Интеллектуальные диалоговые системы / 1-20 лицо

Стратегии как механизм управления в СОЗ.Необходимость использовать в ЭС нетрадиц. методы управления вызвана в 1 очередь неформализованностью решаемых ими задач. Процесс решения таких задач не удается представить в виде детерминированной посл-ти правил (прогр. модулей). Здесь в некоторый текущий момент пригодно к исполнению несколько правил, причем не сущ. надежной информации, позволяющей предпочесть одно правило другому.

Стратегии – основной механизм, обеспеч. разнообразное управление в рамках общей схемы работы интерпретатора.

Стратегии можно рассм. с 3 точек зрения: 1.как ср-во разреш. конфликтов (стр. – знание о том, какой модуль (правило) следует выбрать); 2.как способ представл. метазнаний (стр. – метазн. о том, как и когда использовать различные источники знаний о предм. области) 3. как средство повышения эффективности метода, встроенный в механизм вывода (интерпретатор) (стратегии – любые знания о том, как, когда и какие модули использовать).

Классификация стратегий:

1.По общности. не зависящие от предм.области / не зависящ. от способа представления знаний / учитывающие специфику предм.обл./ учит. специфику цели.

2. Стр., заданные явно (стр. м.б. идентифицирована как отд. сущность системы) / неявно. Неявные делятся на концептуально неявные (их механизм рассредоточен по с-ме) и неявные по выполнению (их основные идеи выражены явно, но при этом имеется вложенность в др. конструкции с-мы).

Содержание стр. х-зуется 3 параметрами:

1.Масштаб. локальные: стр., опред. поведение интерпретатора в тек. цикле его работы / глобальные: стр.-опред. некоторую линию рассуждений интерпретатора.

2. Состав используемых знаний (зн.о тек. цикле работы интерпр. / зн. об истории работы интерпр.)

3. Полезность. индивидуальная (характеризует некоторое знание само по себе) / сравнительная (характеризует ценность некоторого знания про сравнению с другими знаниями).

1

Критерии выбора ИС для СОЗ.В настоящее время накоплено значительное количество статистического материала для оценки современных инструм.средств для разработки СОЗ. Материал получен на основе коллективного экспертного мнения профессиналов относительно ИС для СОЗ(ЭС).

Ниже приведен набор основных критерив для выбора ИС. Критерии разбиты по группам, соответствующим основным х-кам СОЗ: база знаний, интерфейс пользователя, машина вывода, и.т.д

1. Формализмы представления знаний. 1.1 Модели представления знаний: правила/структурированные правила/фреймы/семантические сети/другие

1.2 Наследование свойств.1.3 Наличие подсистемы описания знаний.

2.Машина вывода. 2.1 Методы рассуждений: прямой вывод/обратный вывод/немонотонные рассуждения. 2.2 Стратегии поиска решений: метод «в глубину»/»в ширину»/метод «наилучшего»/метод ветвей и границ 2.3.Разрешение конфликтов: присвоение правилам приоритетов/ общность/частность правил/давность информации 2.4 Обработка НЕ-факторов знаний: теория Байеса/теория нечетких множеств/фактор уверенности/порог достоверности

3.Интерфейс разработчика. Средства создания базы знаний: текстовый процессор/графическое представление БЗ/компиляция БЗ. Средства отладки: проверка целостности БЗ, трассировка правил, хранение протокола работ.Возможность просмотра правил и памяти.Средства верификации БЗ. Средства конструирования интерфейса СОЗ: графические утилиты, анимация, формирование экрана.4.Интерфейс пользователя. Диалоговые возможности: окна, цветовые возможности, речевой ввод-вывод, возможность взаимодействия на ЕЯ. Объяснительные способности: почему задан вопрос/как получен результат/как изменится результат, если переформулировать вопрос или изменить информацию.Возможность нескольких решений.

5. Обстановка и окружение. Переносимость. Многопользовательская поддержка.Совместимость. Безопасность: защита от копирования, кодирование информации, пароли доступа. Работа в режиме реального времени. 6.Доступ к внешним данным: БД или специальному ПО. 3

Предметная область – специальным образом выделенная и описанная область человеческой деятельности (мн-во сущностей, описывающих область экспертизы). ПрО – предм. + совокупность решаемых в ней задач.

Интеллект. с-ма – с-ма, ядром которой является база знаний, т.е. модель ПрО, описанная на языке сверхвысокого уровня, обычно приближенного к ЕЯ.Эти языки наз-ся ЯПЗ.

Неформализованные задачи (НФ-з.) – задачи, облад. 1 или неск. ил х-к: 1.Не могут быть вырадены в числовой форме.2.Не существует алгоритмического решения задач.3.Алгоритм.решение сущ., но его нельзя использовать из-за органиченности ресурсов (время, память и.т.п.)

