Экспертные системы Цель исследований по экспертным системам —

Экспертные системы Цель исследований по экспертным системам - в разработке программ (устройств), которые при решении задач, трудных для эксперта-человека, получают результат, не уступающий по качеству и эффективности решениям, получаемым экспертом. Эксперт - человек, который благодаря обучению и опыту, обладая огромными познаниями и пользуясь различными приемами и уловками, выполняет свою работу не просто профессионально, но к тому же уверенно и эффективно.

Неформализованные задачи Ø задачи не могут быть заданы в числовой форме; Ø цели не могут быть выражены в терминах точно определенной целевой функции; Ø не существует алгоритмического решения задачи, либо существует, но его нельзя использовать из-за ограниченности ресурсов.

неформализованных задач v ошибочность, неоднозначность, неполнота, противоречивость исходных данных, знаний о ПО и решаемой задаче; v большая размерность пространства решения, т. е. перебор при поиске решения весьма велик; v динамически изменяющиеся данные и знания.

компонента взаимодействия Архитектура Экспертной Системы компонента объяснений РП интерпретатор компонента приобретения знаний БЗ

Цикл работы интерпретатора ЭС РП Выборка БЗ Сопоставление активный набор правил Разрешение конфликтов конфликтный набор правил Выполнение выбранное правило память состояний интерпретатора

взаимодействия Пользователей ЭС объединяет 2 принципа: - языком общения является ограниченный естественный язык, а не формальный язык программирования; -процесс взаимодействия представляет собой разветвленный диалог, в котором инициатива переходит от одного участника к другому. Основные функции компоненты взаимодействия: 1) организовать диалог “пользователь - эксперт”; 2) осуществить обработку отдельного сообщения.

Грайса 1) постулаты количества информации (“Высказывание должно быть настолько информативным, насколько этого требуют текущие цели коммуникации”); 2) постулаты качества информации (“Пытаться говорить правду”); 3) постулат релевантности; 4) постулаты способа выражения (“Избегай неясных выражений”, “Избегай неоднозначности”, “Будь краток”, “Будь упорядочен”).

ЭС можно считать дружественной, если компонента взаимодействия имеет следующие свойства: - адекватность системе - релевантность - самообъяснение - безизбыточность - терпимость к ошибкам - устойчивость к аппаратным сбоям компьютера

объяснений Причины появления компоненты объяснений: 1) Из-за сложности системы было бы неправильным надеяться, что пользователь будет знать и понимать все возможности системы. Данное звено оказывает интеллектуальную помощь. 2) Т. к. ЭС работают в слабо формализованных областях и нет твердой гарантии достоверности результата, пользователь должен сам иметь возможность убедиться в достоверности и логичности получаемых решений.

Компонента объяснений должна ориентироваться на разные типы пользователей 1) пользователи-неспециалисты в области экспертизы, решающие некоторую задачу из этой области. Цель компоненты объяснений - обеспечить взаимопонимание пользователя и ЭС. 2) пользователи-специалисты в области экспертизы, желающие сократить трудоемкость получения результата. Цель компоненты объяснений - обеспечить доверие к результату. 3) “студенты”, т. е. пользователи, которые с помощью ЭС хотят обучиться методам решения задач из области экспертизы. Цель компоненты объяснений - обучение. 4) эксперты - высококвалифицированные специалисты, цель которых - осуществить отладку знаний. Цель компоненты объяснений - локализация ошибок в знаниях. 5) инженеры по знаниям и программисты, их цель - отладка ЭС. Цель компоненты объяснений - локализация ошибок функционирования ЭС.

Задачи ЭС (1) Интерпретация – анализ данных с целью определения их смысла. Особенности: 1) Зашумленные и ошибочные данные. 2) В рамках одной задачи данные могут оказаться в очевидном противоречии, т. е. интерпретатор должен выдвигать гипотезы о том, каким данным доверять. 3) Важно значение объяснительной компоненты, т. к. цепочки рассуждений могут быть достаточно длинными.

Задачи ЭС (2) Диагностика - процесс поиска неисправности в системе, основанный на интерпретации данных. Все особенности интерпретирующих систем справедливы и для диагностических. Кроме того, для диагностики характерны следующие проблемы: 1) Одни дефекты маскируются наложением симптомов других дефектов. 2) Дефекты могут проявляться лишь временами (т. н. сбои), иногда для проявления дефектов требуется сильное воздействие. 3) Некоторые данные о системе могут быть малодоступны, дорогостоящи или сопряжены с опасностями => большую роль играет выбор измерений.

