ТЕМА 1 1 ЭКСПЕРТНЫЕ И УЧЕБНЫЕ СИСТЕМЫ Лекция

ТЕМА 1 1: ЭКСПЕРТНЫЕ И УЧЕБНЫЕ СИСТЕМЫ Лекция 18 LOGO

Лекция 18 Аннотация 11. 1. Основные понятия, компоненты и архитектура. 11. 2. Функциональные возможности и характеристика экспертных систем (ЭС). 11. 3. Системы дистанционного экономического обучения. 11. 4. Особенности использования средств дистанционного обучения в кейсовом методе.

11. 1 Основные понятия ЭС В 70 -х годах прошлого столетия основные усилия были сконцентрированы на разработке методов представления и методов поиска информации. Это было следствием трудностей обеспечения универсальности программы решения широкого круга задач, в результате чего основные усилия были сосредоточены на общих методах и приёмах программирования, которые были бы пригодны для более специализированных задач. Такой подход дал некоторые положительные результаты, но кардинального прогресса не обеспечил.

11. 1 Основные понятия ЭС И только в конце 70 -х годов начали развиваться специализированные системы, каждая из которых была экспертом в определенной предметной области, которые получили название экспертных систем (ЭC). В начале разработка и построение ЭС напоминала достижения в искусстве программирования, чем научную разработку. На современном этапе процесс построения ЭС стал намного чётче и понятнее вследствие его упорядочения на некоторых этапах формализации. ЭС составляют существенную составляющую систем ИИ. По сути ЭС являются компьютерными программами, моделирующие действия человека-эксперта в узкой предметной области на почве накопленных знаний, составляющих базу знаний (БЗ).

11. 1 Основные понятия ЭС Сформировалась технология построения ЭС, получившая название инженерии знаний. Процесс построения экспертной системы не дал ожидаемых результатов вследствие своей обобщённости - разработка универсальных программ оказалась неэффективной, поскольку чем шире круг задач, которые может решать программа, тем, больше требует специфической формы взаимодействия разработчика ЭC - инженера знаний - с одним или несколькими экспертами в предметной области, для которой создается система. Инженер знаний "добывает" из экспертов процедуры, стратегии, эмпирические правила, которые они используют при решении задач и "встраивает" эти знания в экспертную систему.

11. 1 Структура ЭС В состав ЭС входят типовые блоки: диалоговый процессор, база знаний, планировщик(проц. поиска). Новым блоком является подсистема объяснения (информ. банк). КП - конечный пользователь, Э – эксперт.

11. 1 Основные понятия ЭС Основной задачей подсистемы объяснения является помощь специалистам за счет использования знаний о проблемной области, полученных из самых разных источников: книг, пола, научно-технической документации, экспертов-специалистов и т. п. Т. О. , в ЭС хранится коллективный опыт, накопленный в данной проблемной области, например, в медицине или геологии, археологии или истории. ЭС выступают как эксперты-консультанты, когда специалист обращается к ним за помощью. Планировщик осуществляет поиск информации для консультации по запросу пользователя. Для рассеивания сомнений пользователя предусмотрена подсистема объяснения. Она следит за работой планировщика и описывает его деятельность в сжатой форме.

11. 1 Основные понятия ЭС В области работы со знаниями существуют следующие направления: • получение знаний из разных источников; • получение знаний от специалистов; • представления знаний; • оперирования знаниями; • поддержка принятия решений.

11. 1 Основные понятия ЭС Исследования в направлении извлечения знаний реализуются двумя разделами: формирование качественных знаний и интеграция знаний. Формализация качественных знаний заключается в создании методов, позволяющих переходить от знаний в текстовой форме к их аналогам, пригодным для введения в память и использования интеллектуальной системой. Интеграция знаний заключается в необходимости создания на основе полученных знаний из разных источников непротиворечивой и взаимосвязанной системы знаний о предметной области.

11. 1 Основные понятия ЭС Знания, полученные от экспертов, необходимо оценить с точки зрения соответствия их к тем знаниям, которые накоплены системой раньше, и формализовать (подготовить к вводу в систему). Кроме того знания, полученные от различных экспертов, могут быть противоположными, и поэтому возникает задача их согласования. Инженер знаний путем работы с экспертами (например путем повторного опроса) должен обеспечить непротиворечивость знаний, которые получает ЭС.

