AI-2010 Day 12 - part 2 (Лекции 2010 года (rtf))

Искусственный интеллект – IV курс – День 12, лекция № 24 30.11.2010.

Экспертные системы

Работы по созданию Экспертных систем (ЭС) - первая попытка практического применения результатов в области Искусственного интеллекта (ИИ).

История: «романтический период» ИИ → серьезные научные исследования → практические задачи.

Экспертная система (ЭС) – вычислительная система, в которой представлены знания специалистов в некоторой конкретной узко-специализированной предметной области и которая в рамках этой области способна принимать решения (решать задачи) на уровне эксперта-профессионала.

Основные особенности ЭС:

• ориентированы на решение практических задач в трудноформализуемых узких предметных областях,

• результаты работы сравнимы с результатами человека-эксперта,

• «прозрачность» решения,

• открытая совокупность знаний.

Одна из первых задач - задача Диагностики (выявление причин неправильного функционирования системы).

Одна из первых ЭС для задачи медицинской диагностики: MYCIN (диагностика бактериальных инфекций).

Одна из первых ЭС в Геологии: PROSPECTOR - оценка потенциальной рудоносности района

Что может делать СИСТЕМА PROSPECTOR:

• Беседует с пользователем (экспертом-геологом), употребляя знакомые ему термины.

• Позволяет пользователю вводить любую информацию о районе в любой момент диалога; учитывает при этом степень уверенности пользователя в достоверности сообщаемых им фактов.

• Выбирает гипотезу о рудных залежах в районе и затем задает пользователю вопросы с целью либо доказать, либо опровергнуть ее.

• Перефразирует вопросы, когда пользователь указывает, что они ему непонятны.

• Может сообщить пользователю, почему ей нужен ответ на конкретный вопрос.

• Отбрасывает свои гипотезы и выбирает новые на основании ответов пользователя на свои вопросы.

• Ищет противоречия в ответах пользователя, указывает их и позволяет пользователю изменять и старые, и новые ответы с целью добиться непротиворечивости.

• Предлагает свои заключения вместе со сводкой соображений, на основании которых она пришла к этим заключениям.

ФРАГМЕНТ ПРОТОКОЛА ДИАЛОГА ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ С СИСТЕМОЙ PROSPECTOR.

01.П: присутствуют дайки (запоминает ЭС: дайки, достоверность = 5)

02.П: присутствуют меловые диориты (запоминает ЭС: меловые диориты, достоверность = 5)

03.П: возможно, есть сиенодиорит (запоминает ЭС: сиенодиорит/монцонит, достоверность = 3)

04.П: может быть некоторое количество кварцевого монцонита (запоминает ЭС: кварцевый монцонит, достоверность = 3)

. . .

77:ЭС: на шкале от -5 до +5 уверенность, что имеется месторождение медно-порфировых руд типа А (МПРА), равна 1.683.

Основные заключения в пользу гипотезы:

- Соответствующее геологическое строение региона (достоверность = 3.576).

- Соответствующее петро-тектоническое окружение (достоверность = 3.333).

- Соответствующая интрузивная структура для МПРА (достоверность = 1.683).

Основные наблюдения, поддерживающие гипотезу:

- В исследуемом регионе есть система гранитных интрузий (достоверность = 5.0).

- Наблюдаются измененные породы (достоверность = 5.0)

. . .

Существует еще много других наблюдений в пользу гипотезы. Хотите рассмотреть еще какие-нибудь?

П: нет

Типичные задачи, решаемые с помощью ЭС:

Интерпретация - описание ситуации по информации, поступающей от датчиков.

SPE - определение концентрации гамма-глобулина в крови.

Прогноз - определение вероятных последствий заданных ситуаций.

PLANT/cd - определения потерь урожая от черной совки.

Планирование - определение последовательности действий.

TATR - планирование авиаударов по аэродромам противника.

Диагностика - выявление причин неправильного функционирования системы.

MYCIN - диагностика бактериальных инфекций.

Отладка - составление рецептов исправления неправильного функционирования системы.

ONCOCIN - планирования химиотерапевтического лечения.

