Экспертная система (ЭС) – вычислительная система, в которой представлены знания специалистов в некоторой конкретной узкоспециализированной предметной области и которая в рамках этой области способна принимать решения (решать задачи) на уровне эксперта-профессионала.
Особенности ЭС:
- ориентированы на решение практических задач в трудноформализуемых узких предметных областях;
- результаты работы сравнимы с результатами человека-эксперта;
- «прозрачность» решения;
- открытая совокупность знаний.
Типичные задачи, решаемые с помощью ЭС:
- интерпретация – описание ситуации по поступающей информации;
- прогноз – определение вероятных последствий заданных ситуаций;
- планирование – определение последовательности действий;
- диагностика – выявление причин неправильного функционирования системы;
- ремонт – выполнение последовательности предписанных исправлений;
- проектирование – построение конфигурации объектов при заданных ограничениях;
- наблюдение – сравнение результатов деятельности с ожидаемыми результатами;
- обучение – диагностика, отладка и корректировка поведения обучаемого;
- управление – управление поведением системы как целого.
Компоненты ЭС (архитектура ЭС):
- решатель (машина вывода) – предназначен для решения задач пользователя;
- база знаний;
- подсистема объяснений – предназначена для объяснения того, как получено решение;
- подсистема приобретения знаний;
- пользовательский интерфейс;
- интерфейс администратора (инженера знаний).
3.2. Методика построения ЭС.
Технология разработки ЭС включает 6 этапов: идентификация, концептуализация, формализация, выполнение, тестирование и опытная эксплуатация.
Этап идентификации.
Ставятся задачи для ЭС и формируются требований к ней. Результат этапа: идентификация задачи, определение участников процесса проектирования и их роли, выявление ресурсов и целей.
Идентификация – составление неформального описания, в котором указываются:
- общие характеристики задачи;
- подзадачи, выделяемые внутри данной задачи;
- ключевые понятия (объекты), их входные и выходные данные;
- предположительный вид решения;
- знания, относящиеся к решаемой задаче.
Ресурсы: источники знаний, время разработки, вычислительные средства и объем финансирования.
Этап концептуализации.
Проводится содержательный анализ проблемной области, выявляются используемые понятия и их взаимосвязи, определяются методы решения задач. Результат этапа: модель предметной области, включающая основные концепты и отношения.
Определяются следующие особенности задачи:
- типы доступных данных;
- используемые стратегии и гипотезы;
- виды взаимосвязей и типы отношений между объектами предметной области;
- процессы, используемые в ходе решения;
- состав знаний, используемых при решении задачи;
- ограничения на процессы, используемые в ходе решения.
Подходы к построению модели предметной области:
1. Признаковый (атрибутивный) предполагает использование информации от экспертов в виде «объект-атрибут-значение атрибута», а также наличие обучающей информации;
2. Структурный (когнитивный) осуществляется путем выделения элементов предметной области, их взаимосвязей и семантических отношений.
Этап формализации.
Определяются способы представления знаний на некотором формальном языке, который выбирается из числа существующих или создается заново. Все ключевые понятия и отношения выражаются на предложенном языке. Результат этапа: описание того, как рассматриваемая задача может быть представлена в используемом формализме.
Этап выполнения.
Цель этапа – создание одного или нескольких прототипов ЭС, решающих требуемые задачи. Разработка прототипа состоит в программировании его компонентов (или выборе их из известных инструментальных средств) и наполнении базы знаний. Прототип должен обеспечить проверку адекватности идей и методов представления знаний.
Этап тестирования.
Производится оценка ЭС в целом с помощью примеров, обеспечивающих проверку всех возможностей разработанной ЭС.
Источники неудач в работе системы:
1. Тестовые примеры подбираются по подпроблемам предметной области, выделяя стандартные случаи, определяя границы трудных ситуаций и т.п.
2. Ввод-вывод характеризуется данными, приобретенными в ходе диалога с экспертом, и заключениями, предъявленными ЭС в ходе объяснений. Методы приобретения данных могут не давать требуемых результатов, т. к., например, задавались неправильные вопросы или собрана не вся необходимая информация. Кроме того, вопросы системы могут быть трудными для понимания, многозначными и не соответствующими знаниям пользователя.
3. Ошибки в правилах вывода возникают из-за ошибочности, противоречивости и неполноты используемых правил.
4. Ошибки из-за управляющих стратегий могут возникать, например, если ЭС анализирует сущности в порядке, отличном от «естественного» для эксперта. Также недостатки в управляющих стратегиях могут привести к чрезмерно сложным заключениям и объяснениям ЭС.
Этап опытной эксплуатации.
Проверяется пригодность ЭС для конечного пользователя. Оценивается удобство работы с ЭС и ее полезностью. Под полезностью ЭС понимается ее способность в ходе диалога определять потребности пользователя, выявлять и устранять причины неудач в работе, решать поставленные пользователем задачи.
В дальнейшем почти всегда осуществляется модификация ЭС.
Виды модификации:
- переформулирование понятий и требований;
- переконструирование представления знаний в системе;
- усовершенствование прототипа (добавления «дружественного» интерфейса, средств для исследования базы знаний и генерируемых системой цепочек выводов, средств для сбора замечаний пользователей, средств хранения библиотеки задач, решенных системой).