11. 1 Архитектура обработки знаний в интеллектуальных ЭС

11. 1 Архитектура обработки знаний в интеллектуальных ЭС Для хранения и использования знаний в ЭС создаются системы оперирования и представления знаний (БД), включающих в свой состав совокупность процедур, необходимых для записи знаний, получение их из памяти и поддержания их в рабочем состоянии. Процедуры оперирования знаниями подразделяются на следующие основные классы: a) пополнения знаний; b) классификация знаний; c) обобщение (агрегирование) знаний; d) вывод с помощью знаний.

11. 1 Архитектура обработки знаний в интеллектуальных ЭС Процедуры классификации обеспечивают системное хранения знаний в ЭС. Эти процедуры есть двух основных типов: 1) родовидовая классификация (по типу "часть - целое"); 2) ситуативная классификация (в одно множество объединяются знания, релевантные к некоторой типовой ситуации). Процедуры агрегации и абстрагирования приводят к абстрактным знаниям, не имеющих прямого прообраза в реальном мире. Во многих случаях абстрагирования отдельных фрагментов знаний об объектах или явлениях реализуется в процессе классификации. Обобщение может происходить на протяжении нескольких шагов, позволяя оперировать общими категориями и получать общие результаты.

11. 1 Архитектура обработки знаний в интеллектуальных ЭС В отличие от логических систем базы знаний и базы данных ЭС является принципиально открытыми системами, т. е. новая информация может изменить ситуацию, и сделанный ранее вывод может оказаться неверным. Открытость - это не только немонотонность выводов, но и отсутствие строгой аксиоматичности, как следствие представления знаний о предметных областях. В ЭС каждая предметная область использует собственные, специфические, истинные только в ней утверждения. Поэтому такие системы являются по сути квазиаксиоматическими, в которых в процессе длительного вывода возможна смена исходных аксиом, и как следствие изменение результата вывода.

11. 1 Архитектура обработки знаний в интеллектуальных ЭС Характерной для открытых ЭС является неполнота и нечеткость информации о предметной области и процессах, которые в ней происходят, и как следствие выводы в интеллектуальных системах имеют приближенный, правдоподобный характер в отличие от классических формально-логических систем. Т. о. достоверность вывода является лишь составляющей теории вывода, которая интенсивно развивается. Кроме того в ЭС целесообразно применить основные особенности размышлений и аргументации, характерных для людей, рассуждения по аналогии и ассоциациями, опыт специалистов по их профессиональным умениям в определенной предметной области.

11. 2 Основные характеристики ЭС: • накопление и организация знаний в ЭС; • знание - основа ЭС, они являются доступными, что отличает эти системы от большинства традиционных программ; • ЭС применяет для решения проблем высококачественный опыт квалифицированных экспертов. Именно высококачественный опыт в сочетании с умением его применять делает систему рентабельной; • наличие прогностических способностей. ЭС может объяснить каким образом новая ситуация привела к изменениям; • ведущие специалисты уходят, но их опыт остается и используется в ЭС; • ЭС можно использовать для обучения и тренировки.

11. 2 Преимущества ЭС: Человеческая компетентность Непрочная Тяжёлая для представления Трудно документирована Непредсказуемая Дорогая Искусственная компетентность Постоянная Лёгкая для представления Легко документирована Устойчивая Приемлемая по расходам Очевидны преимущества искусственной компетентности. Кроме того, эксперт - человек может принимать различные решения в тождественных ситуациях через эмоциональные факторы (влияние дефицита времени, влияние стресса).

11. 2 Почему необходимо оставить для человека место в системе? • Хотя ЭС хорошо справляются со своей работой, но в некоторых областях деятельности человеческая компетентность превосходит любую искусственную. Например, творчества. • Обучение: человеческая компетентность пока превосходит искусственную. Эксперты адаптируются к условиям, которые изменяются, приспосабливают свои стратегии к новым обстоятельствам. ЭС мало приспособлены к обучению новым концепциям и правилам. • Эксперты могут непосредственно воспринимать комплекс входной сенсорной информации (визуальной, звуковой, тактильной, обонятельной и тактильной). ЭС - только символы.