Ремонт - выполнение последовательности предписанных исправлений.

TQMSTUNE - настройка масс-спектрометра.

Проектирование - построение конфигурации объектов при заданных ограничениях.

XCON (R1) - выбор оптимальной конфигурации аппаратных средств (VAX).

Наблюдение - сравнение результатов наблюдения с ожидаемыми результатами.

VM - наблюдение за состоянием больного в палате интенсивной терапии.

Обучение - диагностика, отладка и ремонт поведения обучаемого.

GUIDON - обучение студентов-медиков (антибактериальная терапия).

Управление - управление поведением системы как целого.

VM

Сферы применения ЭС:

ХИМИЯ: DENDRAL (интерпр.) - определение структурной формулы хим.в-ва

МЕДИЦИНА: VM, MYCIN (см.выше)

ВОЕННОЕ ДЕЛО: TATR (см.выше), I&W (прогнозир.) - прогнозирование вооруженных конфликтов

ЭЛЕКТРОНИКА: EURISKO (проектир.) - проектирование СБИС

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ: XCON (см.выше), PTRANS (планир.&прогнозир.) - маркетинг в DEC

ТЕХНИКА: REACTOR (наблюден.) - в составе системы управления ядерным реактором

ГЕОЛОГИЯ: PROSPECTOR (интерпр.) - оценка потенциальной рудоносности района

Основные компоненты ЭС (архитектура ЭС):

• решатель / машина вывода (решение задач пользователя),

• база знаний (хранение знаний, необходимых для решения задач),

• подсистема объяснений (объяснение того, как получено решение),

• пользовательский интерфейс,

• подсистема приобретения знаний,

• интерфейс администратора / инженера знаний.

Решатель ЭС:

Вызов процедур (модулей / правил) по образцу гибкая схема взаимодействия (управления)

Продукция – правило вида: p: (где: p – предусловие, - антецедент, - консеквент).

Основной цикл работы решателя:

• выборка (правил-кандидатов)

• сопоставление / означивание

• разрешение конфликтов

• выполнение / действия

• переход на НАЧАЛО

Экспертные системы Реального времени

Способность «быстро работать» - лишь одно из требований к ЭС РВ.

Основные свойства ЭС РВ:

1.Немонотонность. В процессе функционирования происходит обновление данных. Необходимы специальные механизмы поддержания истинности (удаление старых данных вместе со сделанными на их основе выводами, учет новых данных).

2.Рассуждения с учетом времени (способность рассуждать о прошлых, текущих и будущих событиях, планировать поведение с учетом времени).

3.Реактивность по отношению к асинхронным событиям (происходящим в среде).

4.Концентрация внимания. Учет того, что события имеют разную значимость для ЭС РВ, умение выделять наиболее важные цели и отбирать необходимые для их достижения ресурсы.

5.Внешний интерфейс. ЭС РВ должна уметь собирать информацию, поступающую от различных сенсоров, по различным каналам связи, а также передавать данные по каналам связи (в том числе и для различных исполнительных механизмов).

6.Ненадежность и неполнота данных. Наличие ненадежных и неполных данных типично для областей применения ЭС РВ, необходимы механизмы для работы в таких условиях.

7.Интеграция с традиционным программным обеспечением (сжатие данных, обработка сигналов, специальный ввод-вывод и др.).

8.Высокая скорость работы. Для многих приложений важна высокая скорость реакции на события, важно также, чтобы ЭС РВ имела гарантированное время ответа (т.е., было известно, что обработка любого события потребует времени в определенных фиксированных границах).

Основной цикл работы решателя:

• ввод в базу фактов всех сообщений, полученных к данному моменту из внешних источников, посылка необходимых сообщений внешним адресатам (фаза коммуникации)

• ввод в базу фактов «отложенных» фактов, время наступления которых уже «пришло»

• выборка (правил-кандидатов)

• сопоставление / означивание

• разрешение конфликтов (если правил с удовлетворенными условиями нет, СТОП), переход в специальный режим «ожидание», нарушить который может некоторое событие (внешнее сообщение, сообщение от таймера)

• выполнение / действия

• переход на НАЧАЛО

7