Экспертные системы Создание экспертной системы Экспертные системы Лекция

Экспертные системы Создание экспертной системы Экспертные системы Лекция 5. В. И. Корольков 1

Экспертные системы Определение и структура Экспертные системы (ЭС) — это сложные программные комплексы, аккумулирующие знания специалистов в конкретных предметных областях и тиражирующие этот эмпирический опыт для консультаций менее квалифицированных пользователей. Структура экспертной системы Экспертные системы Лекция 5. В. И. Корольков 2

Экспертные системы Пользователь — специалист предметной области, для которого предназначена система. Обычно его квалификация недостаточно высока, и поэтому он нуждается в помощи и поддержке своей деятельности со стороны ЭС. Инженер по знаниям — специалист в области искусственного интеллекта, выступающий в роли промежуточного буфера между экспертом и базой знаний. Синонимы: когнитолог, инженер-интерпретатор, аналитик. Интерфейс пользователя — комплекс программ, реализующих диалог пользователя с ЭС как на стадии ввода информации, так и при получении результатов. База знаний (БЗ) — ядро ЭС, совокупность знаний предметной области, записанная на машинный носитель в форме, понятной эксперту и пользователю (обычно на некотором языке, приближенном к естественному). Параллельно такому «человеческому» представлению существует БЗ во внутреннем «машинном» представлении. Экспертные системы Лекция 5. В. И. Корольков 3

Экспертные системы Решатель — программа, моделирующая ход рассуждений эксперта на основании знаний, имеющихся в БЗ. Синонимы: дедуктивная машина, машина вывода, блок логического вывода. Подсистема объяснений — программа, позволяющая пользователю получить ответы на вопросы: «Как была получена та или иная рекомендация? » и «Почему система приняла такое решение? » Ответ на вопрос «как» — это трассировка всего процесса получения решения с указанием использованных фрагментов БЗ, то есть всех шагов цепи умозаключений. Ответ на вопрос «почему» — ссылка на умозаключение, непосредственно предшествовавшее полученному решению, то есть отход на один шаг назад. Интеллектуальный редактор БЗ — программа, представляющая инженеру по знаниям возможность создавать БЗ в диалоговом режиме. Экспертные системы Лекция 5. В. И. Корольков 4

Экспертные системы Примеры диалогов в экспертной системе Медицинская диагностика MYCIN: Моя рекомендация будет основываться на возможных типах инфекции и потенциальных путях проникновения возбудителей инфекции. Возбудителями заболевания могут быть следующие микроорганизмы: 1) pseudomonia aeruginosa; 2) klebsellia pneumoniae; 3) escherichia coli; 4) bacteroi'des fragilis; 5) enterobacter; 6) proteus non mirabiiis. Пользуясь шкалой от 0 до 4, как вы оцениваете серьезность заболевания Фреда Смита? Пользователь: 3. MYCIN: Наблюдаются ли у Ф. Смита аллергические реакции на какой либо антибиотик? Пользователь: Нет. MYCIN: Вес пациента в килограммах? Пользователь: 70. Экспертные системы Лекция 5. В. И. Корольков 5

Экспертные системы MYCIN: Моя первая рекомендация состоит в следующем: для того, чтобы охватить варианты болезни 1— 6, давать клиндамицин в дозах по 595 мг в течение 14 дней. Возможно, вы хотите исключить использование некоторых медикаментов? Пользователь: Да, клиндамицина. MYCIN: Для того чтобы охватить варианты 2— 6, давайте хлорамфеникол (левомицитин) в дозах по 1 г в течение 14 дней. При этом: 1. Следите за уровнем лейкоцитов у пациента. Для того чтобы охватить вариант 1, давайте гентамицин в дозах по 119 мг в течение 10 дней. 2. Измените дозу в случае почечной недостаточности. Экспертные системы Лекция 5. В. И. Корольков 6

Экспертные системы Объяснение системой хода своего рассуждения MYCIN: Произошло ли инфицирование больного в больнице? Пользователь: Почему? TEIRESIAS. (Почему важно это знать? ) Это поможет определить, к какой категории относится микроорганизм, ответственный за инфекцию. Уже установлено, что, во первых, организм грамотрицателен; во вторых, это бактерия и, в третьих, она аэробна или анаэробна. Следовательно, заражение произошло не во время пребывания в больнице. Почти наверное (0, 8), что организм относится к категории энтеробактерий; более того, возможно (0, 1 — правило 37), что это pseudomonia aeruginosa. Экспертные системы Лекция 5. В. И. Корольков 7

Экспертные системы Пользователь: Почему вы не предположили возможности того, что причиной заболевания является стрептококк? TEIRESIAS: Для того чтобы идентифицировать организм как стрептококк, нужно было бы использовать правило 33, но уже известна сложность его второй предпосылки, а именно «морфологический тип — оболочка» , поэтому правило 33 не применимо. Экспертные системы Лекция 5. В. И. Корольков 8