11. 2 Почему необходимо оставить для человека место в системе? • Эксперты - люди могут охватить картину в целом, все аспекты проблемы и понять, как они соотносятся с основной задачей. ЭС стремится сосредоточиться на самой задаче, хотя смежные задачи могут повлиять на решение основной. • Люди, эксперты и не эксперты, имеют то, что мы называем смыслом, или общедоступными знаниями. Знания здравого смысла включают знания о том, что вы знаете и чего не знаете. Поэтому ЭС чаще используются как советчики, как консультанты или помощники ОПР.

11. 2 Структура ЭС и её уточнения Функциональные возможности ЭС определяются двумя ее главными системными частями: средой развития и средой рекомендаций (использования). Среда развития используется разработчиком ЭС для построения компонентов и размещения знаний в БЗ. Среда рекомендаций используется не экспертами для получения экспертных знаний и советов.

11. 2 Структура ЭС и её уточнения

11. 2 Структура ЭС и её уточнения Три главные компоненты, которые проявляются в каждой ЭС - это БЗ, механизм заключения(вывода) и пользовательский интерфейс. Хотя ЭС могут содержать следующие компоненты: • подсистема извлечения знаний; • БЗ; • механизм заключения; • пользовательский интерфейс; • рабочая область; • подсистема объяснения; • подсистема верификации знаний.

11. 2 Структура ЭС и её уточнения Извлечение знаний является накоплением, передачей и преобразованием экспертиз решения задачи от экспертов или документированных источниках знаний компьютерной программой для конструирования или расширения БЗ. Потенциальные источники знаний включают экспертов, учебники, справочники, мультимедийные документы, базы данных, специальные исследовательские отчеты и информацию, доступную через Интернет. Инженер знаний помогает эксперту структурировать проблему отрасли путем интерпретации и объединения ответов человека на вопрос, проводя аналогии, предлагая примеры и, ыявляя концептуальные трудности.

11. 2 Структура ЭС и её уточнения База знаний содержит знания, необходимые для понимания, формулирования и решения задач. Она включает два основных элемента: 1) факты, такие как проблемная ситуация, и теоретические знания о проблемной области; 2) специальные эвристики - те правила, которые направляют использование знаний при решении специфических задач в отдельной отрасли.

11. 2 Структура ЭС и её уточнения Механизм вывода ( «управляющая структура» или «интерпретатор правил» ), является мозгом БЗ и тесно связанный с ней, является компьютерной программой, которая обеспечивает методологию для размышления об информации в БЗ и в рабочей области, а также для формулирования выводов. Механизм вывода имеет два главных элемента: • интерпретатор, выполняющий выбранные позиции агенды, используя соответствующие правила БЗ; • планировщик, поддерживающий управление агендой. Он оценивает результаты правил вывода, которые используются, в свете их приоритетов или иных критериев в агенде.

11. 2 Структура ЭС и её уточнения Пользовательский интерфейс. ЭС содержат языковой процессор для дружеского, проблемно-ориентированного общения между пользователем и компьютером. Общение наилучшим образом выполняется на естественном языке. Иногда оно дополняется меню и графикой. Рабочая область - это область, расположенная отдельно для описания текущей задачи, как определено входными данными. Она также используется для запоминания промежуточных гипотез и результатов. Можно запомнить три типа решений: 1) план (как решать задачу), 2) агенда (потенциальные действия, ждут исполнения) , 3) решения (гипотезы-кандидаты и альтернативные направления действий, которые система сгенерировала до сих пор).

11. 2 Структура ЭС и её уточнения Подсистема объяснения. Способность отслеживать соответствие выводов их источникам является решающим и проведении экспертизы, и при решении задачи. Подсистема объяснения может отслеживать такое соответствие и объяснять поведение экспертной системы интерактивно, отвечая на вопросы. Подсистема верификации и усовершенствования знаний. Эксперты обладают способностями анализировать свои собственные знания и их использование, обучаться от них и улучшать их для будущих консультаций. Аналогично, такая же эволюция необходима в компьютеризированном обучении: так, чтобы программа могла анализировать рассуждения под углом их успеха или неудачи. Это может привести к улучшениям и, как результат, к более точным БЗ и эффективного мышления.