Задачи ЭС (3) Мониторинг - непрерывная интерпретация сигналов и выдача оповещений при возникновении ситуаций, требующих вмешательства. Основная особенность - это система реального времени!

Задачи ЭС (4) Прогнозирование - определение вероятных последствий заданных ситуаций. Особенности: 1) Соединение в единое целое неполной информации. 2) Должны рассматриваться различные варианты будущего. 3) Должны использоваться максимально разнообразные данные, а вероятности событий носить условный характер.

Задачи ЭС (5) Проектирование - разработка конфигурации объектов с учетом набора ограничений, присущих проблеме. Особенности: 1) В сложных системах задача разбивается на подзадачи; 2) Велика роль компоненты объяснения; 3) Часто требуются большие вычислительные мощности, т. к. необходимо решать сложные пространственные задачи.

Задачи ЭС (6) Планирование - разработка программы действий, которые следует выполнить для достижения поставленной цели. Особенности: 1) Способность к возврату при нарушении ограничений задачи; 2) Умение в условиях наличия множества деталей выбрать приоритетные направления.

Комбинированные задачи ЭС 7) Ремонт – действие по плану, предписывающему некоторые рецепты восстановления. Включает диагностику и планирование. 8) Обучение – диагностика и коррекция поведения обучаемого. Включает диагностику, мониторинг и планирование. 9) Управление – адаптивное руководство поведением системы. Включает диагностику, мониторинг, прогноз и планирование.

Методы решения экспертных задач Простейший случай характеризуется следующими ограничениями: а) Данные и знания должны быть надежными. б) Данные и знания должны быть неизменяемыми. в) Пространство возможных решения должно быть небольшим.

Работа с ненадежными исходными данными и знаниями. 1. Псевдовероятностный подход. Недостаток подхода - субъективизм при назначении коэффициентов уверенности. Часто при работе с псевдовероятностным подходом применяют формулу Байеса для условных вероятностей. НО, сложно вычислять условные вероятности. 2. Использование нечеткой логики Заде. 3. Точные подходы для работы с неточной информацией, например, работа с пересмотром убеждений.

Работа с данными, изменяющимися во времени. 1. Ситуационное исчисление. Основная идея - включение специальной ситуационной переменной в описание событий. 2. Явное указание временных интервалов в правилах. Большое пространство решений. Разбиение пространства решений на несколько абстрактных пространств, в которых задача решается независимо. Действия внутри каждой подзадачи сильно меняются от случая к случаю, но состав и порядок решения задач остается неизменным. Специальная группа правил регулирует зависимость решения одной подзадачи от результатов другой.

Разработка ЭС должна быть возможна. Для этого: а) задача должна быть понятна, т. е. для ее решения можно воспользоваться какими-то конкретными методами; б) задача должна обладать конечной сложностью; в) задача должна требовать интеллектуального труда, а не только физической работы; г) в области построения ЭС должны быть эксперты, которые могут передать свои знания ЭС; д) эксперты должны сходиться по конечному результату задачи.

Разработка ЭС должна быть оправдана: а) эксперты недоступны или не в состоянии выполнить работу ИЛИ б) утрачивается человеческий опыт в решении задачи ИЛИ в) принятие экспертных решений в неблагоприятных человеку условиях.

Разработка ЭС должна быть целесообразна: а) задача должна предполагать символьную обработку; б) задача должна основываться на эвристических алгоритмах; в) задача должна быть достаточно сложной, иначе усилия по разработке ЭС будут неэффективны; г) задача должна обладать достаточной широтой постановки.

Этапы разработки ЭС переформулирование перепроектирование уточнение Идентификация Формализация Концептуализация требования концепции Тестирование Реализация структуры программы

Стадии существования ЭС. 1) Демонстрационный прототип - решается часть задач, демонстрируя жизнеспособность применения ЭС. Срок разработки ~ 3 месяца. БЗ ~ 50 -100 правил. 2) Исследовательский прототип - решаются все задачи, но работа неустойчива и не полностью проверена. Срок разработки ~ 1 -2 года. БЗ ~ 200 -500 правил. 3) Действующий прототип - надежно решаются все задачи, но требуется много ресурсов. Срок разработки ~ 2 -3 года. БЗ ~ 500 -1000 правил. 4) Промышленная система - высокое качество при минимуме ресурсов. Срок разработки ~ 2 -4 года. 5) Коммерческая система - система, предназначенная для продажи и работающая независимо от поддержки разработчиков. На ее разработку уходит обычно 3 -6 лет.