Уровни и этапы проектирования экспертных систем

Поскольку для достижения высокого качества решения задач с помощью ЭС необходимы эксперименты, то развитие системы происходит эволюционно. Процесс организации знаний в базу знаний и технологию построения ЭС называют инженерией знаний. Создателя ЭС называют инженером знаний или инженером - когнитологом; его задача "извлекать" из экспертов процедуры, эвристические правила, стратегии и встраивать их в ЭС.

Эксперт - это специалист, работающий профессионально, уверенно и эффективно в своей предметной области.

Уровни разработки экспертных систем приведены в таблице 2. Методология построения ЭС учитывает эволюционный характер процесса их разработки и предполагает, что на каждом уровне система совершает виток жизненного цикла разработки, состоящего из 7 этапов: идентификация; концептуализация; формализация; реализация; тестирование; уточнение; сопровождение.

Таблица 2

Уровень проектирования ЭС	Характеристика уровня
Демонстрационный прототип (50-100 правил)	Система решает часть поставленной задачи, демонстрируя целесообразность разработки ЭС
Исследовательский прототип (200-500 правил)	Система удовлетворительно решает всю задачу, но может быть ненадежной вследствие неполного тестирования
Действующий прототип (500-1000 правил)	Система проявляет высокое качество решения задачи при достаточной надежности, но для сложных задач получение решения может быть недостаточно эффективным по времени и (или) используемой памяти
Промышленная система (1000-1500 правил)	Система показывает высокое качество, надежность и эффективность работы в реальных условиях эксплуатации
Коммерческая система (1000-3000 правил)	Промышленная система, пригодная не только для использования внутри организации - заказчика, но и для продажи другим потребителям

На этапе идентификации основными действующими лицами являются эксперты и инженеры - когнитологи. В их задачи входит: определение участников процесса проектирования и распределение ролей между ними, неформальное описание задачи и оценка целесообразности разработки ЭС, определение целей разработки и необходимых для нее ресурсов (время, оборудование, финансирование и т.п.).

На этапе концептуализации действующие лица те же, но теперь они решают задачи выявления знаний, относящихся к процессу решения поставленной задачи (объекты, данные, гипотезы, отношения, правила, стратегии, вопросы, типы ответов, объяснения и т.п.).

На этапе формализации осуществляется выработка ключевых понятий и отношений инженером - когнитологом, который выражает ранее выявленные знания формально на некотором языке, определяет пригодность доступных инструментальных средств для решения данной задачи и принимает решение о выборе подходящего средства (язык, оболочка и т.п.). Результатом данного этапа является формальная модель решения задачи.

На этапе реализации разработчики, используя выбранные инструментальные средства, воплощают формальную модель в программе для ЭВМ. При этом они взаимодействуют с инженерами - когнитологами, так как в процессе реализации появляются неувязки в спецификациях данных правил и схем управления. Здесь же производится разработка текстовой документации по ЭС.

На этапе тестирования осуществляется оценка качества работы прототипа и выработка рекомендаций по его модификации. Оценка производится экспертами, которые затем помогают инженерам - когнитологам сформулировать требования к ее модификации. В зависимости от несоответствия поведения прототипа ЭС желаемому поведению модификация может заключаться либо в уточнении элементов базы знаний, либо в пересмотре выбранных методов представления знаний (переконструирование), либо в поиске других моделей решения задачи (переформулирование).

На этапе сопровождения программы, являющиеся одним из наиболее гибких видов промышленных изделий, эпизодически подвергаются изменениям в течение всего времени их использования. Работы, обеспечивающие контроль и повышение качества, а также развитие функциональных возможностей ОС, составляют процесс сопровождения.

Список литературы

1. Ростовцев В.С. Принципы построения экспертных систем: учебное пособие.- 2-е изд., перераб. и доп. - Киров: Изд-во ВятГУ, 2007.-156 с.

2. Гаврилова, Т. А. Базы знаний интеллектуальных систем [Текст]: учеб. /Т.А. Гаврилова, В.Ф., Хорошевский. - СПб.: Питер, 2001. – 384 c.

Машина логического вывода (интерпретатор правил) выполняет две функции:

1. просмотр существующих фактов из рабочей памяти (базы данных) и правил из базы знаний, а также добавление в рабочую память новых фактов (выведенных из правил);

2. определение порядка просмотра и выполнение правил.

В подавляющем большинстве систем, основанных на знаниях, механизм вывода представляет собой небольшую программу и включает две компоненты (первая реализует собственно вывод, а другая управляет этим процессом).

Действие компонента вывода основано на применении правила модус поненс.

A, Aà B

B

Ли известно, что истинно утверждение А и существует правило вида «Если А, То В», тогда утверждение В также истинно.

Правила срабатывают, когда находятся факты, удовлетворяющие их левой части: если истинна посылка, то должно быть истинно и заключение.

Компонент вывода должен функционировать даже при недостатке информации; полученное решение может быть неточным, однако система не должна останавливаться из-за того, что отсутствует какая-либо часть входной информации.

Управляющий компонент определяет порядок применения правил и выполняет 4 функции:

1. Сопоставление- образец правила сопоставляется с имеющимися фактами;

2. Выбор – если существует конфликтная ситуация, то необходимо выбрать одно правило согласно критерию разрешения конфликта;

3. Срабатывание – если образец правила совпал с фактами из рабочей памяти, то правило срабатывает;

4. Действие – рабочая память подвергается изменению путем добавления в нее заключения сработавшего правила. Если в правой части содержится указание на какое-либо действие, то оно выполняется.

Интерпретатор продукции работает циклически. В каждом цикле он просматривает все правила, чтобы выявить те, посылки которых совпадают с известными на данный момент фактами из рабочей памяти. После выбора правило срабатывает, его заключение заносится в рабочую память, а цикл повторяется сначала.

В одном цикле может сработать только одно правило. Если несколько правил успешно сопоставлены с фактами, то интерпретатор с помощью модуля разрешения конфликта, производит выбор единственного правила по определенному критерию (специфики, новизны или разнообразия).

Цикл работы интерпретатора приведен на рис.1.

Рис.1 – Цикл работы интерпретатора

Информация из рабочей памяти последовательно сопоставляется с посылками правил для выполнения успешного сопоставления. Совокупность отобранных правил образует конфликтное множество[2]. Для разрешения конфликта в интерпретатор включается модуль разрешения конфликта, в котором по определенному критерию выбирается единственное правило, после чего оно срабатывает. Если в заключение правила входит какое-либо действие, то оно выполняется.

Работа машины вывода зависит только от состояния рабочей памяти и от состава базы знаний. Обычно память состояний содержит протокол работы системы.