Geum.ru

Экспертная система это программа (на современном уровне развития человечества), которая заменяет эксперта в той или иной области.  

Вид материалаПрограмма

Содержание


Основные структуры баз знаний, взаимодействие параметров и секций.
2. Структура ЭС режимы использования
Инструментальные средства ЭС
2. Структура ЭС и организация знаний  в ЭС.
Интеллектуальный редактор базы знаний
Структура ЭС ESTA
ESTA поддерживает сохранение базы знаний в двух форматах *.kb и
Секция Параметр
Особенности создание ЭС в оболочке ESTA
Основа ЭОС
ЭОС наряду с традиционными функциями АОС обеспечивают
Подобный материал:

Лекция № 3

Экспертные системы

1.Понятие об экспертной системе (ЭС).


2. Структура ЭС режимы использования

3. Обучающие ЭС

1. Понятие об экспертной системе (ЭС).


Экспертные системы, базовые понятия

Экспертная система — это программа (на современном уровне развития человечества), которая заменяет эксперта в той или иной области.

 
Экспертная система отличается от прочих прикладных программ наличием следующих признаков.

Моделирует не столько физическую (или иную) природу определенной

проблемной области, сколько механизм мышления человека применительно к решению задач в этой проблемной области.


Система, помимо выполнения вычислительных операций, формирует

определенные соображения и выводы, основываясь на тех знаниях,

которыми она располагает. Знания в системе представлены, как правило, на некотором специальном языке и хранятся отдельно от собственно

программного кода, который и формирует выводы и соображения. Этот

компонент программы принято называть базой знаний.

При решении задач основными являются эвристические и приближенные

методы, которые, в отличие от алгоритмических, не всегда гарантируют

успех. Эвристика, по существу, является правилом влияния (rule of thumb), которое в машинном виде представляет некоторое знание, приобретенное человеком по мере накопления практического опыта решения аналогичных проблем. Такие методы являются приблизительными в том смысле, что, во-первых, они не требуют исчерпывающей исходной информации, и, во-вторых, существует определенная степень уверенности (или неуверенности) в том, что предлагаемое решение является верным.

Экспертные системы отличаются и от других видов программ из области искусственного интеллекта.
  • Экспертные системы имеют дело с предметами реального мира, операции с которыми обычно требуют наличия значительного опыта, накопленного человеком.
  • Одной из основных характеристик экспертной системы является ее производительность, т.е. скорость получения результата и его достоверность (надежность).
  • Экспертная система должна обладать способностью объяснить, почему предложено именно такое решение.



  • Экспертная система проектируется в расчете на взаимодействие с разными пользователями, для которых ее работа должна быть, по возможности, прозрачной.

Базовые функции экспертных систем
  • Представление знаний
  • Управление процессом поиска решения
  • Разъяснение принятого решения

Виды экспертных систем




Рис. 1. Классификация экспертных систем


Создание баз знаний и документов в оболочке ESTA.


В оболочке ESTA могут быть созданы базы знаний, диалог, текстовый документ.

Для создания документа необходимо открыть окно оболочки. Выбрать в меню Fail выбрать команду New. В появившемся диалоговом окне выбрать вид создаваемой программы. Это может быть база знаний knowledge base, диалог – dialog текстовый файл – text file.

Если вы выбираете первый тип то в этом случае ESTA создает файл с расширением безымянный (Untitled) файл с расширением *.kb и переходит в режим редактирования. Созданный документ не может быть сохранен, пока не созданы какие либо структуры базы знаний, команды save и save as.. не активизированы. В этом режиме можно создавать и редактировать секции, параметры, базы графических файлов. Однако рекомендуется сначала создать, титул используя меню title. В этом случае активизируются все команды меню File.

При выборе второго типа документа – диалога, появляется еще одно диалоговое окно. С помощью команд, используемых в этом окне можно выбрать режим фиксирования диалога между экспертной системой и пользователем. В частности возможны режим фиксации только вопросов и ответов. Режим фиксации советов advice, режим фиксации титулов. При выборе всех флажков, в диалоге фиксируются все параметры диалога ЭС и пользователя.

Основные структуры баз знаний, взаимодействие параметров и секций.

Структура баз знаний была рассмотрена на предыдущей лекции. Напомним, что основу составляют секции и параметры. Параметры могут быть четырех типов: булевские (Boolean), параметр выбора(category), текстовый параметр(text), числовой параметр (number). Параметры фактически определяют тип диалогового окна, если они используются при диалоге. Однако они могут использоваться просто для задания типа данных, то есть не участвовать в человеко-машинном (пользовательском) интерфейсе. Например, в теле программы какому-либо параметру может быть присвоен тип number, т.е. числовой и затем этому параметру программно присвоено какое-либо числовое значение. В любом случае параметр должен быть отмечен в какой-либо секции – иначе он будет отмечен как лишний, не используемый параметр. Таким образом, работу по созданию базы знаний, после того как был создан и сохранен файл, следует начинать с создания параметра (параметров) и первой «стартовой» секции, которая должна быть обязательно помечена именем start. Имена всех остальных секций определяются произвольно. Желательно, чтобы база данных в начале работы идентифицировала субъекта (пользователя). В общем случае это необходимо по двум причинам: для организации «дружественного» интерфейса с пользователем и второе - организация ограничений на допуск к информации.

Таким образом, очевидно, что работу по созданию БЗ следует начинать с создания текстового параметра. Алгоритм меню Parameter - New – диалоговое окно New Parameter – выбор в окне Type тип параметра (в данном случае text) – в окне Name вводится имя параметра (в данном случае например im) – кнопка ОК. При этом появляется окно с шаблоном структуры данного параметра. В поле question внутри кавычек (‘ ’) вводится текст например «Введите Ваше имя». После этого окно закрывается. Появляется служебное диалоговое окно ESTA Update im before closing нажимаем Yes. Таким образом создан параметр im, в меню Parameter при этом становятся активными некоторые команды – например edit

Секция - меню section команда New section.- окно шаблона. Вводится во второй (третей) строке логическая конструкция. Например if im = ‘вася ’ do new_section_VVV. Затем закрыть Появляется служебное диалоговое окно ESTA Update im before closing нажимаем Yes.

Теперь можно проверить как работает данная конструкция. Меню Consult – Begin Consultation и т.д.

2. Структура ЭС режимы использования


Проектирование ЭС и применяемые инструментальные средства.

Проектирование ЭС

В настоящее время сложилась определенная технология разработки ЭС, которая включает следующие шесть этапов: идентификация, концептуализация, формализация, выполнение, тестирование и опытная эксплуатация.


Инструментальные средства ЭС

По своему назначению и функциональным возможностям инструментальные средства, применяемые при проектировании ЭС можно разделить на 4 категории.
  • Оболочки экспертных систем. EMYCIN из MYCIN
  • Языки программирования высокого уровня. OPS5 CLIPS
  • Среда программирования поддерживающая несколько парадигм.
    КЕЕ, KnowlegeCraft, ART    .
  • Дополнительные модули.


2. Структура ЭС и организация знаний  в ЭС.

Структуры ЭС можно рассматривать на различных уровнях. Например, обобщенная структура ЭС.



Интеллектуальный редактор базы знаний

Интерфейс пользователя










Пользователь Инженер Эксперт

По знаниям


Структура ЭС ESTA

Если рассматривать более конкретные решения экспертной системы, то структура может несколько отличаться от приведенной, в сторону упрощения или усложнения. Но основные элементы будут присутствовать.

Структура баз знаний созданных с помощью оболочки ESTA будет отличаться в сторону усложнения структур.

Такая экспертная система может состоять из базы знаний (баз знаний), базы графических изображений, базы текстов.



Структура ЭС (ESTA)

ESTA поддерживает сохранение базы знаний в двух форматах *.kb и

*.kbT. Первый формат соответствует компилируемой форме, второй – текстовой форме. Текстовая форма позволяет организовать альтернативный способ поддержания базы знаний с помощью сторонних текстовых редакторов.


организация знаний  в ЭС

Представление знаний базируется на трех понятиях

Секция

Параметр

Заголовок (Титул).

основу базы знаний составляют секции и параметры.

Секция - верхний уровень представления знаний. Секция состоит из имени, текстового описания (в апострофах’’) и определенного числа параграфов. Параграфы могут содержать различную информацию вплоть до булевых (логических) выражений. Первая секция должна имеет имя start.

Секция ::= <имя> [:]<’описание’> <параграф>

<параграф>::= if <логическое выражение><действия (actions)>

<действия (actions)> ::= advice, call, do, assign (назначить), chain, do_section_jf, exit, stop.

Параметры

Параметры подобны переменным в обычных языках и определяют поток управления между секциями.

Параметры в общем случае состоят из поля объявления и поля ввода.

Необязательных (optional)!? Полей (зависят от типа параметра).

Параметры могут быть четырех типов: булевские (Boolean), параметр выбора(category), текстовый параметр(text), числовой параметр (number).

параметры могут получать значение следующими путями:
  • при ответе на вопрос;
  • как результат выполнения правила;
  • при назначении в результате назначенного действия.

Параметры фактически определяют тип диалогового окна.

работу по созданию базы знаний, после того как был создан и сохранен файл, следует начинать с создания параметра (параметров) и первой «стартовой» секции, которая должна быть обязательно помечена именем start. Имена всех остальных секций определяются произвольно.

Заголовки предназначены для представления базы знаний в целом.

Могут быть созданы в виде plain текста либо в виде графического файла.