Экспертные системы Классификация экспертных систем Экспертные системы Лекция 5. В. И. Корольков 9

Экспертные системы Классификация по связи с реальным временем • Статические ЭС разрабатываются в предметных областях, в которых база знаний и интерпретируемые данные не меняются во времени. Они стабильны. Пример: Диагностика неисправностей в автомобиле. • Квазидинамические ЭС интерпретируют ситуацию, которая меняется с некоторым фиксированным интервалом времени. Пример Микробиологические ЭС, в которых снимаются лабораторные измерения с технологического процесса один раз в 4 5 часов (производство лизина, например) и анализируется динамика полученных показателей по отношению к предыдущему измерению. • Экспертные системы Лекция 5. В. И. Корольков 10

Экспертные системы Динамические ЭС работают в сопряжении с датчиками объектов в режиме реального времени с непрерывной интерпретацией поступающих в систему данных. Примеры: Управление гибкими производственными комплексами, мониторинг в реанимационных палатах. • Классификация по типу ЭВМ На сегодняшний день существуют: ЭС для уникальных стратегически важных задач на супер. ЭВМ(Эльбрус, CRAY, CONVEX и др. ); ЭС на ЭВМ средней производительности (типа ЕС ЭВМ, mainframe); ЭС на символьных процессорах и рабочих станциях (SUN, Silicon Graphics, APOLLO); ЭС на мини и супермин ЭВМ (VAX, micro VAX и др. ); ЭС на персональных компьютерах (IBM PC, MAC II и т. п. ). Экспертные системы Лекция 5. В. И. Корольков 11

Экспертные системы Классификация по степени интеграции с другими программами Автономные ЭС работают непосредственно в режиме консультаций с пользователем для специфически «экспертных» задач, для решения которых не требуется привлекать традиционные методы обработки данных (расчеты, моделирование и т. д. ). Гибридные ЭС представляют программный комплекс, агрегирующий стандартные пакеты прикладных программ (например, математическую статистику, линейное программирование или системы управления базами данных) и среде манипулирования знаниями. Это может быть интеллектуальная надстройка ППП (пакетами прикладных программ) или интегрированная среда для решения сложной задачи с элементами экспертных знаний. Экспертные системы Лекция 5. В. И. Корольков 12

Экспертные системы Коллектив разработчиков Под коллективом разработчиков (КР) будем понимать группу специалистов, ответственных за создание ЭС. В состав КР входят по крайней мере три человека — пользователь, эксперт и инженер по знаниям (+ программист). Экспертные системы Лекция 5. В. И. Корольков 13

Экспертные системы Технология быстрого прототипирования Прототипная система является усеченной версией экспертной системы, спроектированной для проверки правильности кодирования фактов, связей и стратегий рассуждения эксперта. Стадии разработки прототипа ЭС Экспертные системы Лекция 5. В. И. Корольков 14

Экспертные системы Идентификация проблемы — знакомство и обучение членов коллектива разработчиков, а также создание неформальной формулировки проблемы. Извлечение знаний — получение инженером по знаниям наиболее полного из возможных представлений о предметной области и способах принятия решения в ней. Структурирование (или концептуализация) знаний — разработка неформального описания знаний о предметной области в виде графа, таблицы, диаграммы или текста, которое отражает основные концепции и взаимосвязи между понятиями предметной области (поле знаний). Формализация знаний — разработка базы знаний на языке представления знаний, который, с одной стороны, соответствует структуре поля знаний, а с другой — позволяет реализовать прототип системы на следующей стадии программной реализации. Экспертные системы Лекция 5. В. И. Корольков 15

Экспертные системы Реализация — разработка программного комплекса, демонстрирующего жизнеспособность подхода в целом. Чаще всего первый прототип отбрасывается на этапе реализации действующей ЭС. Тестирование — выявление ошибок в подходе и реализации прототипа и выработка рекомендаций по доводке системы до промышленного варианта. демонстрационный прототип — действующий прототип — промышленная система — коммерческая система Экспертные системы Лекция 5. В. И. Корольков 16

Экспертные системы Переход от прототипа к промышленной экспертной системе Система Демонстрационный прототип ЭС Исследовательский прототип ЭС Действующий прототип ЭС Промышленная система Коммерческая система Описание Система решает часть задач, демонстрируя жизнеспособность подхода (несколько десятков правил или понятий) Система решает большинство задач, но неустойчива в работе и не полностью проверена (несколько сотен правил или понятий) Система надежно решает все задачи на реальных примерах, но для сложной задачи требует много времени и памяти Система обеспечивает высокое качество решений при минимизации требуемого времени и памяти; переписывается с использованием более эффективных средств представления знаний Промышленная система, пригодная к продаже, то есть хорошо документирована и снабжена сервисом Экспертные системы Лекция 5. В. И. Корольков 17