1.2.Понятие экспертной системы (эс) и базы знаний (бз).

Экспертная система - это компьютерная программа, которая моделирует рассуждения человека - эксперта в некоторой определенной области и использует для этого БЗ, содержащую факты и правила об этой области и некоторую процедуру логического вывода.

Из определения следует, что ЭС - это программа, имеющая некоторые отличия в структуре и характеристиках по сравнению с традиционными программами. Обычные программы имеют фиксированную последовательность шагов, точно определенных программистом, и ищут оптимальное решение путем обработки числовой информации. ЭС, подобно человеку, пользуются для нахождения решения методом проб и ошибок. При этом производится преимущественно символическая обработка содержимого базы знаний. На рисунке 3 представлена базовая структура ЭС.

Из рисунка видно, что у ЭС должно быть два режима работы: режим приобретения знаний и режим решения задач.

В режиме приобретения знаний эксперт общается с ЭС при посредничестве эксперта или инженера знаний. “Эксперт – это человек, который благодаря обучению и опыту может делать то, что остальные люди делать не умеют; эксперты работают не просто профессионально, но к тому же уверенно и эффективно эксперты обладают огромными познаниями и пользуются различными приемами и уловками для применения своих знаний…” При проектировании конкретной ЭС функциями инженера знаний являются - построение концептуальной модели предметной области, выбор эффективных способов представления знаний и механизмов вывода.

В режиме решения задач работает пользователь, которого интересует результат и способ его получения.

Компонентами ЭС являются: база знаний и механизм вывода.

Рис.3. Базовая структура ЭС.

База знаний - это совокупность знаний, описанных с использованием выбранной формы их представления. Для представления знаний используется та или иная модель знаний, зависящая от особенностей решаемой задачи.

Механизм вывода - это способ манипулирования знаниями при решении прикладных проблем. Стратегия, реализуемая механизмом вывода, связана с используемой моделью знаний. Эта стратегия достаточно универсальная и часто базируется на эвристических правилах и эмпирических (почерпнутых из опыта) принципах решения, используемых специалистами .

Специальная научная дисциплина, предметом которой является представление знаний и их использование, рассматриваемое применительно к конкретной прикладной области называется “инженерия знаний”.

Для реализации ЭС необходимо:

• определить область задач, возлагаемых на систему;

• получить знания у экспертов;

• формализовать знания эксперта в виде компьютерных описаний и правил;

• разработать программный интерфейс с пользователем ЭС;

• разработать механизм приобретения знаний;

• организовать систему объяснений.

В настоящее время ЭС получили широкое распространение. На американском и западноевропейском рынках предлагаются сотни инструментальных средств для построения ЭС, а прикладных ЭС насчитываются тысячи.

С функциональной точки зрения все множество ЭС можно разделить на категории.

1.Системы интерпретации - это ЭС, которые позволяют получать разумные выводы на основании исходных данных. Примером системы интерпретации служит система DENDRAL (1984г) [44]. Она позволяет определять структуру химических соединений по данным о спектре. Ее проблемная область - химический анализ. В процессе ее работы анализируется неизвестный химикат стандартными аналитическими методами. На выходе получается спектральный граф с сотнями вершин. Каждая вершина сигнализирует о том или ином свойстве анализируемой молекулы. ЭС выполняет процесс рассуждения и решает, какая молекула могла дать такие спектры. В результате пользователь получает список молекул, упорядоченный по убыванию степеней вероятности. ЭС работает как опытный химик. К этой же категории относится ЭС PROSPECTOR (1981г.) [2], предназначенная для поиска залежей полезных ископаемых. Система определяет, какие минералы могут находиться в данном месторождении по характеристикам исследуемой минеральной формации.

2.Системы диагностики и ремонта. Программы этого типа в основном используются в медицине. Наиболее ранняя из них ЭС MYCIN (1976) [2], помогающая врачу диагностировать и лечить заболевания крови (выбор антимикробной терапии в условиях стационара). Большой интерес к ЭС диагностики проявляют военные, поскольку их применение позволило бы осуществлять ремонт сложного оборудования персоналу с невысокой квалификацией.

По некоторым сообщениям, один из автомобилестроителей собирался оснастить каждую машину бортовым компьютером с ЭС диагностики неисправностей, о местонахождении которого знал бы только механик.

3.Системы планирования и проектирования. ЭС этой категории осуществляют компоновку последовательностей действий или наборов объектов для решения той или иной проблемы. ЭС SYNCHEN [2] помогает выполнять некоторые операции при синтезе сложной молекулы органического соединения. Для получения молекулы органики необходимо выполнить множество операций. Программа знает о дешевых материалах, условиях протекания реакции и возможных результатах. Она подбирает последовательность, которую она считает оптимальной. Если человека эта последовательность не удовлетворяет, система выдает следующую последовательность.

Задачи проектирования сходны с задачами планирования. Примером ЭС предназначенной для решения подобных задач может служить XCON (1980) [2] - cистема для подбора конфигурации компьютера VAX .

Эти первые три категории появились ранее остальных.

4. Системы управления и контроля. Примерами ЭС этой категории являются системы реального времени предназначенные для управления непрерывными процессами. ЭС этой категории связаны с большими массивами вводимых и выводимых элементов. Цель управления и контроля заключается в автоматическом поддержании работы устройств оптимальным образом. ЭС применяется в тех случаях, когда проблемная область управления непроста и изменчива, так что необходим процесс рассуждения для выяснения мер контроля. В этом отличие ЭС от обычных программ управления, где используется какой-либо алгоритм.

Применяются ЭС указанной категории для целей контроля на крупных атомных и электростанциях, а также на новейших реактивных самолетах. Примером может служить ЭС NAVEX (1984) [2]. Она применяется в области космонавтики.

5.Прогнозирующие ЭС. ЭС этой категории используются для предсказания видов на урожай на основе спутниковых данных.

6.ЭС обучения. ЭС этой категории могут построить и обновлять компьютерную модель того, что знает и чего не знает учащийся, а, следовательно, выбирать режим обучения.