СОЗ (ЭС) – сложный программный комплекс, аккумулирующий знания специалистов в конкретных проблемных/предметных областях.

Пользователь – лицо, для коорого предназначена с-ма.

Инженер по знаниям (когнитолог) – спец.в области ИИ, выступающий в роли связующего звена между источником знаний и ИнСист.

Эксперт – спец.,согласившийся поделиться своим опытом решения конкретного класса задач в конкретной ПрО.

База знаний – ядро ИнСист, т.е. совокупность знаний ПрО, записанная на мешинный носитель на ЯПЗ.

Типовые НФ-задачи, для которых использование технологии СОЗ приносит значительные результаты:

1.Интерпретация.Процесс определения смысла данных, т.е. построения описаний по наблюдаемым данным.

2.Диагностика.Процесс обнаружения неисправностей в некоторой системе (техники или живых организмах).

3.Слежение (мониторинг).Непрерывная интерпретация в реальном времени и сигнализация о выходе параметров за допустимые пределы.

4.Прогнозирование.Вывод вероятных следствий из заданных ситуаций.

5.Планирование.Конструирование плана, т.е. программы действий.

6.Проектирование.Построение спецификаций на создание объектов с заранее определенными св-ми.

7.Отладка.Выработка рекомендаций по устранению неисправностей.

8.Обучение.Диагн. + интерпр. + планирование + проектирование

9.Управление.Интерпр. + прогноз. + планир. + моделир. + оптимизация выбранных решений + мониторинг

5

СОЗ (ЭС) – сложный программный комплекс, аккумулирующий знания специалистов в конкретных проблемных/предметных областях.[спец.образом выделенная и описанная область человеческой деятельности] С точки зрения прикладного аспекта, выделяются след. направления ИИ: 1.Прикладные экспертные с-мы (СОЗ): статические/динамические/интегрированные 2.Естестенно-языковые с-мы: для доступа к большим БД/с-мы поиска информации в Интернете/с-мы обработки слитных текстов 3.Нейрокомпьютеры и нейросетевые технологии 4.Интеллектуальные роботы и.т.д.

СОЗ – успешно развивающиеся в последние годы класс интеллектуальных систем, ориентированный на тиражирование опыта высококвалифицированных специалистов в таких слабо формализованных областях, где качество принятия решений традиционно зависит от уровня экспертизы (медицина, экономика, геология и т.д.)

60‑е. – Логическая парадигма ИИ.Найти общие методы решения задач и построить универсальные программы. Фактически, чем шире был класс решаемых задач – тем беднее выглядели возможности программы при решении конкретных проблем.

70-е. Квазилогическая п. Найти общие методы представления знаний и поиска информации, чтобы использовать их для создания специализированных ИнСист.Стратегия привела к некот.успехам, созданию значит.числа ЯПЗ и трансляторов для них, но не породила резкого продвижения методов ИИ вперед.

80-е. Семиотическая. Использование больших объемов специальных знаний о некотоом фрагменте мира для создания специализированных программ.Позволила перейти к индустрии ИнСист.Была ориентирована на обеспечение программы множеством спец.знаний о некоторой ПрО с целью интеллектуализации программы.Разработаны модели и методы переноса знаний в комп.программу.

Парадигма ранних СОЗ – эгоцентричность, несистемность (задачи вып. последов), асоциальность(изоляция от др систем), статичность(данные не меняются в теч обработки)

Парадигма современных СОЗ – децентрированность, распределенность(есть планировщики), интегрированность, функционирование в реальном времени

7

Современные ИнСист существенным образом отличаются от традиционных программных средств (ПС), причем не только наличием базы знаний.

1.Технология разработки ПО.Классическая: конечный пользователь->аналитик-> программист->ЭВМ+обычная программа. 2.Технология с использование СОЗ:

Конечный пользователь + оператор → когнитолог + аналитик, программист, оператор → ЭВМ + СОЗ

2.Различие структур обычной программы и СОЗ: Обычная программа: входные данные  программа

Программа ИИ (СОЗ): база знаний  интерпретатор  входные данные

3. Сравнение параметров традиционной программы и СОЗ

параметр	СОЗ	традиц. програм.
обработка	символьная	числовая
метод реш.	эвристический	алгоритмы
шаги реш.	неявно	точно
иском. реш.	удвл.	оптимальное
управ./дан.	перемешаны	разделены
модификац.	частые	редкие

В качестве основного вывода по сравнительной характеристике СОЗ и традиционных программных систем можно отметить, что обычное для классических систем соотношение ДАННЫЕ + АЛГОРИТМ = ПРОГРАММА заменяется на новую архитектуру, основу которой составляет БЗ и интерпретатор БЗ (машина логического вывода), т.е. ЗНАНИЯ + ВЫВОД = СИСТЕМА.

