Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - Экспертные системы - файл 1 модуль.doc


Лекции - Экспертные системы
скачать (75.3 kb.)

Доступные файлы (2):

1 модуль.doc356kb.16.12.2009 22:27скачать
2 модуль.doc101kb.16.12.2009 21:18скачать

содержание
Загрузка...

1 модуль.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
Тема1: Введение в ЭС.

1.1 Назначения и основные свойства экспертных систем

Основным назначением ЭС является разработка программных средств, которые при решении задач, трудных для человека, получают результаты, не уступающие по качеству и эффективности решения, решениям получаемым человеком-экспертом. ЭС используются для решения так называемых неформализованных задач, общим для которых является то, что:

  • задачи не могут быть заданы в числовой форме;

  • цели нельзя выразить в терминах точно определённой целевой функции;

  • не существует алгоритмического решения задачи;

  • если алгоритмическое решение есть, то его нельзя использовать из-за

  • ограниченности ресурсов (время, память).

Кроме того неформализованные задачи обладают ошибочностью, неполнотой, неоднозначностью и противоречивостью как исходных данных, так и знаний о решаемой задаче.

^ Экспертная система - это программное средство, использующее экспертные знания для обеспечения высокоэффективного решения неформализованных задач в узкой предметной области. Основу ЭС составляет база знаний (БЗ) о предметной области, которая накапливается в процессе построения и эксплуатации ЭС. Накопление и организация знаний - важнейшее свойство всех ЭС.





Знания являются явными и доступными, что отличает 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 ведёт к решениям творческим, точным и эффективным.

2) Наличие прогностических возможностей, при которых ЭС выдаёт 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.

3) Обеспечение такого нового качества, как институциональная память, за счёт 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 остаётся.

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.
^

1.2 Базовые функции экспертных систем


1. Приобретение знаний: это передача потенциального опыта решения проблемы от некоторого источника знаний и преобразование его в вид, который позволяет использовать эти знания в программе.

2. ^ Представление знаний: это отдельная область исследований, тесно связанная с философией формализма и когнитивной психологией. Предмет исследования в этой области — методы ассоциативного хранения информации, подобные тем, которые существуют в мозгу человека.

3. ^ Управление процессом поиска решения: При проектировании экспертной системы серьезное внимание должно быть уделено тому, как осуществляется доступ к знаниям и как они используются при поиске решения. Знание о том, какие знания нужны в той или иной конкретной ситуации, и умение ими распорядиться — важная часть процесса функционирования экспертной системы. Такие знания получили наименование метазнаний — т.е. знаний о знаниях.

4. ^ Разъяснение принятого решения: Исследователи, занимающиеся экспертными системами, разрабатывают методы представления информации о поведении программы в процессе формирования цепочки логических заключений при поиске решения.

Причина необходимости данной информации:

  1. пользователи, работающие с этой системой, нуждаются в доказательстве того, что решение программы корректно;

  2. инженеры, которые участвуют в формировании БЗ, должны убедиться, что сформулированные ими знания правильно применяются в программе;

  3. экспертам ПО также необходимо проследить ход рассуждений и способ использования тех сведений, которые с их слов были введены в БЗ;

  4. программисты, которые сопровождают, отлаживают и модернизируют систему, имеют возможность видеть на более высоком уровне то, что было построено на нижнем;

  5. менеджер системы, который использует эту экспертную технологию, несет ответственность за те решения, которые принимает программа, поэтому для него важно знать ход этих решений.
^

1.3 Состав и взаимодействие участников построения и эксплуатации экспертных систем


Познакомившись с тем, что такое экспертные системы и каковы их основные характеристики, попробуем теперь ответить на вопрос: "Кто участвует в построении и эксплуатации ЭС? ".

К числу основных участников следует отнести саму экспертную систему, экспертов, инженеров знаний, средства построения ЭС и пользователей. Их основные роли и взаимоотношение приведены на рис.2.



^ Экспертная система — это программное средство, использующее знания экспертов, для высокоэффективного решения задач в интересующей пользователя предметной области. Она называется системой, а не просто программой, так как содержит базу знаний, решатель проблемы и компоненту поддержки. Последняя из них помогает пользователю взаимодействовать с основной программой.

