Преимущества эс. Задачи эс

Вид материала

Реферат

Содержание COMA – кома. Инструментальные системы. Этапы развития инструментальных средств эс. Ключевые слова История развития экспертных систем Примеры оболочек продукционного типа. Texas Instruments Level 5 Research

Подобный материал:

• Планирование привлечения и высвобождения работников. Преимущества и недостатки внутризаводского, 28.01kb.
• Тема: Введение. Предмет, цели и задачи прогнозирования и оценки мпи. Преимущества комплекса, 144.58kb.
• Преимущества и недостатки мультимедийной презентации, 11.42kb.
• Преимущества лизинга, 37.09kb.
• Лекция религия и невроз, 7200.62kb.
• Общественным Советом Министерства промышленности и торговли проводит круглый стол под, 470.98kb.
• 1. Каждый темперамент имеет свои преимущества, 73.33kb.
• Менеджмент (бакалавриат) Основные преимущества обучения , 69.74kb.
• Курсовая работа по дисциплине: маркетинг На тему: Анализ состояния рынка минеральной, 464.13kb.
• Культурная революция, 222.61kb.

Инструментальное средство может поддерживать один или несколько способов представления знаний и организации программ.

Можно разбить поддерживаемые методы на 6 категорий.

1. Основанные на правилах. Используют правила ЕСЛИ-ТО для реализации прямой и обратной цепочки рассуждений. Средство: EMYCIN).
   
2. Основанные на фреймах. Используют иерархию фреймов для наследования свойств и привязки процедур. Средство: SRL.
   
3. Ориентированные на процедуры. Использует вложенные подпрограммы для организации и управления ее выполнением. Программист может определить набор процедур высокого уровня, который будет описывать действия программы и на основании этих процедур написать программу. Процедуры обеспечивают большую гибкость, программист может их упорядочить самыми разными способами, но при этом объяснять действия программы становится труднее. Средство: Лисп, ROSIE (сочетает процедуры и правила).
   
4. Ориентированные на объекты. Использует элементы, называемые объектами, которые связаны с другими объектами через сообщения. Внешне это похоже на фреймовые сети, но все объекты в сети общаются друг с другом через отправление и получение сообщений. Когда объект получает сообщение он консультируется со своей базой данных и правилами, чтобы решить какое действие предпринять.
   

Например, в системе моделирования воздушным военным боем SWIRL все объекты связаны в сеть. Например, конкретный AWACS (радар) засёк нарушителя, он передает сообщение в командный центр, командный центр решает, какие истребители применить и отправляет сообщение на соответствующие аэродромы.

Такой подход помогает моделировать много связанных процессов, происходящих одновременно. Средство: SMALL-TALK.

5. Основанные на логике. Использует исчисление предикатов для структуризации программы и управления ее выполнением. Каждое предложение записано в форме: предикат: - предикат1, предикат2,…,предикат n.
   

предикат - консеквент;

предикат1, предикат2,…- антецеденты.

Программа, основанная на логике, берет поставленную цель и сравнивает со всеми консеквентами запомненных предложений. Когда она находит совпадение, она пытается цель, рассматривая антецеденты совпавшего консеквента в качестве подцелей. Когда доказана истинность всех подцелей, тем самым доказана и вся цель. Этот поиск антецедентов для доказательства консеквента похож на построение обратной цепочки рассуждений в системах правил. Поиском жестко управляет интерпретатор, который анализирует и обрабатывает предложения. Средство: ПРОЛОГ.

5. Ориентированные на доступ. Использует датчики, включающие новые вычисления при изменении данных или их чтении. Эти методы используют демонов, т.е. процедуры, вызываемые при изменении данных или считывании, для того, чтобы следить за работой программ или внешних устройств. Демоны ведут себя подобно датчикам, связанным с конкретным значением переменных. Если эти значения меняются, датчики включают дополнительные вычисления, которые могут быть использованы для графического вывода шкал, показывающих значения переменных. Методы, ориентированные на доступ, облегчают построение сложных визуальных образов, позволяющих следить за поведением переменных в программе. Средство: LOOPS. LOOPS имеет графические шкалы. Они разбиты на классы и управляются датчиками. Шкалы: цифровые, циферблатные, аналоговые, сегментные, вертикальные.
   

Контрольные вопросы:

1. Главное назначение инструментального средства small-talk.
   
2. Где используется средство LOOРS?
   
3. В каком инструментальном средстве используются семантические и продукционные модели представления знаний?
   
4. Основные понятия логических средств.
   
5. Какое из средств используется в реальном режиме времени?
   
6. Какие оболочки ЭС вы знаете?
   

Лекция 13 ПРИМЕРЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ.


EMYCIN.


План лекции:

1. Инструментальные средства, основанные на продукции
   
2. Инструментальные средства фреймового типа.
   
3. Инструментальные системы.
   

Ключевые слова:

Экспериментальные ИС, исследовательские ИС, коммерческие системы.


Это скелетный язык инженерных знаний. В EMYCIN использована схема представления знаний с жестким механизмом управления, основанным на принципе обратной цепочки рассуждений, что ограничивает его применение проблемами типа диагностики и классификации.

Однако, эта система имеет совершенные средства объяснения и приобретения знаний, которые ускоряют разработку экспертных систем.

EMYCIN был использован для построения ЭС в медицине, геологии, сельском хозяйстве, технике.

Правило в EMYCIN имеет форму: ЕСЛИ антецедент, ТО консеквент.

Коэффициенты уверенности варьируют от –1 до +1 и связываются с каждым выражением антецедента. Часть ЕСЛИ правила рассматривается как истина только тогда, когда коэффициент уверенности больше некоторого порога (например 0.5) и как ложь, если коэффициент уверенности меньше другого порога.

Пример: фрагмент правила из консультационной ЭС SACON для инженера конструктора, написанная на языке EMYCIN.

ЕСЛИ материал, из которого изготовлена конструкция, один из металлов И допустимая погрешность анализа (%) составляет от 5 до 30 И безразмерное напряжение конструкции 0.9; ТО с вероятностью (1.0) усталость является одним из факторов поведения конструкции под нагрузкой.

На рис. 29 представлены области применения языка EMYCIN.


SAKON


Помогает определить стратегии

решения

задач анализа конструкций


PLANT/cdP BLUE BOX EMYCIN







Рис. 29.Приложения системы EMYCIN в других ЭС.


E X P E R T.


Это скелетный язык инженерии знаний использует схему представления знаний, основанную на правилах и имеет ограниченный механизм вывода, организованный по принципу прямой цепочки рассуждений и делающий его пригодным для задач типа диагностики и классификации. У языка EXPERT есть встроенные блоки построения объяснений, приобретения знаний и контроля непротиворечивости, которые ускоряют разработку. Блок контроля непротиворечивости информации хранит базу данных для правильных заключений и использует ее при тестировании ЭС после добавлений новых правил.

EXPERT используется в диагностике медицины, геологии и других областях.


Рис.30. Применение языка EXPERT


Поскольку EXPERT была разработана для ЭС в медицине, то при структуризации знаний различают факты и гипотезы. Факты – это наблюдения, а гипотеза – это заключение из фактов или других гипотез. В EXPERT факты записываются в форме: f(название, значение истинности) ,

а гипотезы:

h(название, интервал уверенности), интервал уверенности изменяется от –1 до +1.

Пример правила на языке EXPERT :

CNS – у пациента заболевание нервной системы /* гипотеза */

SEIZ – припадки.

PSYCH – психоз.

OBSYN – присут. Синдром гол. Мозга. /* факты */

COMA – кома.

/* правило

ЕСЛИ [ 1:f(seiz,t), f(psych,t), f(obsyn,t), f(coma,t)] h(cns,1.0)

ROSIE.


Универсальный язык сочетает схему представления знаний, основанную на правилах со структурой языка, ориентированного на процедуры.

Программы на ROSIE являются вложенными процедурами и функциями, каждая из которых определяется как правило. У ROSIE синтаксис естественного языка, поэтому он читабелен, у него мощные подпрограммы сопоставления с образцом для сравнения посылок правил с данными.

Средства поддержки включают редактирование и средства отладки, но у него нет средств объяснения и приобретения знаний.

ROSIE используется для построения ЭС в различных предметных областях, включая юриспруденцию, управление кризисными ситуациями и военное дело.

На этом языке возможно представить 6 основных типов отношений естественного языка:

1. Принадлежность к классу: изделие – есть бутылка шампанского.
   
2. Утверждение: бутылка шампанского была дефектна.
   
3. Непереходные глаголы: изделие взорвалось.
   
4. Переходные глаголы: изделие ранило истца.
   
5. Составные глагольные сказуемые: истец является частично ответственным.
   
6. Предложное предложение: изделие взорвалось в зале ресторана.
   

Правила представления аналогичны любой продукционной системе без коэффициента уверенности. Набор правил определяется как процедуры или как генератор, или как предикат. Процедура, как подпрограмма, выполняет свою задачу и передает управление в ту часть программы, которая вызвала процедуру. Генератор возвращает значение или набор значений. Предикат – это функция, которая выдает либо значение «истина», либо значение «ложь».

Правила не кодированы, как в EXPERT,что позволяет ускорить разработку ЭС и увеличить читабельность программ, что особенно важно в ПО, где правила сложны и детализированы.




Рис.31. Применение языка ROSIE


OPS-5

Это универсальный язык инженерии знаний использует основанную на правилах цепочку рассуждений, прямую. Универсальность позволяет допускать разнообразие структуры представления данных и управление в рамках одной программы.

У OPS-5 – мощный механизм сопоставления с образцом и эффективный интерпретатор для сопоставления правил с данными. Но у него недостаточно средств поддержки. У него нет встроенного блока объяснения механизмов приобретения знаний, а отладки программы – min средства.

Правило состоит из «антецедентов» и «консеквентов», где антецедент описывает элементы данных, консеквент определяет действия, которые надо предпринять. Правила в OPS-5 громоздки, а перевода на естественный язык нет, как в системе EMYCIN. Несмотря на это, он является наиболее распространенным языком инженерии знаний и используется для разработки множества коммерческих систем.


Рис.25. Этапы разработки ЭС





SRL.


SRL – язык инженерии знаний, основанный на фреймах. Был создан для изучения вопросов, связанных с наследованием в системах, основанных на фреймах. В рамках этого языка пользователь может легко определять способ представления знаний, и определить новые отношения и связанную с ним семантику исследования, новые слоты, новые спецификации поиска. С каждым фреймом или схемой можно связать знания метауровня.

Язык SRL используется в диагностических системах реального времени (PDS) , консультационных системах (ISIS).

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ.

TEN CORE вер. 4.0 является продуктом 7-летнего развития фирмы-разработчика Computer Teaching Corporation. TEN CORE – мощнейший инструментарий для разработки обучающих программ для ПЭВМ.

Полный комплект TEN CORE включает:

• TEN CORE LAS – языковая система разработки обучающих программ;
  
• TEN CORE CMI – система тестирования обучающихся, подготовка вопросов, обработка результатов тестирования;
  
• TEN CORE PRODUCER – авторская система, ускоряющая подготовку курсов с большим количеством графики;
  
• TEN CORE ASSISTANT – обучающая программа по самой системе TEN CORE.
  

Отличительной особенностью является широкий диапазон периферийных устройств.

TEN CORE состоит из следующих функциональных модулей:

• Редактор для подготовки кодов на языке TEN CORE;
  
• Встроенный точечный графический редактор;
  
• Редактор символов алфавита;
  
• Система рисования графических образов;
  
• Транслятор исходных кодов TEN CORE;
  
• Модуль исполнения готовых обучающих программ.
  

Язык TEN CORE содержит более 200 команд. Это язык высокого уровня и близок к языкам процедурного типа. Команды разбиты на ряд групп по функциям:

• Управление текстов;
  
• Отображение;
  
• Разбор ответа;
  
• Режим разбора;
  
• Вычислительные;
  
• Управление временем;
  
• Ведение файловой системы;
  
• Управление памятью и связи с программами.
  

Диалог разработчика с TEN CORE осуществляется с помощью меню и устройством ввода – мышь.

Курс обучения рисует на бумаге произвольно схематично.

ЛОГОС.

Инструментальный комплекс (ЦентрПрограммСистем) предназначен для автоматизации разработки инструментальных СБЗ в частности пустых ЭС. С его помощью пользователи могут создавать и настраивать на конкретные предметные области свои инструментальные средства.

ИК ЛОГОС имеет десятки реализаций, имеется несколько попыток объединить ПРОЛОГ с языков искусственного интеллекта ЛИСП.

В состав комплекса входят:

• Конструктор ЭС – эколог;
  
• Интерактивный генератор интерфейсных программ – ГЕСИОД;
  
• Интерпретатор сценариев ДИАЛОГОС;
  
• Графический и музыкальный редакторы;
  
• Набор готовых пустых ЭС и обучаемых систем;
  
• Интерфейс с системой логического программирования.
  

Конструктор инструментов СБЗ имеет в распоряжении базисную систему логического программирования 2 диалоговые оболочки, с помощью которых он может разрабатывать нестандартные СБЗ и их компоненты. Монитор ЭКОЛОГ позволит выбрать и настроить одну из имеющихся в комплексе СБЗ пустых, либо сконструировать нужную пустую ЭС из компонентов содержащихся в БЗ.

Инженер по знаниям заполняет БЗ сконструированной пустой СБХ и отлаживает полученную прикладную систему.

Эксперт в прикладной области может взаимодействовать с ИК через инженера по знаниям, так и непосредственно через диалоговую оболочку ГЕСИОД, рассчитанную на пользователя не программиста.

Прикладной пользователь имеет дело с прикладной СБЗ. Его общение организовано как последовательность сообщений и вопросов на естественном языке, с использованием меню, диаграмм, рисунков.


Контрольные вопросы:

1. Главное достоинство языка EMYCIN.
   
2. Главное достоинство языка ROSIE.
   
3. Что входит в инструментальные системы?
   
4. Каковы этапы развития инструментальных средств?
   

Лекция 14


ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ ЭС.

План лекции:

1 Этапы развития инструментальных средств.

2 История развития ЭС.

3 Факторы, учитываемые при выборе ИС.

4 Трудности разработки ИС.

5 Перспективы развития ИС.

6 Критерии эффективности ЭС.


Ключевые слова:

Смешанные схемы представления знаний, персонал разработки ЭС, эксперт, аналитик, гибридный ЭС, сети ЭС, оболочки ЭС.


Инструментальные средства развиваются во времени.

1. Построение экспериментальных систем для специальных задач. ЭС получает непроверенная, узкоспециализированная, медленная, неэффективная, т.к. разработчик не проверяет ее на других задачах.
   
2. Исследовательская система. Этот инструмент будет достаточно протестирован поддерживаемым разработчиком, но при этом остается медленным и неэффективным. Разработчикам нравится экспериментировать, вносить новшества, но они не отлаживают на нескольких задачах, не обращают внимание на скорость и эффективность работы.
   
3. Коммерческая система. Это инструментальное средство является отшлифованным, хорошо поддерживаемым и быстрым. Они разрабатываются с учетом пожеланий пользователей и облегчают проблему взаимодействия человек-машина.
   

1. К представителям экспериментальных систем относятся языки инженерии знаний ROCET, SEEK , являющиеся вспомогательным инструментом при построении и совершенствовании ЭС.
   

ROCET помогает предметному эксперту разработать базу знаний для диагностической ЭС.

SEEK предлагает возможные способы обобщить и специализировать правила (пробные случаи). Система рекомендует и способ модификации, но оставляет пользователю самому решить, как обобщить или конкретизировать эти компоненты. SEEK выдвигает эти предположения, основываясь на метаправилах.

2. Представителями исследовательских систем являются языки инженерных знаний – EMYCIN, EXPERT, OPS-5, ROSIE, LOOPS.
   
3. Коммерческие системы можно разбить на 3 категории:
   

• Языки программирования;
  
• Языки инженерных знаний;
  
• Вспомогательные средства.
  

Языки программирования – Лисп и его модификации: MACLISP, ZETALISP, INTERLISP , а также язык ПРОЛОГ.

Вспомогательные средства разработаны для того, чтобы оказывать помощь при приобретении знаний. Это TIMM, RULEMASTER, EXPERT-EASE. Системы очень похожи, пользователь определяет проблему в терминах всевозможных решений, которые могут быть приняты, а также названий и факторов, которые следует учитывать при выборе решения.

Языки инженерных знаний. Это языки функционально полные средства разработки ЭС, сочетают мощные языки и хитроумные средства поддержки. В основном основаны на продукционных системах (ART, KES, M1, KEE). EXPERT – скелетная система.

OPS-5, ROSIE – универсальные системы.

4. База знаний может быть очень и очень большой. Будучи введены в машину один раз, знания сохраняются навсегда. Человек же имеет ограниченную базу знаний, и если данные долгое время не используются, то они забываются и навсегда теряются.

5. Системы, основанные на знаниях, устойчивы к "помехам". Эксперт поль­зуется побочными знаниями и легко поддается влиянию внешних факторов, которые непосредственно не связаны с решаемой задачей. ЭС, не обременен­ные знаниями из других областей, по своей природе менее подвержены "шумам". Со временем системы, основанные на знаниях, могут рассматри­ваться пользователями как разновидность тиражирования- новый способ за­писи и распространения знаний. Подобно другим видам компьютерных про­грамм они не могут заменить человека в решении задач, а скорее напоминают орудия труда, которые дают ему возможность решат задачи быстрее и эффек­тивнее.

6. Эти системы не заменяют специалиста, а являются инструментом в его ру­ках.


ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМ



Наиболее известные ЭС, разработанные в 60-70-х годах, стали в своих об­ластях уже классическими. По происхождению, предметным областям и по преемственности применяемых идей, методов и инструментальных про­граммных средств их можно разделить на несколько семейств.

1. META-DENDRAL. Система позволяет определить наиболее вероятную структуру химического соединения по экспериментальным дан­ным (масс- спектрографии, данным ядерном магнитного резонанса и др.).Она автоматизирует процесс приобретения знаний для DENDRAL. Она генери­рует правила построения фрагментов химических структур.

2. MYCIN-EMYCIN-TEIRESIAS-PUFF-NEOMYCIN. Это семейство меди­цинских ЭС и сервисных программных средств для их построения.

3. PROSPECTOR-KAS.PROSPECTOR предназначена для поиска (предсказания) месторождений на основе геологических анализов. КАS- сис­тема приобретения знаний для PROSPECTOR.

4. CASNET-EXPERT. Система САSNET- медицинская ЭС для диагностики выдачи рекомендаций по лечению глазных заболеваний. На ее основе разра­ботан язык инженерии знаний ЕХРЕRТ, с помощью которой создан ряд дру­гих медицинских диагностических систем.

5. НЕАRSAY-НЕАRSАУ-2-НЕАRSАУ-3-АGЕ. Первые две системы этого ряда являются развитием интеллектуальной системы распознавания слитной человеческой речи, слова которой берутся из заданного словаря. Эти системы отличаются оригинальной структурой, основанной на использовании доски объявлений- глобальной базы данных, содержащей текущие результаты рабо­ты системы. В дальнейшем на основе этих систем были созданы инструмен­тальные системы НЕАRSАУ-3 и АGЕ (АTEMPT TO GENERALIZE- попытка обще­ния) для построения ЭС.

6. Системы АМ (Аrtifical Matematician- искусственный математик) и EURISCO были разработаны в Станфордском университете доктором Д. Ленатом для исследовательских и учебных целей. Лопат считает, что эффектив­ность любой ЭС определяется закладываемыми в нее знаниями. По его мне­нию, чтобы система была способна к обучению, в нее должно быть введено около миллиона сведений общего характера. Это примерно соответствует объему информации, каким располагает четырехлетний ребенок со средними способностями. Лопат также считает, что путь создания узкоспециализиро­ванных ЭС с уменьшенным объемом знаний ведет к тупику.

В систему АМ первоначально было заложено около 100 правил вывода и более 200 эвристических алгоритмов обучения, позволяющих строить произвольные математические теории и представления. Сначала результаты рабо­ты системы были весьма многообещающими. Она могла сформулировать по­нятия натурального ряда и простых чисел. Кроме того, она синтезировала ва­риант гипотезы Гольдбаха о том, что каждое четное число, большее двух, можно представить в виде суммы двух простых чисел. До сих пор не удалось ни найти доказательства данной гипотезы, ни опровергнуть ее. Дальнейшее развитие системы замедлилось и было отмечено, что несмотря на проявлен­ные на первых порах "математические способности”, система не может син­тезировать новые эвристические правила, т.е. ее возможности определяются только теми эвристиками, что были в нее изначально заложены.

При разработке системы EURISCO была предпринята попытка преодолеть указанные недостатки системы АМ. Как и в начале эксплуатации АМ, первые результаты, полученные с помощью EURISCO, были эффективными. Сооб­щалось, что система EURISCO может успешно участвовать в очень сложных играх. С ее помощью в военно-стратегической игре, проводимой ВМФ США, была разработана стратегия, содержащая ряд оригинальных тактических хо­дов. Согласно одному из них, например предлагалось взрывать свои корабли, получившие повреждения. При этом корабли, оставшиеся неповрежденными, получают необходимое пространство для выполнения маневра.

Однако через некоторое время обнаружилось, что система не всегда кор­ректно переопределяет первоначально заложенные в нее правила. Так, на­пример, она стала нарушать строгое предписание обращаться к программи­стам с вопросами только в определенное время суток. Таким образом, система EURISCO, как и ее предшественница, остановилась в своем развитии, достигнув предела, определенного в конечном счете ее разработчиком.


ПРИМЕРЫ ОБОЛОЧЕК ПРОДУКЦИОННОГО ТИПА.

Таблица 5.

Название	Фирма-производитель	Цена в $	Язык
PERSONAL CONSULTANT	Texas Instruments	3000	IQLISP
KES	Software A&E	4000	IQLISP
EXPERT 2	Mountain View Press	100	Fort
ES/PADVISR	Expert System International	2000	Prolog
INSIGHT	Level 5 Research	100	Paskal
M1	Teknowledge	12500	Prolog