Структура и режимы работы экспертных систем

Типичная экспертная система состоит из следующих основных компонентов: инженера знания, подсистемы приобретения и накопления знаний, базы знаний, рабочей области (базы данных — БД), создателя заключения (решателя, интерпретатора), подсистемы пояснений, интерфейса пользователя и пользователя.

Чтобы спроектировать экспертную систему, специалист, называемый инженером знания (специально подготовленный системный аналитик), очень тесно работает с одним или большим количеством экспертов в изучаемой области. Инженеры знания пробуют узнавать все относительно способа, с помощью которого эксперт принимает решения.

Подсистема приобретения и накопления знаний помогает инженерузнания в регистрации правил заключения и параметров в базе знаний. Знание, полученное инженером знания, затем с помощью подсистемы приобретения и накопления знаний регистрируется в компьютерную систему, в спе­циализированном формате, в блоке, названном базой знаний.

База знаний в экспертной системе предназначена для хранения долгосрочных данных, описывающих рассматриваемую область (а не текущих данных), правил, описывающих целесообразные преобразования данных этой области и заключения.

Рабочаяобласть (база данных - БД) предназначена для хранения исходных и промежуточных данных решаемой в текущий момент задачи.

Создатель заключения (решатель, интерпретатор), используя исходные данные из рабочей памяти и знания из базы знаний, формирует такую последовательность правил, которая будучи применима к исходным данным, приводит к решению задачи. Один и тот же создатель заключения может использоваться для многих различных экспертных систем с различной базой знаний.

Подсистема пояснений объясняет, как система получила решения задачи (или почему она не получила решения) и какие знания она при этом использовала, что облегчает эксперту-пользователю тестирование системы и повышает доверие пользователя к полученному результату.

Интерфейс пользователя (диалоговый компонент) ориентирован на организацию дружелюбного общения со всеми категориями пользователей, как в ходе решения задач, так и приобретении знаний, объяснения результатов работы.

В разработке экспертной системы участвуют представители следующих специальностей:

- эксперт в той проблемной области, задачи которой будет решать ЭС;

- инженер по знаниям, т. е. специалист по разработке ЭС;

- программист, т. е. специалист по разработке инструментальных средств.

Необходимо отметить, что отсутствие среди участников разработки инженера по знаниям (т. е. замена его программистом) либо приводит к неудаче процесс создания ЭС, либо значительно удлиняет его.

Эксперт определяет знания (данные и правила), характеризующие проблемную область, обеспечивает полноту и правильность введенных в ЭС знаний.

Инженер по знаниям помогает эксперту выявить и структурировать знания, необходимые для работы ЭС, осуществляет выбор того инструментального средства, которое наиболее подходит для данной проблемной области, и определяет способ предоставления знаний в этой ЭС, выделяет и программирует (традиционными средствами) стандартные функции (типичные для данной проблемной области), которые будут использоваться в правилах, вводимых экспертом.

Программист разрабатывает инструментальное средство, содержащее в пределе все основные компоненты ЭС, осуществляет сопряжение инструментального средства с той средой, в которой оно будет использовано.

Экспертная система работает в двух режимах: приобретения знаний и решения задач (называемых также режимом консультации или режимом использования ЭС).

В режиме приобретения знаний общение с ЭС осуществляется через инженера по знаниям (эксперта). Эксперт описывает проблемную область в виде совокупности данных и правил. Данные определяют объекты, их характеристики и значения, существующие в области экспертизы. Правила определяют способы манипулирования данными, характерные для рассматриваемой проблемной области. Эксперт, используя компонент приобретения знаний, наполняет систему знаниями, которые позволяют ЭС в режиме решения самостоятельно решать задачи из проблемной области.

Важную роль в режиме приобретения знаний играет объяснительный компонент — эксперт на этапе тестирования локализует причины неудачной работы ЭС, что позволяет эксперту целенаправленно модифицировать старые или вводить новые знания. Обычно объяснительный компонент сообщает следующее:

• как правила используют информацию пользователя;

• почему использовались или не использовались данные или правила;

• какие были сделаны выводы и т. п.

В режиме консультации общение с ЭС осуществляет конечный пользователь, которого интересует результат и (или) способ получения решения. Пользователь в зависимости от назначения ЭС может не быть специалистом в данной проблемной области, в этом случае он обращается к ЭС за советом, не умея получить ответ сам, или быть специалистом, в этом случае он обращается к ЭС, чтобы либо ускорить процесс получения результата, либо возложить на ЭС рутинную работу.

В режиме консультации данные о задаче пользователя обрабатываются диалоговым компонентом, который выполняет следующие действия:

распределяет роли участников (пользователя и ЭС) и организует их взаимодействие в процессе кооперативного решения задачи;

преобразует данные пользователя о задаче, представленные на привычном для пользователя языке, во внутренний язык системы;

преобразует сообщения системы, представленные во внутреннем языке, в сообщения на языке, привычном для пользователя.

После обработки данные поступают в рабочую область. На основе входных данных из рабочей области, общих данных о проблемной области и правил из базы знаний решатель (интерпретатор) формирует решения задачи.

В отличие от традиционных программ ЭС в режиме решения задачи не только исполняет предписанную последовательность операций, но и предварительно формирует ее. Если ответ ЭС не понятен пользователю, то он может потребовать объяснения, как получен ответ.