Эксперт — это человек, способный ясно выражать свои мысли и пользующийся репутацией специалиста, умеющего находить правильные решения проблем в конкретной предметной области. Эксперт использует свои приёмы и ухищрения, чтобы сделать поиск решения более эффективным, и ЭС моделирует все его стратегии.

^ Инженер знаний — человек, как правило, имеющий познания в информатике и искусственном интеллекте и знающий, как надо строить ЭС. Инженер знаний опрашивает экспертов, организует знания, решает, каким образом они должны быть представлены в ЭС, и может помочь программисту в написании программ.

^ Средство построения ЭС это программное средство, используемое инженером знаний или программистом для построения ЭС. Этот инструмент отличается от обычных языков программирования тем, что обеспечивает удобные способы представления сложных высокоуровневых понятий.

Пользователь — это человек, который использует уже построенную ЭС. Так, пользователем может быть юрист, использующий её для квалификации конкретного случая; студент, которому ЭС помогает изучать информатику и т. д. Термин пользователь несколько неоднозначен. Обычно он обозначает конечного пользователя. Однако из рис.2 следует, что пользователем может быть:

  • создатель инструмента, отлаживающий средство построения ЭС;

  • инженер знаний, уточняющий существующие в ЭС знания;

  • эксперт, добавляющий в систему новые знания;

  • клерк, заносящий в систему текущую информацию.

Важно различать инструмент, который используется для построения ЭС, и саму ЭС. Инструмент построения ЭС включает как язык, используемый для доступа к знаниям, содержащимся в системе, и их представления, так и поддерживающие средства – программы, которые помогают пользователям взаимодействовать с компонентой экспертной системы, решающей проблему.
^

1.4. Особенности построения и организации экспертных систем


Преимущества использования ЭС:

  1. ее постоянство – человеческая компетенция со временем может ослабевать, это может быть связано с перерывом в деятельности человека, что серъезно отражается на его профессиональных качествах;

  2. легкость передачи/воспроизведения – передача от 1 человека другому – это долгий процесс, а передача информации – это процесс копирования или передачи данных;

  3. устойчивость или воспроизведение результатов – результаты ЭС стабильны, в отличии от результатов человека-эксперта;

  4. стоимость – ЭС обходится намного дешевле, чем привлечение человека-эксперта.


Основой любой ЭС является совокупность знаний, структурированная в целях упрощения процесса принятия решения. Для специалистов в области искусственного интеллекта термин знания означает информацию, которая необходима программе, чтобы она вела себя "интеллектуально". Эта информация принимает форму фактов и правил. Факты и правила в ЭС не всегда либо истинны, либо ложные. Иногда существует некоторая степень неуверенности в достоверности факта или точности правила. Если это сомнение выражено явно, то оно называется "коэффициентом доверия".

^ Коэффициент доверия — это число, которое означает вероятность или степень уверенности, с которой можно считать данный факт или правило достоверным или справедливым.

Многие правила ЭС являются эвристиками, то есть эмпирическими правилами или упрощениями, которые способствуют ограничению поиска решения. Необходимость использования этих эвристик обусловлена тем, что решаемые задачи не поддаются математическому анализу или алгоритмическому решению. Алгоритмический метод гарантирует корректное решение задачи, тогда как эвристический метод даёт приемлемое решение в большинстве случаев.

Знания в ЭС организованы так, 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.

Такие ЭС получили название статических ЭС и имеют структуру, аналогичную рис.3. Эти ЭС используются в тех приложениях, где можно не учитывать изменения окружающего мира за время решения задачи.

Однако существует более высокий класс приложений, где требуется учитывать динамику изменения окружающего мира за время исполнения приложения. Такие экспертные системы получили название динамических ЭС и их обобщённая структура будет иметь вид, приведённый на рис.4.

По сравнению со статической ЭС в динамическую вводится ещё 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.

Пример ДЭС система G2 – базовый программный продукт, представляющий собой графическую, объектно-ориентированную среду для построения и сопровождения экспертных систем реального времени, предназначенных для мониторинга, диагностики, оптимизации, планирования и управления динамическим процессом.

Режимы работы ЭС:

1)режим приобретения знаний – работу с ЭС осуществляет эксперт при помощи инженера знаний. Эксперт описывает ПО в виде совокупности правил и фактов – он наполняет данную систему знаний. Этапы:

1)алгоритмизация

2) программирование

3) отладка систем – ее совершает программист

В отличие от традиционного подхода разработку осуществляет эксперт.