11. 3 Системы дистанционного экономического обучения Электронное дистанционное обучение (E-Learning/ДО) одна из форм организации непрерывного учебного процесса, базирующаяся на компьютерных и телекоммуникационных технологиях, использующих лучшие педагогические традиции и инновационные методы обучения. Дистанционная форма предусматривает преимущественное обучение слушателей и построение ими знаний вне зависимости от места пребывания (на расстоянии от самого учебного заведения, учебной среды, вне непосредственного контакта с преподавателями и другими слушателями и т. п. ), с целью получения квалификации и навыков, сочетая потребность работать и учиться. Университеты начали с успехом сочетать стационарные (традиционные) и дистанционные (виртуальные) занятия (BLearning /смешенное обучение).

11. 3 Образовательная парадигма ДО • вся система обучения построена вокруг слушателя, а не вокруг преподавателя, как в традиционной модели; • практически отсутствуют барьеры, типичные для традиционной модели (географические, временные, возрастные и др. ); • изменена роль преподавателя и слушателя, практически сведена к минимуму «дистанция власти» ; • предел различия между образованием и тренингом становится все более размытой; • развитие партнерств и привлечение бизнеса и общественного сектора в процесс обучения; • взаимодействие между слушателями, слушателем и преподавателем требует специальной системы общения (виртуальный класс).

11. 3 Различие между мулимедийным дистанционным образованием Различия между мультимедийным учебным пособием статическим (даже при наличии элемента технической интерактивности) набором материалов на веб-сайте или CD -ROM - и дистанционного курса в сети Интернет, "душой" которого является общение между всеми задействованными субъектами процесса обучения. Роль преподавателя, в ДО выполняют фасилитатор или модератор, которые объединены под термином "инструктор" - тот, кто несет ответственность за организацию обучения по программе, в курсе, семинаре и т. д. Слушатель (студент или участник) является частью группы, он занимается по программе, изучающей курс, принимает

11. 3 Системы дистанционного экономического обучения Методика или педагогика для работы с содержанием является основой взаимодействия между слушателем и инструктором. Процесс оценки определяет степень успеха курса, достижение учебных целей и положительную или отрицательную реакцию слушателя. Учебный дизайн - это набор систематических процедур для разработки учебных материалов и создание учебной среды. Он сочетает теорию обучения с практикой подготовки эффективного преподавания. Проблема, с которой сталкивается электронное ДО- это независимость и изоляция слушателей. В ее решении помогает новый подход - конструктивистская концепция сетевого обучения (слушатели разделяют контроль и несут ответственность за конструирование собственных знаний)

11. 3 Сравнение роли участников учебного процесса Роль участников традиционной формы учебного процесса Роль участников дистанционной формы учебного процесса Участник Роль Информация Преподаватель Учитель Основной источник информации Слушатель Ученик Получатель информации Инструктор Гид Потеря монополии на информацию Контроль над результатом: соответствие знаний установленным нормам Отвечает за результат: соответствие знаний установленным нормам Направление и контроль над процессом построения знаний и овладения навыками Управление Управляет аудиторией Слушатель Соискатель Источник информации Отвечает за процесс построения знаний и овладения навыками Элемент совокупного Разрабатывает и Берёт активное субъекта управления организовывает, участие в стимулирует и информационно модерует м информационное взаимодействии взаимодействие между всеми субъектами обучения

11. 3 Критерии готовности ВУЗа или корпорации к внедрению ЭДО А. Организационные: • Готовность администрации вуза к изменениям, применению новых технологий для достижения стратегических учебных целей. • Желание учебного заведения расширить клиентскую базу, вводя дистанционно-модульные программы. • Наличие фондов и готовность инвестировать в инновационные проекты. • Предоставление административной поддержки преподавателям, внедряющих дистанционные формы обучения в свои образовательные услуги. • Наличие "чемпиона" в вузе, готового сделать первые шаги в этом направлении и "тянуть лямку" и т. д.

11. 3 Критерии готовности ВУЗа или корпорации к внедрению ЭДО Б. Технические: • Развитая информационная структура, базирующаяся на компьютерных технологиях и коммуникационных сетях (компьютерная культура). • Программное обеспечение и авторские права на содержание курсов (культура авторских прав).

11. 3 Критерии готовности ВУЗа или корпорации к внедрению ЭДО В. Методологические: • Развитая система переподготовки преподавателей и желание самих преподавателей соответствовать современным требованиям к образованию и поддерживать свою конкурентоспособность; • Существует в корпорации, вузе понимание того, что широкомасштабная переработка курса и его адаптация для преподавания через Интернет требует сотрудничества между преподавателями, ИТ-персоналом, методистами и администрацией как на этапе планирования, так и на этапе внедрения ДО.

