1.7.6. Структура экспертной системы

Типичная ЭС предполагает наличие эксперта (или группы экспертов), группы пользователей и функциональных модулей, поддерживающих ее состояние и работу (рис. 1.9).

Перевод с внешнего языка на внутренний диалог

Перевод внутреннего языка на внешний

Управление запросами

Рис. 1.9. Структура экспертной системы

Эксперт – опытный специалист в некоторой предметной области, который играет важную роль при создании ЭС. Предметная или проблемная область - совокупность взаимосвязанных сведений, необходимых и достаточных для решения некоторого класса задач. Знания о предметной области включают описания объектов, явлений, фактов, а также отношений между ними. В процессе создания ЭС и поддержания ее в работоспособном состоянии используются знания и опыт эксперта. Он предлагает структуру и возможности ЭС, язык для эксперта, модель представления знаний, формы получаемых результатов и объяснений.

При отладке ЭС и ее функционировании эксперт вносит изменения в базу знаний (добавляет, удаляет и модифицирует некоторые факты и правила), углубляет и уточняет знания, исходя из полученных результатов.

Пользователями ЭС, например, в области медицины, могут быть опытные или начинающие врачи, студенты-медики и, наконец, сами больные, желающие знать суть своей болезни, развитие, имеющийся опыт ее лечения, лекарства, их положительные и отрицательные воздействия.

Функциональные модули эс

Диалог – это интерфейс, который обеспечивает общение между экспертом, пользователем на привычной для них терминологии с остальными компонентами системы (см. рис. 1.9). Он выполняет перевод запросов, сформулированных на внешнем языке, т.е. естественном или специальном языке, во внутренний язык системы, а также преобразование ответов и объяснений с внутреннего языка во внешний, понятный пользователю. Он также управляет запросами, т.е. увязывает их в контексте – всех обменов, которые ранее имели место.

Вывод решений включает: механизм вывода, который путем умозаключений определяет одно или несколько решений; механизм оценки предлагаемых решений; блок управления механизмом вывода, повышающий эффективность его работы.

Приобретение знаний получает новые знания с одной стороны, от эксперта, а с другой, от модуля вывода решений и передает их в БЗ. Этот блок может также изменять уже существующие знания в БЗ.

Формирование объяснений инициируется пользователем, когда требуется обоснование полученного результата. Система может включать объяснения различных уровней для специалистов, а также для непосвященных в данной области пользователей, например студентов или пациентов.

Управление знаниями позволяет эффективно использовать информацию, расположенную в базе знаний и БД. Наиболее существенным в этом модуле является метод отбора подмножеств данных из БД, необходимых для разрешения поставленного вопроса (рис. 1.10).

Рис. 1.10. Схема модуля управления знаниями

При отборе подмножеств данных возникают две проблемы:

- как определить в базе знаний подмножество полезной информации;

- какого уровня детализации информации в БД требуется достичь, учитывая возможность декомпозиции задачи на подзадачи.

Модуль управления знаниями может сам рассматриваться как ЭС, которая генерирует запросы к системе управления базой данных, а в ответ получает подмножество информации, полезной для решения задачи.

Такая ЭС должна рассматривать несколько типов правил, которые называются правилами выборки.

Первый тип правил связывает задачу с составляющими ее подзадачами, что можно выразить так:

тип задачи: – тип задачи 1, тип задачи 2,…

Второй тип правила определяет информацию, полезную для решения задачи:

тип задачи: – информация.

Третий тип правил соединяет тип информации с запросами пользователя:

тип информации: – вопрос.

Наконец, ЭС должна располагать данными о структурировании различных типов информации в такие структуры, как тезаурус (словарь), документальный файл, файл с ключами.

Используя правила выборки 1–3, блок генерации запросов создает их множество для данной подзадачи. Ответы на поставленные запросы, полученные из БД, представляются в форме отношений, которые преобразуются в язык, используемый для представления знаний первого и второго типов.

Система управления базой знаний управляет базой правил через СУБД. В функции СУБД входит отбор подмножества правил для решения подзадачи, а также получение новых фактов на основе базы правил и базы фактов путем использования машины вывода.

В ЭС одной из важных проблем является выбор языка, который позволяет описать тип задач и информацию. Известно, что схема БД включает описания имен объектов, атрибутов, отношений и областей. Но этого недостаточно, поскольку требуется еще представить семантические связи между элементами. Следует заметить, что схема БД – это статическое описание, поскольку она не изменяется. Напротив, для каждой вновь появляющейся подзадачи требуется динамически генерировать ее описание в форме “тип задачи”.

Разработку ЭС осуществляют следующие специалисты:

- эксперт в той проблемной области, на которую ориентирована ЭС;

- инженер по знаниям – специалист по разработке ЭС;

- программист – специалист по разработке инструментальных средств.

Эксперт определяет знания (данные и правила), характеризующие проблемную область, обеспечивает полноту и правильность введенных в ЭС знаний, оценивает полученные системой решения в процессе разработки системы.

Инженер по знаниям помогает эксперту выявить и формализовать знания, выбирает инструментальные средства, наиболее подходящие для представления знаний и реализации ЭС, выделяет и программирует стандартные (типовые) функции, которые используются экспертом при формулировке знаний.

Деятельность программиста, разрабатывающего компоненты ЭС, относится к так назы-ваемому, интеллектуальному программированию, которое включает в себя следующее.

1. Языки искусственного интеллекта:

- объектно-ориентированные языки;

- языки для представления знаний.

2. Автоматический синтез программ:

- дедуктивные методы;

- индуктивные методы.

3. Инструментальные системы:

- “пустые”;

- системы (оболочки).