4.4.2. Экспертные системы

Экспертная система относится к категории интеллектуальных вычислительных систем, которая использует знания специалистов о некоторой специализированной предметной области, хранит и накапливает эти знания, предлагает и объясняет решения конкректных задач на уровне профессионала. Как правило, знания профессионала сформулированы нечетко. Поэтому алгоритмического решения такие задачи не имеют.

Идеализированная экспертная система содержит пять основных компонент: базу данных и знаний, интерфейс пользователя, подсистему логического вывода, блок извлечения и пополнения знаний и блок объяснения решения.

Интерфейс служит для взаимодействия пользователя или эксперта-профессионала с компьютером на проблемно-ориентированном языке. В интерфейсе происходит трансляция предложений этого языка на внутренний язык компьютера

База знаний хранит и накапливает информацию о фактах, явлениях, событиях предметной области и о правилах, используемых экспертом-профессионалом при принятии решений. Правила и факты описывают на языке математической логики.

По описанию пользователем характерных признаков факта, явления или события в подсистеме логического вывода происходит отбор соответствующих правил, сравнение с характерными признаками, введенными экспертом системы. Логические методы экспертной системы имеют развитый математический аппарат для вывода новых фактов: логику предикатов и нечеткую логику. Основными процедурами вывода являются правила подстановки, унификации и заключения.

Блок объяснения решений служит для аргументации причинно-следственных связей и используемых правил решений.

Блок пополнения и корректировки базы знаний предназначен только для эксперта-профессионала, т. к. знания имеют слабо формализуемый характер по причинно-следственным связям. Поэтому самым узким местом экспертной системы является наполнение и корректировка правил базы знаний.

Одной из первых экспертных систем была система медицинской диагностики и лечения инфекционных заболеваний MYCIN. В этой системе для вывода заключения В’ по наличию одной или нескольких посылок F’ используют так называемый коэффициент уверенности КУ.

Коэффициент уверенности - это разность между мерой доверия - МД и мерой недоверия - МНД к истинности заключения:

КУ [(F’В’): F'] = МД [(F’В’): F’] - МНД [(F’В’): F'],

где КУ [(F’В’): F’] – коэффициент уверенности гипотезы (F’В’) при ис­тинности свидетельства F’;

МД[(F’В’): F’] - мера доверия гипотезе (F’В’) при истинности свидетельства F’;

МНД [(F’В’): F’] - ме­ра недоверия гипотезе (F’В’) при истинности свиде­тельства F’.

КУ может изменяться от - 1 (абсолютная ложь) до +1 (абсолютная истина).

При наличии двух или нескольких свидетельств (F'₁ и F'₂) в системе MYCIN происходит уточнение мер доверия и недоверия гипотезе (F’В’) при заданных значениях истинности двух свидетельств F'₁ и F'₂ по следующему правилу:

МД [(F’В’): F'₁, F'₂]=МД [F’₁В’: F'₁]+

МД [F’В’: F'₂](1 - МД [F’В’: F'₁]);

МНД [(F’В’): F’₁, F'₂]=МНД [(F’В’): F’₁]+

МНД [(F’В’): F'₂](1 - МНД [(F’В’):F’₁]).

Смысл формулы состоит в том, что эффект второго свидетельства (F'₂) на гипотезу (F’В’) при заданном свидетельстве F'₁ уточняет истинность гипотезы. По мере накопления свидетельств МД и МНД происходит постепенное уточнение гипотезы (F’В’) до 1.

В последующие годы было разработано множество экспертных систем различного назначения и на различных платформах. Например, экспертная система PROSPECT EXPLORER использует нечеткую логику рассуждений в помощь геологам для обнаружения горных аномалий и выделения минералов. Гибридная экспертная система FLEX нашла применение в различных финансовых системах. Она чередует прямой и обратный методы поиска решения при нечетких формулировках вопросов и правил. Экспертная система реального времени COMDALE/C предназначена для наблюдения и контроля над процессами в условиях производства. Она обрабатывает неопределенные знания и данные и позволяет вырабатывать реклмендации в непрерывном процессе принятия решения. Оболочка экспертной системы GURU нашла применение в различных сферах человеческой деятельности. В ней предлагается широкое многообразие инструментальных средств обработки информации, объединенных с возможностями нечеткого вывода от фактов к цели и от цели к фактам.