Лекции по информатике (стр. 4 из 9)
Метод “генерация-проверка” позволяет в процессе поиска в пространстве состояний или подзадач генерировать очередное возможное решение и тут же проверить, не является ли оно конечным. Генератор решений должен быть очень полным, т.е. обеспечивать получение всех возможных решений и в то же время неизбыточным, т.е. генерировать одно решение только один раз. Проверка очередных сгенерированных решений производится на основе эвристических знаний, заложенных в генератор. Увеличение количества этих знаний приводит к сокращению пространства поиска решений, но в то же время увеличивает затраты на генерацию каждого решения.
Для сложных ЭС применяются процедуры поиска, которые предназначены для роботы с теми видами сложности, которые присущи системе. Только для ЭС с большим размером пространства поиска целесообразно разбиение его на подпространства другого уровня иерархии. При этом могут выделяться подпространства, описывающие конкретные группы явлений предметной области, а также абстрактные пространства для описания каких-либо сущностей. Для последнего случая характерно использование неполных описаний, для которых в пространстве более низкого уровня дается определенная конкретизация.
К методам поиска, реализованным по требованию пользователя полный состав решений в рамках большого пространства состояний, относят поиск в факторизованном пространстве. Факторизованным пространством называют пространство, которое можно разбить на непересекающиеся подпространства частичными неполными решениями. Здесь используется метод “иерархическая генерация-проверка”. Генератор определяет текущее частичное решение, затем проверяется, может ли привести это решение к успеху. Если текущее решение отвергается, то из рассмотрения без генерации и проверки устраняются все решения данного класса.
И т.д. (очень много методов).
4. Примеры использования ПМ.
MYCIN - система для диагностики и лечения инфекционных заболеваний.
Был разработан скелетный язык, иначе - оболочка ЭС. Декларативные знания системы MYCIN описываются в виде “объект-атрибут-значение” и каждой тройке приписывается коэффициент уверенности, определяющий степень надежности знаний. Процедурные знания описаны в виде классического правила продукции. Механизм логического вывода основан на обратной цепочке рассуждений. Поиск производится в иерархически упорядоченном пространстве состояний.
В системе EMYCIN (оболочка) усилена предметной области отношению к MYCIN функция редактирования БЗ, доведена до высокого уровня система объяснения хода решения задачи, а также аппарат обучения системы. Написан на ФОРТРАНе.
OPS-5. Универсальный язык инженерии знаний, предназначенный для разработки ЭС, используемых в коммерческих приложениях. Разработчик - университет Корнеги-Меллон. Декларативные знания в системе описаны в виде “объект-атрибут-значение”. Процедурные знания описаны в виде классических правил продукции. В механизме логического вывода используется стратегия прямой цепочки рассуждений, реализуется метод применения одного и того же правила в различных контекстах; для формирования конфликта набора и разрешения конфликта используются специальные методы {RETELEX}, которые позволяют добиться высокой эффективности за счет управляющей структуры, где предпочтение отдается правилам со ссылкой на самый последний сгенерированный элемент “объект-атрибут-значение”.
Методология построения ЭС.
1. Подход к проектированию ЭС.
2. Содержание этапов проектирования.
3. Практические аспекты разработки и внедрения ЭС.
1. Подход к проектированию ЭС.
Проектирование ЭС имеет существенное отличие от проектирования традиционных информационных систем в силу того, что постановка задач, решаемых экспертной системой может уточняться во время всего цикла проектирования. Вследствие этого возникает потребность модифицировать принципы и способы построения базы знаний и аппарата лгического вывода в ходе проектирования по мере того, как увеличивается объем знаний разработчиков о предметной области.
В силу отмеченных особенностей при проектировании ЭС-м применяется концепция “быстрого прототипа”. Ее суть: разработчики не пытаются сразу построить законченный продукт. На начальном этапе создается прототип, к-рый должен удовлетворять двум условиям:
1) он должен решать типичные задачи предметной области;
2) с другой стороны трудоемкость его разработки должна быть очень незначительной.
Для удовлетворения этих условий при создании прототипа используются инструментальные средства, позволяющие ускорить процесс программирования ЭС (скелетные языки, оболочки ЭС). В случае успеха прототип должен расширяться дополнительными знаниями из предметной области. При неудаче может потребоваться разработка нового прототипа или проектировщики могут прийти к выводу о непригодности методов искуственного интеллекта для данного приложения.
