Биологический (коанекц.)

Конеч.

модель

Структур.

ЭС, основанное на правилах

Искусственные нейросети

Дед. Метод Prolog

Индуктивн.

Правдоподоб. вывод

1 слой

Многослойные

Перцептрон

Сети с обратным распростр.

Формирование гипотез

Разработка инструментария

OPS5

Сети Хонфилда

Эволюн. методы

Исскуств. жизнь

Генетич. алгоритмы

Вычисление с помощ. ДНК

Биоинформатика

60-е г.г. Логическая парадигма

Моделирование левополушарного механизма мышления.

Формальные системы. Исчисление предикатов первого порядка.

GSP(General Problem Solver) - Newell, Show, Simon H.

Был предложен метод уменьшения (устранения) различий.

Prolog, Lisp, Fuzzy Prolog

70-е г.г. Системы, основанные на знаниях (СОЗ)

Решение(ИС) = Знания + Вывод на знаниях + Объяснение (Обоснование)

Эти системы были ориентированы на плохо(слабо) формализованные задачи

Специфика слабо формализованных задач:

1. Качественная форма представления задачи.

2. Нет явно выраженной, четкого определенной целевой функции.

1. Не существует априорного алгоритма решения задачи (алгоритм строится в процессе решения задачи) или он существует, но не реализован из-за вычислительной сложности.

2. Наличие различного типа НЕ-факторов: неполнота, нечеткость, неточность исходной информации и знаний.

3. Динамичность данных и знаний (информация вводится в процессе решения).

4. Комбинаторность задачи.

Отказались от универсальных решателей, стали строить ЭС или системы, основанные на знаниях экспертов и способные решить проблему на их уровне.

Статические ЭС

Этап формирования БЗ отделен от этапа поиска решения

Модели представления знаний (МПЗ).

1. Логические модели

Переход от классической логики к нетрадиционной (индукция, абдукция, псевдофизические логики, темпоральные логики, аргументации).

1. Продукционная МПЗ

<УП>, k_пос  <Результат>, k.

<УП> - условная часть

k_пос – коэффициент посылки (уверенности)

K_рез = f(k_пос, k)

Язык OPS.

1. МПЗ на основе семантических сетей и фреймов

Структурированное описание предметной области.

ISA, Part of – точные операторы. А если не точные?

OPS5 – язык; базовая форма представления знаний – продукия

1. Объектно-ориентированные МПЗ

CLIPS (COOL) – 1985г.

Преимущества ЭС.

1. Расширение круга решаемых задач.

Расширение области решаемых задач на слабо-структурируемые и плохо-формализованные задачи.

1. Устранение недостатков традиционного программирования.

Когда заказчик отделен от программиста.

1. Широкая доступность ЭС.

Эксперт, как правило, уникален, а ЭС доступна (например, удаленно).

1. Снижение стоимости экспертизы.

2. Робастность.

Качество результата плавно снижается со снижением точности исходных данных.

1. Оперативный (быстрый) отклик системы.

2. Организация интеллектуального доступа к имеющейся информации.

R1(XCON) – 10-100тыс. долларов.

Следующая система (для тестирования гигантских дисководов) – DEFT.

80-е годы

Интеллектуализация компьютеров (ЭВМ)

1985г – проект ЭВМ 5 поколения (Япония)

1990г – 3т Справочник по ИИ (1т – Модели представления знаний и метода (Д.А. Поспелов), 2т - Экспертные системы и системы общения (Попов Э.В.), 3т - Программные и аппаратные средства (Захаров В.Н., Хорошевский В.А.))

90-е годы

Интегрированные, гибридные ИС (ЭС)  Динамические ЭС, ЭС реального времени.

Статические ЭС – в данных ЭС чётко отделены этапы формирования базы знаний и создания алгоритма, и этап консультации. (среда разработки – development environment)

Например, к ним относятся: Exsys, 1st class, Guru, Kappa.

Динамические ЭС – в них и база знаний, и стратегия поиска могут изменяться в процессе решения задачи. (complete environment).

Инструментальные средства

Проблемно-ориентированные средства (для задач)

1. Задачи анализа: интерпретация, мониторинг, классификация

2. Задачи синтеза: прогнозирование, планирование, проектирование

3. Комбинированные задачи: обучение, управление

Динамические ЭС (ЭС РВ)

G2  GDA (G2 Diagnostic Assistant) – для решения задач со сложными процессами.