9

С точки зрения ЖЦ программ в ИИ, выделяются 3 стадии. 1.Формирование требований – полных, непротиворечивых, однозначных.Специфичной особенностью является наличие этапов, связанных с получением и структурированием базы знаний и необходимостью ее верификации. 2.Тестирование СОЗ отличается от тестирования обычных систем, поскольку кроме обязательного участия экспертов в этом процессе для СОЗ характерно недетерминированное поведение из-за использования стратегии разрешения конфликтов, вследствие чего основным способом тестирования является прототипирование. 3.Сопровождение - самая специфичная стадия, т.к.ядро БЗ может меняться в течение всего ЖЦ.

Существуют специальные средства автоматизированной поддержки разработки СОЗ – Workbench.Это интегрированные инструментальные системы, поддерживающие весь ЖЦ создании и сопровождение ИНСист.G2 и АТ-технология. АТ поддерживает итеративную модель ЖЦ, предусматривающую возврат без ограничений в любому пройденному этапу.

1.Анализ системных требований пользователей.Построение модели архитектуры проектируемой ИЭС в виде иерархии расшир.диаграмм потоков данных (РДПД). 2.Автоматизированное построение БЗ.Итеративное извлечение знаний из экспертов, ЕЯ-текстов и БД.Верификация, обнаружение и устранение логических ошибок, выявление некоторых видов недостоверных знаний.3.Построение средств вывода в ИЭС.Выбор стратегии вывода, корректировка значений коэфф.неопредел. для работы с недостоверными знаниями. 4.Общее и детальное проектирование.Проект. общей архитектуры ИЭС – детализация иерархии РДПД до уровня спецификаций процессов.Детальное проект. – разработка спецификаций каждого компонента прототипа ИЭС, интерфейсов между компонентами, создание диалоговых форм, описание обработчиков событий. 5.Конфигурирование и тестирование прототипа ИЭС.Полная сборка, верификация БЗ и валидация текущего прототипа.

11

Средством вывода комплекса АТ-технология является АТ-решатель – машина вывода, входящая в состав программных средств комплекса и функционирующая на основе ЯПЗ объектно-продукционного типа. Она обеспечивает след. возможности: поддержку прямой и обратной стратегии вывода; разрешение конфликтов, основанное на нескольких критериях полезности правил; обработка факторов уверенности и неточных числовых значений.АТ-решатель можно представить в виде I=<V,S,K,W> где V – процесс выбора подмножества активных продукций P и активных данных R, которые будут использованы в очередном цикле работы интерпретатора

S – процесс сопоставления, определяющий множество означиваний, т.е. пар вида правило-данные

K – процесс разрешения конфликтов, определяющий, какое из означиваний будет выполняться

W – процесс, осуществляющий выполнение выбранного означенного правила.

Прямой вывод: по известным фактам отыскивается заключение, которое из них следует, заносится в РП.

Обратный вывод: выдвигается гипотеза (цель) о конечном суждении, а затем в РП ищутся факты, которые могут подтвердить или опровергнуть эту гипотезу.

Основные этапы работы:

1.Формирование начальной выборки правил.Расчет приоритетов: чем меньше неозначенных атрибутов в посылке и больше их в действии, и больше значение факторов уверенности следствия правила – тем выше приоритет.

2.Сопоставление.Правила начальной выборки сопоставляются с набором атрибутов в рабочей памяти в порядке установленного приоритета.Делается попытка рекурсивно означить неозначенные атрибуты посылки правил в другом цикле работы решателя, рассматривая эти атрибуты как целевые для нового цикла.

3.Разрешение конфликтов.Результатом сопоставления является конфликтный набор означенных правил. Из них выбираются имеющие наибольший приоритет, полученный в п.1.

4.Модификация рабочей памяти.

Взаимодействие АТ-решателя с другими компонентами ИЭС выполняется с помощью механизма процедур-демонов, т.е. процедур, запускающихся при выполнении некоторых условий. Они активизируются, когда решатель означивает атрибуты, или когда требуется получить значения атрибутов из внешних источников.Для взаимодействия с компонентами, процедуры разрабатываются с использованием механизма передачи сообщений на языке XML.

13

Если при разработке СОЗ процесс получения знаний осуществляется автоматизированным путем с использованием спец.инструментов, то говорят о приобретении знаний (если без них, прямым контактом с экспертом – выявление).Приобретение знаний предполагает выполнение задач:

1) определение необходимости модификации (расширения) СОЗ

2

СОЗ(ЭС)

) извлечение новых знаний в случае необходимости такой модификации

3

Эксперт

) преобразование новых знаний в форму "понятную" СОЗ (ЭС)

4

БЗ

) модификация знаний СОЗ и переход к п. 1)

В

Решатель

Инж.по знаниям

модели приобр.знаний с помощью инжен.по знаниям

задачи 1 и 2 инж. и эксп. решают совместно, зад.3 – только

инж., решение задачи 4 автоматизировано.

В модели .. с помощью интеллектуального редактора <та же, но только эксперт и +[инт.редактор] [метазнания(знания о структуре знаний)]> эксперт решает задачи 1,2 а 3,4 – автоматизированным способом.В модели с помощью индуктивной программы <мод.1, вместо эксп.-«данные», +[инд.программа]> уже СОЗ приобретает знания по аналогии с человеком-экспертом.Индуктивная программа анализирует данные, содержащиеся в ПрО и автоматически формирует отношения и правила, описывающие эту область.

Средства автомат. приобретения знаний – 1.средства, основанные на деревьях решений (просты, но пригодны для небольших ПрО); 2.системы, основанные на психологических методах (методы репертуарных решеток и др.); 3.системы, использующие методы решений конкретных задач (problem solving methods); 4.системы, основанные на рассуждениях по прецедентам (case‑based reasoning); 5.индуктивные средства приобретения знаний, где знания об области экспертизы представляются в виде примеров (атрибут-значение).6.СПЗ, использующее комбинацию различных методов и подходов к извлечению знаний из экспертов, спец.текстов и БД.

15

Самый распространенный класс ИнСист – базируется на понятии «формальная продукционная система», берущих начало из работ Поста. С-ма продукций Поста задается алфавитом С={C1,…Cn} и с-мой базисных продукций XiW  WYi (i=1..n), где Xi, Yi – слова в алфавите С, W – знак продукции.

Пусть некоторое слово  начинается со слова Xi. Тогда применить к слову  продукцию XiWWYi означает вычеркнуть из  начальный отрезок Xi, к оставшемуся приписать Yi

Пример. Дано слово abc.Применяем продукцию abWWd, получаем abccd.

Продукционная система представляется тройкой вида PS = <F, P, I>, где

F – рабочая память (РП), содержащая текущие данные

P – база знаний (БЗ), содерж. мн‑во продукций

I – интерпретатор: механизм, реализующий процедуру вывода. В свою очередь, интерпретатор:

I = <V, S, R, W>

V – мн-во процедур выбора из P и F подмножества активных данных Fv и продукций Pv, которые участвуют в текущем цикле работы интерпретатора.

S – процесс сопоставления, определяющий множество означиваний – мн‑во пар (Pi)  {di}, pi Pv,..

R – процесс разрешения конфликтов, определяющий, какое из множества полученных означиваний будет выполнено

W – процесс, осуществляющий выполнение выбранного означенного правила,т.е. выполнения действий, указанных в правой части правила.

17

В настоящее время накоплено значительное количество статистического материала для оценки современных инструм.средств для разработки СОЗ. Материал получен на основе коллективного экспертного мнения профессиналов относительно ИС для СОЗ(ЭС).

Ниже приведен набор основных критерив для выбора ИС. Критерии разбиты по группам, соответствующим основным х-кам СОЗ: база знаний, интерфейс пользователя, машина вывода, и.т.д

1. Формализмы представления знаний. 1.1 Модели представления знаний: правила/структурированные правила/фреймы/семантические сети/другие

1.2 Наследование свойств.1.3 Наличие подсистемы описания знаний.

2.Машина вывода. 2.1 Методы рассуждений: прямой вывод/обратный вывод/немонотонные рассуждения. 2.2 Стратегии поиска решений: метод «в глубину»/»в ширину»/метод «наилучшего»/метод ветвей и границ 2.3.Разрешение конфликтов: присвоение правилам приоритетов/ общность/частность правил/давность информации 2.4 Обработка НЕ-факторов знаний: теория Байеса/теория нечетких множеств/фактор уверенности/порог достоверности

3.Интерфейс разработчика. Средства создания базы знаний: текстовый процессор/графическое представление БЗ/компиляция БЗ. Средства отладки: проверка целостности БЗ, трассировка правил, хранение протокола работ.Возможность просмотра правил и памяти.Средства верификации БЗ. Средства конструирования интерфейса СОЗ: графические утилиты, анимация, формирование экрана.4.Интерфейс пользователя. Диалоговые возможности: окна, цветовые возможности, речевой ввод-вывод, возможность взаимодействия на ЕЯ. Объяснительные способности: почему задан вопрос/как получен результат/как изменится результат, если переформулировать вопрос или изменить информацию.Возможность нескольких решений.

5. Обстановка и окружение. Переносимость. Многопользовательская поддержка.Совместимость. Безопасность: защита от копирования, кодирование информации, пароли доступа. Работа в режиме реального времени. 6.Доступ к внешним данным: БД или специальному ПО.

19