Особенности создание ЭС в оболочке ESTA

Желательно, чтобы база данных в начале работы идентифицировала субъекта (пользователя). В общем случае это необходимо по двум причинам: для организации «дружественного» интерфейса с пользователем и второе - организация ограничений на допуск к информации.

Таким образом, очевидно, что работу по созданию БЗ следует начинать с создания текстового параметра. Алгоритм меню Parameter - New – диалоговое окно New Parameter – выбор в окне Type тип параметра (в данном случае text) – в окне Name вводится имя параметра (в данном случае например im) – кнопка ОК. При этом появляется окно с шаблоном структуры данного параметра. В поле question внутри кавычек (‘ ’) вводится текст например «Введите Ваше имя». После этого окно закрывается. Появляется служебное диалоговое окно ESTA Update im before closing нажимаем Yes. Таким образом создан параметр im, в меню Parameter при этом становятся активными некоторые команды – например edit

Секция - меню section команда New section.- окно шаблона. Вводится во второй (третей) строке логическая конструкция. Например if im = ‘вася ’ do new_section_VVV. Затем закрыть Появляется служебное диалоговое окно ESTA Update im before closing нажимаем Yes.

Теперь можно проверить как работает данная конструкция. Меню Consult – Begin Consultation и т.д.


3. Обучающие ЭС

Имеющийся на сегодняшний день опыт разработки и использования экспертных обучающих систем (ЭОС) показал, что, с одной стороны, ЭОС, должна входить в состав любой ЭС, но может быть использована и автономно. С другой стороны, каждая структурная единица ЭОС будет более соответствовать ЭОС, если сама будет реализована как некая ЭС. Это кажущееся на первый взгляд противоречие не является таковым, а лишь подчеркивает реально сложившуюся в практике разработки ЭС ситуацию, когда ни одна ЭС не может быть взята за эталон полноты реализации всех теоретических функциональных компонентов.

Основа ЭОС - интеллектуальный диалог с пользователями разных уровней: экспертами-преподавателями, инженерами по извлечению и представлению знаний, программистами и пользователями - обучающимися.

Диалог пользователя с ЭВМ - это обмен сообщениями между пользователем и ЭВМ в соответствии с установленными языками и формами общения для решения определенной задачи.

Основные задачи диалога с ЭОС следующие:

- выбор модели диалога для каждой категории пользователей (диалог, управляемый пользователем, диалог со смешанной инициативой, диалог, управляемый ЭВМ);

- классификация пользователей;

- анализ сообщений пользователя;

- анализ правильности выполнения учебного задания;

- определение оптимальной последовательности изучения разделов и тем курса.

ЭОС наряду с традиционными функциями АОС обеспечивают ряд новых возможностей, главной из которых является способность в ответ на запрос пользователя, сформулированный в терминах предметной области, произвести логические выводы и сообщения.


Требования к ЭОС с позиций обучающегося сводятся в основном к следующим:

- изучение объектов, процессов и явлений на основе их имитационных или математических моделей;

- получение справочной информации из базы данных по введенному в естественной форме запросу;

- получению помощи в виде подсказок, пояснений, демонстрационных примеров в ходе выполнения различных работ на ЭВМ в данной предметной области;

- получению информации из базы знаний на вопросы открытого типа, производимых системой путем логического вывода и обобщения фактов системой;

- самоконтроль уровня знаний по той или иной теме;

- специальная интеллектуальная диагностика ошибок в ходе решения задач.

С позиции эксперта-преподавателя ЭОС должна обеспечить работу с такими моделями знаний, которые адекватно отражают данную предметную область и позволяют наиболее полно:

- представить ее формализованную модель;

- реализовать выбор оптимальной стратегии обучения с адаптацией к уровню подготовленности и индивидуальным характеристикам пользователя;

- автоматизировать процесс конструирования учебных заданий;

- дать возможность вмешиваться в процесс диалога с целью демонстрации обучающемуся хода решения задачи.


Основное отличие ЭОС от АОС состоит в невозможности для АОС и необходимости для ЭОС не просто оценивать факт решения обучающимися задачи, выдавая комментарии разной степени точности, но и объяснить «как» и «почему» преподаватель-эксперт решил задачу именно так, а обучающийся допустил именно такие-то ошибки или неточности.

Основные трудности при разработке ЭОС для лингвистики включают:

- представление субъективных и практически неформализуемых знаний;

- интерпретацию семантики в базах данных лингвистической информации;

- отсутствие типовых моделей предметной области.


Классическая архитектура ЭОС содержит пять основных и необходимых составляющих:

- модель предметной области и соответствующие машины логического вывода и интерпретации;

- модель конечного пользователя-обучающегося, включая моделирование процесса общения каждого пользователя с ЭОС;

- подсистемы, обеспечивающие дружественный интерфейс ЭОС с пользователями;

- моделирование стратегии обучения, его методов и диагностики;

- генерацию учебных задач.