RTWorks

Talarian

Solaris

Sun

Sun 1000

ReThink

NeurOnlin

Коммерческая продукция.

1. G2  NASA / Space Shuttle - система для мониторинга, диагностики и управления маневровыми двигателями. (38 маневренных двигателей. За 1 сек. опрашивает 16000 датчиков).

2. INTELSAT - система моинторинга сети спутников.

3. SIRA - мониторинг состояния газопроводов.

Классификация ЭС как приложений

1. По типу приложения

2. По типу проблемной области

3. По стадии существования

4. По типу использованной ВС

I. По типу приложения

1. Взаимодействие с внешними программными средствами

(ЭТ, СУБД, датчики, контроллеры)

Изолированные/интегрированные

1. Возможность модификации

Закрытые/открытые системы. Открытые – более развитые, но и дороже.

1. Переносимость + масштабируемость

Не переносимые (м) / переносимые (м)

1. По архитектуре

Централизованные/децентрализованные

МАС (мультиагентные системы)

II. По типу приложения

Проблемная область = f (Предметная область, Решаемая задача)

Тип(Проблемная область) = f (Тип(Предметная область), Тип(Решаемая задача))

1. Тип предметной области

• Характеристика предметной области: статическая/динамическая

• Способ описания исходных данных (элементов БД): фиксированные/изменяемые

фиксированные - элемент {<атрибут, значение>}

изменяемый – используется классификация ISA, Part of

• Способ организации БЗ: неструктурированная/структурированная

неструктурированная – продукционная модель

структурированная – сети, фреймы, объектно-ориентированные модели

1. Тип решаемой задачи

• Характеристика решаемой задачи: хорошо формализованная / плохо форм.

хорошо формализованная – в замкнутой форме, обычно задачи оптимизации (математической)

плохо формализованные – задачи анализа: интерпретация, диагностика, мониторинг; задачи синтеза: прогнозирование, планирование, проектирование; задачи комбинированные: обучение, управление

• Тип используемых увтерждений

1. Отношение к реальному времени

Не РВ/РВ:

• псевдореальное время (нет жестких ограничений на время)

• мягкое РВ (время ответа системы 0,5-1 сек.)

• жесткое РВ (время ответа системы  0,5 сек.)

Статические проблемные области

Статические предметные области, знания не структурированы или слабо структурированы, решаются статические задачи анализа и используются частные или специальные утверждения.

Динамические проблемные области

Динамические предметные области, изменяемый состав элементов, структурированная организация знаний, состав элементов может меняться, решаются задачи в открытой форме.

III. По стадии существования

Концепция прототипирования

ДП (демонстрационный прототип)

РП (рабочий прототип)

ПС (промышленная система) – то, что уже отдается заказчику

КВ (коммерческая версия), интерфейс, реклама

IV. По типу используемой ВС

Методы обработки плохо определённой информации в ИС

Природа неопределённости:

1. Неопределённость в исходной информации (в данных).

Она возникает, поскольку информация не достоверна, а правдоподобна.

1. Неопределённость в знаниях.

P_i = (C_i R_i, K_i), где K_i – коэффициент правдоподобия.

1. Неопределённость в постановке цели.

Цель может задаваться не функцией, которую необходимо минимизировать или максимизировать, а качественно.

Из 1), 2)  Если P_i = (C_i R_i, K_i), и C_i задано с коэффициентом уверенности K(C_i), тогда K(R_i) = f(K(C_i), K_i).

Теоретико-вероятностная модель (Метод Байеса)

Модификация схемы Байеса

Шанс априорной справедливости гипотезы H:

Апостериорный шанс –

R(H/E) = 1 => E нейтрально по отношению к гипотезе H.

R(H/E) < 1 => E – контр свидетельство для H.

R(H/E) > 1 => E – свидетельство по отношению к гипотезе H.

Свидетельство E_i предпочтительнее, чем E_j , то есть

- нижний уровень правдоподобия. (около 0.2)

- верхний уровень правдоподобия.

- отбрасывание H,

- принятие H.

- либо принятие H с коэффициентом уверенности, либо поиск дополнительных свидетельств.

Что делать, если свидетельств не хватает?

;

При условии независимости свидетельств справедливо:

Обозначим: ; ;

Это классическая схема Байеса при наличии ряда свидетельств.

Свидетельства необходимо подбирать по степени их важности.

- важность свидетельства

Пример. Хотим построить консультирующую систему.

База знаний. Пусть в БЗ заносится такая информация: