекционных заболеваний, содержит множество знаний об определенных симптомах, вызванных инфекционными заболеваниями. В этом случае областью знаний является медицина и состоит из знаний о заболеваниях, симптомах и лечении. Конкретная область знаний полностью включена в проблемную область.

Рисунок 1.3 – Проблемная область и область знаний

В известной области знаний экспертная система находит причины или делает выводы так же, как и человек-эксперт находит решение проблемы. То есть, с учетом введенных фактов выполняется логический вывод и делается заключение. Например, если вы в течение месяца, не получали сообщений от друга по электронной почте можно сделать вывод, что ему нечего вам сказать. Тем не менее, это лишь один из нескольких возможных выводов.

Как и в любой новой технологии, в технологии экспертных систем есть еще много не изученных аспектов. Таблица 1.1 отображает различные мнения участников технологии экспертных систем.

Таблица 1.1 – Различные точки зрения на технологию

Участник технологии	Вопрос
Менеджер	Для чего я ее могу использовать?
Технолог	Как наилучшим образом я могу ее реализовать?
Исследователь	Как я могу ее расширить?
Потребитель	Как это мне поможет? Оправданы ли хлопоты и расходы? Насколько она надежна?

Технолог может быть инженером по знаниям или разработчиком программного обеспечения, а технология может быть представлена аппаратным или программным обеспечением. При решении любой проблемы, это вопросы, на которые требуется найти ответы, иначе технология не будет успешно использована. Как и любой другой инструмент, экспертные системы могут иметь правильное и неправильное применение. По росту нашего опыта, мы можем оценить, правильно ли применяем ЭС.