2) режим консультирования – взаимодействие с системой осуществляет обычный пользователь.
^

1.5. Отличие экспертных систем от традиционных программ


Особенности ЭС, отличающие их от обычных программ, заключаются в том, что они должны обладать:

1. Компетентностью, а именно:

  • Достигать экспертного уровня решений (т.е. в конкретной предметной области иметь тот же уровень профессионализма, что и эксперты-люди).

  • Быть умелой (т.е. применять знания эффективно и быстро, избегая, как и люди, ненужных вычислений).

  • Иметь адекватную робастность (т.е. способность лишь постепенно снижать качество работы по мере приближения к границам диапазона компетентности или допустимой надёжности данных).

2. Возможностью к символьным рассуждениям, а именно:

  • Представлять знания в символьном виде

  • Переформулировать символьные знания. На жаргоне искусственного интеллекта символ — это строка знаков, соответствующая содержанию некоторого понятия. Символы объединяют, чтобы выразить отношения между ними. Когда отношения представлены в ЭС они называются символьными структурами.

3. Глубиной, а именно:

  • Работать в предметной области, содержащей трудные задачи

  • Использовать сложные правила (т.е. использовать либо сложные конструкции правил, либо большое их количество)

4. Самосознанием, а именно:

  • Исследовать свои рассуждения (т.е. проверять их правильность)

  • Объяснять свои действия

5. Обычные программы разрабатываются так, чтобы каждый раз порождать правильный результат, то ЭС разработаны с тем, чтобы вести себя как эксперты. Они, как правило, дают правильные ответы, но иногда, как и люди, способны ошибаться.

6. Традиционные программы для решения сложных задач, тоже могут делать ошибки. Но их очень трудно исправить, поскольку алгоритмы, лежащие в их основе, явно в них не сформулированы. Следовательно, ошибки нелегко найти и исправить. ЭС исправить легче, т.к. они имеют потенциальную возможность учиться на своих ошибках.

7. ЭС моделирует не столько физическую природу ПО, сколько механизм мышления человека.

8. Знания в ЭС хранятся отдельно от программного кода, который формирует выводы и результаты.

9. При решении задач ЭС пользуются эвристическими и приближенными методами, а ПП – алгоритмами.

Отличие экспертных систем от программ из области искусственного интеллекта:

  1. Экспертные системы используют опыт человека-эксперта, а задачей искусственного интеллекта является исследования абстрактных математических проблем или их упрощение. Т.е. ЭС носят прикладной характер.

  2. Производительность экспертной системы, т.е. скорость получения результата и его достоверность. Экспертная система должна за приемлемое время найти решение, которое было бы не хуже, чем то, которое может предложить специалист в этой предметной области.

  3. Экспертная система должна обладать способностью объяснить, почему предложено именно такое решение, и доказать его обоснованность.

  4. Часто термин «система, основанная на знаниях», используется в качестве синонима термина экспертная система, хотя экспертная система — это более широкое понятие.


Тема2: Модели представления знаний.
^

2.1 Знания и их свойства


По определению философского словаря – это идеальное выражение в знаковой форме объективных свойств и знаний мира. В ЭС под знаниями понимается информация, которая отражает объективные свойства и связи некоторых объектов, процессов, сущностей и отношения м/у ними как в субъективном, так и в научном выражении.

Совокупность этих знаний представляет собой систему знаний, которая отображает целостное описание некоторой проблемы с достаточной степенью точности.

Целостность означает, что м/у отдельными сведениями сущ. такие связи., с пом. кот. можно из одних знаний получать др. В отличии от знаний данные не содержат таких связей м/у собой и они представляют собой единичные факты. Связанность м/у элементами обычно отображается в виде ориентированного графа. Общий результирующий связный граф представляет собой модель знаний. В ЭВМ знания отображаются в знаковой форме в виде файлов, информационных массивов и т.д.

Главное отличие знаний от данных в том, что знания постепенно приобретают свойства данным не присущие.


- внутренняя интерпретация – это свойство предполагает, что в ЭВМ хранятся не только сами данные, но и данные о данных (мета-данные), которые позволяют сод-но их интерпретировать. Эти данные организованы в виде двумерной таблицы, при этом в первой структуре хранятся мета-данные, а в остальных – сами данные. БД, структурированная т.о. еще не является БЗ, но уже выдает рез. на запросы пользователей.