11. 3 Преимущества для ЭДО слушателей: • Гибкость ДО дает возможность учиться в соответствии с собственным графиком, в оптимальном темпе; • Круглосуточный доступ; • Возможность расширить сеть контактов с другими участниками - преподавателями, представителями деловых кругов в области, интересующей слушателя; • Отсутствие необходимости приходить на занятия, виртуальная аудитория "переносится" к слушателю на рабочее место или домой.

11. 3 Преимущества ЭДО для преподавателей и экспертов: • те же, что и у слушателя, а кроме того - возможность расширить сеть консультирования (аудитория ограничена); • профессиональное развитие и возможность постоянно пополнять и качественно улучшать курс (кейс) (а также учебные материалы); • возможность приглашать на курс экспертов и других преподавателей со всего мира; • имидж и конкурентоспособность.

11. 3 Преимущества ЭОД для корпораций, ВУЗа: • оставаться конкурентоспособным; • работать не только со слушателями, но и с потенциальными слушателями - абитуриентами; • приглашать лучших и известных преподавателей даже из других регионов страны и из-за границы; • предоставлять учебные услуги слушателям, которые, по определенным причинам не могут посещать традиционные аудиторные занятия; • значительно расширить слушательскую базу, не привязываясь к определенному месту расположения; • сотрудничать с другими компаниями, коммерческими банками учебными заведениями и бизнес-структурами; • эффективно применять новейшие технологии; • улучшить общее качество преподавания и обучения благодаря постоянному повышению квалификации персонала.

11. 4 Особенности использования средств ДО в кейсовом методе В 1998 г. Inter. Systems выпустила на рынок новый продукт Cache'-технологию - интегрированная среда, постреляционная база для эффективной разработки приложений. Cache'-технология от Inter. Systems является полностью интегрированной высокопроизводительной СУБД, основанной на Транзакционной Многомерной Модели Данных (ТММД). Она обеспечивает одновременную работу практически любого числа клиентов без потери производительности, при относительно небольших затратах.

Архитектура Cache’ 11. 4 ODBC Visual Cache’ Web. Link Cache’ Object. Script/Java/C++ Прямий доступ SQL Об’єктний доступ Транзакционное ядро СУБД Протокол Распределённого Кеша Поддержка ODBC обеспечивает совместимость с SQLстандартом. Visual Cache предоставляет доступ к объектам Cache' с Visual Basic и другими средствами разработки. Weblink поддерживает доступ из Web-приложений в базу данных Cache' Object. Script - это объектноориентированный язык. Кроме того, объекты Cache' могут создаваться и изменяться с использованием Java и C + +.

11. 4 Архитектура Cache’ Три способа доступа к базе данных - прямой, реляционный и объектный, обеспечивают производительность, межсистемное взаимодействие и быструю разработку приложений. Транзакционное ядро обеспечивает высокую производительность и масштабируемость прикладных систем. Протокол распределённого Кеша расширяет масштабируемость приложений "клиент-сервер" и обеспечивает "прозрачный" доступ к базе данных в сетях любого размера. Метод ситуационного обучения (кейс-метод (КМ)) подтвердил свою высокую эффективность и результативность в проведении дистанционных занятий. КМ - та же инновация с точки зрения методологии, и ДО - с точки зрения технологии, кроме того, они отлично дополняют друга.

11. 4 Основные формы учебной схемы Схема обучения 1: Линейное обучение - дает пользователю возможность навигации по линейной схеме (рецептивное обучения). В этом варианте обучения слушатель не получает поддержки, касающийся применения приобретенных навыков. Чаще слушатель учится самостоятельно и не привязан к прогрессу других участников курса. Схема обучения 2: Активное обучение - предлагает слушателю выбор, как организовать нахождение доступных знаний самому, для того, чтобы проанализировать кейс, выполнить проект в рамках ролевой игры и т. п. Курс концентрируется на практических проблемах.

11. 4 Стадии в процессе обучения с помощью кейс-метода 1 - индивидуальная подготовка; 2 - обсуждение в малой группе; 3 – обсуждение в общей группе. В ДО преподаватель-инструктор-фасилитатор, втягивающий слушателей в работу, модератор дискуссий и ресурс в процессе обучения, который советует и дает оценку, анализирует работу слушателей.

LOGO