По мере увеличения знаний о предметной области прототип может достичь такого состояния, когда он успешно решает все требуемые задачи в рамках предметной области. В этом случае требуется преобразование прототипа в конечный продукт путем его перепрограммирования на языках “низкого уровня”, что обеспечит увеличение быстродействия и эффективности программного продукта.
Кол-во разработчиков ЭС не должно быть меньше 4 чел., из к-рых 1 явл-ся экспертом ПО, 2 - инженеры по знаниям или проектировщики ЭС, 1 - программист, осуществляющий модификацию и согласование инструментальных средств.
В дальнейшем, в процессе преобразования прототипа в конечный продукт, состав программистов должен быть увеличен.
2. Основные этапы разработки ЭС.
1. Идентификация.
2. Концептуализация.
3. Формализация.
4. Выполнение.
6. Тестирование.
a. Переформулирование
b. Переконструирование
c. Усовершенствование
d. Завершение
В состав функций этапа 1 входит:
1) определение команды проектировщиков, их роли, а также формы взаимоотоношений;
2) определение целей разработок и ресурсов;
3) описание общих характеристик проблемы, входных данных, предполагаемого вида решения, ключевых понятий и отношений.
Типичные ресурсы этого этапа: источники знаний, время разработки, вычислительные ресурсы, объем финансирования.
На этапе 2 эксперт и инжинер по знаниям формализуют ключевые понятия, отношения и характеристики, которые выявлены на предыдущем этапе. Данный этап призвн решить следующие вопросы:
определить типы данных, выводимые понятия, используемые стратегии и гипотезы, виды взаимосвязей между объектами, типы ограничений, накладываемых на процесс решения задачи, состав знаний, которые используются для выработки и обоснования решений.
Опыт показывает, что для успешного решения вопросов этого этапа целесообразно составлять протокол действий и рассуждений экспертов в процессе проектирования. Такой протокол обеспечивает инженера по знаниям словарем терминов и вто же время заставляет эксперта осмысленно относиться к своим словам.
На этом этапе не требуется добиваться полной определенности и корректности всех заключений, а следует наметить лишь основные типовые направления решения проблемы.
На этапе 3 производится описание всех ключевых понятий и отношений на формальном языке. Инженер по знаниям производит анализ инструментальных систем и определяет их пригодность для конкретного приложения. Выходом данного этапа является формальное описание всего процесса решения жадачи на уровне декларативных и процедурных знаний. Инженер по знаниям определяет структуру пространства поиска решений, выбирает и обосновывает модель знаний, определяет состав метазнаний, которые затем могут быть положены в механизм логического вывода. При работе со знаниями изучается степень их достоверности, согласованность и избыточность, реализуется функция принадлежности различных оценочных показателей (например, коэффициентов уверенности), а также закладывается определенная интерпретация знаний в формальных структурах.
Этап 4 заключается в разработке одного или нескольких прототипов. Этот этап выполняется программистом и заключается в наполнении базы знаний инструментальной системы конкретными знаниями, а также программировании отдельных компонент системы. Обычная ошибка программиста заключается в том, что процесс наполнения базы знаний реальными знаниями откладывается до окончания программирования. Если база знаний заполняется с начала разработки прототипа, то это позволяет своевременно уточнить структуру знаний и быстро изменить программные компоненты.
Первый прототип должен быть готов уже через 2 месяца. При работе с ним программист доказывает, что выбранные структуры и методы пригодны для данного приложения и могут быть в дальнейшем расширены. При этом он совсем не заботится об эффективности машинной реализации. После завершения первого прототипа круг задач расширяется и на этой основе формируется следующий прототип. После достижения достаточно эффективного функционирования ЭС на базе прототипов, совершенствуются структуры декларативных и процедурных знаний, а также процедуры логического вывода. Основная трудность состоит в том, что очень часто в системе имеются громоздкие правила или много похожих правил. Неверно выбранные управляющие стратегии, в которых порядок выбора и анализа понятий существенно отличается от технологии эксперта. На этом этапе очень важно посвящать эксперта во все проблемы, связанные с получением решений, и внимательно проводить анализ мнения эксперта о недостатках системы.