- внутренняя структура связей – в качестве информационных единиц используются не сами данные, а их упорядоченные структуры. Такая структура соответствует фрейму. Фрейм содержит слоты.


Такая структура содержит 3 уровня вложенности: F- имя фрейма, S’ – название 1го слота, S’’ – название 2го слота, кот. включает в себя k др. слотов. Пример – 1ур. название отраслей экономики, 2ур. название видов экономики, 3ур. хар-ки видов отраслей. М/у слотами различных уровней могут быть установлены связи различных типов – родовитые, причинно-следственные.

- внешняя структура связей – характеризует способность объекта находиться в др. отношениях, т.е. вступать в ситуативную связь. Для отображения таких связей исп-ся отдельные слоты, в кот. указываются имена фреймов, с которыми есть связь и имя отношений, осуществляющих их. данная структура отображается в виде графа, вершинами кот. являются имена фреймов.

- шкалирование – предполагает введение соотношений м/ различными информационными единицами, т.е. их измерение по какой-то шкале. Шкалы бывают 3х видов: строгие метрические шкалы (по возрастанию, по категориям), размытые шкалы (плохо, хорошо, редко, часто), оппозиционные шкалы.

- наличие семантической метрики – используется для толкования понятий, для которых невозможно применить количественные шкалы. Она опирается на ситуативную связь и частоту появления понятий в тех или иных ситуациях.

Семантические метрики классифицируются на 4 вида:

1) значение

2) определяется связями данного понятия с др. в определенной ситуации

3) носит личностный смысл, кот. отражает сис-му взглядов эксперта

4) прагматический смысл – определяется текущими значениями по конкретной ситуации

- активность – позволяет получить новые знания. В обычной прикладной программе сосредоточено процедурное знание, оно хранит инфу о том, как надо обработать данные. Данные представляют собой декларированные знания (факты). т.о. в данном случае прогр играет роль активатора данных. В отличии от таких программ в ЭС наоборот декларированные знания являются активатором процедурных.
^

2.2. Понятие проблемной области. Задачи, решаемые в предметной области.


Понятие проблемная область включает предметную область и задачи, решаемые в этой области. ПО характеризуется совокупностью объектов и отношений м/д ними. В зависимости от особенностей проблемной области данные и знания, которые ее образуют, может быть точными, ошибочными, примерными, многозначными и т.д. Это приводит к тому, что ЭС должно работать не с одной, а с несколькими альтернативными областями, которые представлены в виде альтернативных пространствах.

ПО могут быть статистическими и динамическими.

^ Динамические области подразделяются на 3 вида:

  1. учитываются изменения местоположения объектов в пространстве, но сами объекты считаются неизменными во времени.

  2. учитываются изменения объектов во времени, но не рассматриваются изменения в пространстве.

  3. учитываются изменения и во времени и в пространстве.


Задачи, решаемые в предметной области:

а) задача анализа предметной области - задачи, которые осуществляют доопределение и переформулирование текущего состояния ПО. Они не преобразуют состояния ПО. Такие задачи решаются только в статичных ЭС, решения получаемые в ходе решения задач обладают свойством монотонности, т.е. они(данные) не удаляются и не добавляются в ПО.

б) задачи преобразования предметной области - в процессе решения этих задач одно состояние предметной области преобразовывается в другое, т.е. они способны преобразовывать данную область, но не могут вывести систему на новый уровень, за рамки данной области.

Текущее состояние области преобразовывается для того, чтобы поэтапно найти конечное состояние предметной области, которое способно решить поставленную задачу. Здесь данные не только добавляются в рабочую память, но и удаляются из нее, т.к. при переходе из одного состояния в другое необходимо удалять сведения для того, чтобы зафиксировать новое состояние.

Данный способ решения задачи может приводить к тупиковой ситуации, в котором решение не может быть найдено, хотя для исходного состояния оно существовало. Это готовит об ошибочности выбранного пути решения задачи и об необходимости выбора другого альтернативного пути.

в) задача определения или выбора предметной области.

В ходе решения таких задач система переходит из одной альтернативной области в др. Необходимо сначала решить первые две задачи, обеспечить полноту информации и устранить противоречия и наличия конфликтных ситуаций в ходе решения задачи.


Скачать файл (75.3 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации