Конструирование ЭС

Состав разработчиков экспертной системы:

1. Эксперт (Э),

2. Инженер по знаниям (ИЗ),

3. Системный программист (СП),

4. ЛПР.

Схема взаимодействия разработчиков ЭС

В задачу Э входит наполнение системы знаниями и её тестирование.

В задачу ИЗ входит выбор модели системы, выбор логики обработки неопределённостей. СП является создание инструментальной среды для создания ЭС.

ЛПР – тот, для кого создаётся система. Участвует в отладке, изменении интерфейса.

Вопросы, на которые нужно ответить перед созданием ЭС

1. Целесообразность разработки

• Экспертов мало, а приложений много.

• Создание ЭС должно приносить экономическую выгоду.

• Решение должно быть найдено в жёстких временных ограничениях или во враждебной человеку среде.

• Возможна потеря информации при общении с экспертом.

1. Возможность разработки

• Должен существовать эксперт в данной предметной области.

• Если экспертов несколько, то их мнения должны быть согласованы.

• Экспертные знания должны быть хорошо формализованы.

• Поиск решений не должен базироваться в основном на рассуждениях эксперта, которые относятся к рассуждениям здравого смысла, так как они плохо формализуются.

• Поиск решений должен базироваться на рассуждениях, а не на действиях.

1. Соответствие решаемой задачи методам ИИ

• При решении задачи оперируют качественной символьной информацией, а не количественной числовой.

• Задача должна иметь эвристическую, а не алгоритмическую природу.

• Задача не должна быть сверхсложной.

• ЭС ориентированы на достаточно узкие задачи.

Основные этапы конструирования ЭС

1. Идентификация.

выяснение базовых требований к системе, её возможностей, сроков разработки и т.д.

создание аванпроекта.

1. Концептуализация.

уточняются основные требования и понятия системы.

техническое задание.

1. Формализация.

выбор модели (или совокупности моделей) и методов поиска на основе этой модели.

рабочий проект.

1. Реализация.

наполнение системы знаниями.

прототип.

1. Тестирование.

эксперт убеждается в работоспособности системы.

1. Отладка.

ЛПР работает с системой и убеждается, что она работает нормально.

1. Модификация.

процесс внесения изменений в различных стадиях разработки системы.

Структура современных инструментальных средств

ООТ – Объектно-Ориентированная технология представления данных.

РВ – машина вывода в реальном времени.

Программный уровень:

1. Активная графика и анимация.

2. Естественно языковые средства.

3. Наличие средств моделирования.

4. Поддержка специальных и общих утверждений.

5. Представление формул.

6. Представление процедур.

Интерфейсный уровень:

1. Интегрированность + внешний интерфейс.

(СУБД, ППП, PLC …)

1. Повторное использование.

- ориентация на определённый тип/класс задач.

1. Клиент-сервер.

- система поддерживает данную технологию и в различных ситуациях может выступать в роли клиента или в роли сервера.

1. Масштабируемость приложения.

- система содержит базовую платформу и её расширения.

1. Открытость и переносимость (Opn Network Connection).

- ориентайи на технологию открытых сетевых технологий.

1. Инкрементальная разработка приложений.

- система может наращиваться без снижения производительности.

Классификация инструментальных средств конструирования ЭС (ИС)

1. Уровень используемого языка

• традиционные языки (C, C++, Java, Basic)

• Языки символьного программирования, языки ИИ (LISP, Prolog, FRL, KRL, ARI, CLIPS)

• Инструментальные средства типа tools (OPS-5, KEE, CLIPS, COOL)

• Инструментальные средства типа shells (1stClass, GURU, EXSYS, Nexpert Obj, Level5Obj)

• Инструментальные средства, ориентированные на ИСППР РВ (G2, RTWorks)

• Проблемно/предметно-ориентированные инструментальные среды

1. Технология (парадигма) программирования

• Традиционное процедурное программирование (для хорошо формализованных задач)

• Программирование, ориентированное на данные (dataflow programming) -

• Программирование, основанное на правилах (RBP)

Продукционный цикл

1. Сопоставление ситуации Sн (Sтек) с правилами из базы правил.

БП(R)  получим , где - конфликтное множество.

1. Этап разрешения конфликта

1. Применение правил из  .

Если ;

В противном случае 

• ООП

1. Способ представления знаний

• Логические модели представления знаний (МПЗ)

Переход от классических моделей (PROLOG) к моделям на основе неклассических (индукция, CBR) логик

• Продукционные МПЗ

• МПЗ на основе семантических сетей (СС) и фреймов

• Модели ООТ

1. Механизм поиска решений и моделирования

• Ориентация на статические ЭС (процессы формирования БЗ и поиска решений разделены)

• по структуре использования знаний

• без построения ДР(СР)

• с построением ДР(СР)

• по стратегии поиска решений

• полный перебор

поиск в глубину и в ширину (комбинированный поиск)

• использование оценочных функций

• Ориентация на динамические ЭС

• по структуре использования знаний

• компиляция ДР (СР)

• генерация ДР (СР)

• по наличию средств получения результата при ограниченных ресурсах

• наличие средств поиска в ограничениях (Constraints Satisfactuin Problem CSP)

• наличие средств поддержки (сохранения) истинности

• наличие планировщика

• по наличию средств моделирования

• стандартные (марковские процессы)

• нестандартные средства моделирования

методы подкрепленного обучения (reinfarautient learning)

по предыстории процесса восстановить его параметры

1. Средства приобретения знаний

• уровень используемого языка

• формальный язык

• ограниченный ЕЯ

• язык пиктограмм и изображений

• ЕЯ + изображения

• тип приобретения знаний

• поверхностные

глубокие

• неструктурированные

структурированные

1. Технология разработки на основе знаний

• поверхностные знания.

(продукционные правила, элементарные умозаключения эксперта)

• глубинные знания

(ассоциации, аналогии, метафоры)

• структурные знания

Тенденции развития инструментальных средств

1. Разработка инструментальных средств для создания ИС(СОЗ)

2. Естественно-языковые системы (ЕЯ)

(общение с компьютером на естественном языке)

1. Soft Computing.

- нейронные сети,

- нечёткая логика,

- генетические алгоритмы.

1. Извлечение знаний.

(Data Mining & Knowledge Discovery)

1. Инструментальные средства для создания ИС(СОЗ)

1. Ориентированные на PC. (ExSys, Rule Book, Level 5 Obj, 1-st class, Xpert Rule)

2. Ориентированные на MF. (KBMS, TIRS, AIONSS)

3. Ориентированные наWST. (Level 5 Obj Professional, ExSys Prof, NExpert, Guru, Kappa)

4. Ориентированные на специальные машины. (Lisp, Prolog машины, KEE, ART, KBMS, MERCURY)

Предметно/проблемно ориентированные инструментальные среды (средства)

G2 (Rethink, GDA, Neur Online), RT Works, Comdale.

- средства для создания систем-советчиков (Help-Desk application)

Test Bench, Expert Advisor.

- Case-Based Reasoning. Вывод на основе прецедентов.

CBR Expert, ReMind, Help Desk Serious, DSM.

1. Естественно-языковые системы (ЕЯ)

1. Средства для создания ЕЯ интерфейсов к СУБД.

2. ЕЯ интерфейс для поиска и сканирования текстов.

3. Средства для распознавания речи.

4. Средства для голосового ввода.

1. Soft Computing

• нейронные сети

1. средства общего пользования.

2. предметно-ориентированные средства.

• управление процессами,

• распознавание образов,

• финансовая сфера (предсказание изменения курса валют),

• оценка стоимости недвижимости.

• нечёткая логика

Нечёткие контроллеры (стиральные машины, парковка грузовиков)

• генетические алгоритмы

Задача: имея родительские хромосомы получить потомство, удовлетворяющее заданным требованиям.

Выбор популяций

Отбор

Скрещивание

Эволюция

– +

1. Извлечение знаний

(Data Mining & Knowledge Discovery)

Три уровня:

1. Извлечение знаний из текста.

2. Извлечение знаний из эксперта.

3. Извлечение знаний на основе обучения.

Приобретение и формирование знаний в ИС (ЭС)

Приобретение знаний в ИС (ЭС)

Извлечение знаний

Аспекты извлечения знаний

• лингвистический(языковый)

эксперт и инженер по знаниям должны работать в общей кодировке знаний (единой понятийной лингвистической структуре)

Ноутбук

Компьютер

синтактика

прагматика семантика

ЛПР(целеполагание) Ноутбук (образ)

• гносеологический(познавательный)

знания

прагматический познавательный

аспект аспект

Данные Факт