Методика построения ЭС
Методика построения и архитектура экспертных систем
Экспертная система – это программа, которая заменяет эксперта в той или иной области. Экспертная система предназначена для решения задач, возникающих в слабоструктурированных и трудноформализованных предметных областях.
В настоящее время сложилась следующая технология разработки ЭС, которая включает этапы:
1. идентификация
2. концептуализация
3. формализация
4. выполнение
5. тестирование
6. опытная эксплуатация
Рис. 2
Идентификация. Этап идентификации связан с осмыслением тех задач, которые предстоит решать будущей экспертной системе и формировать требования к ней. Результатом этого этапа является ответ на вопрос: «Что надо сделать и какие ресурсы необходимо задействовать?». Обычно в разработке ЭС участвуют: один эксперт или несколько экспертов, один инженер по знаниям, один или несколько программистов. При разработке ЭС определяются основные ресурсы, к которым относятся: источники знаний, время разработки, вычислительные средства, объем финансирования.
Концептуализация. На данном этапе проводится содержательный анализ проблемной области, выявляют используемые понятия и их взаимосвязи, определяются методы решения задачи. Этап завершается созданием модели предметной области и определением следующих задач:
- типов доступных данных;
- исходные и выходные данные;
- используемые стратегии и гипотезы;
- типы используемых отношений;
- состав знаний, используемых для решения задачи;
- состав знаний, используемых для обоснованного решения.
Существует 2 подхода к процессу построения моделей предметной области:
1. атрибутивный
2. структурный
^ Атрибутивный подход предполагает получение от эксперта информации в виде тройки:
Объект, Атрибут, Значение атрибута.
Структурный подход реализуется путем выделения элементов предметной области их взаимосвязях.
На этом этапе выделяют понятия предметной области, который должен образовывать систему, обладающую следующим свойством: уникальностью, полнота, достоверность, непротиворечивость. Существуют различные методы построения системы понятий:
1.
Метод локального представления. Эксперты просят разбить задачу на подзадачи, перечислить условия состояния и описать общие категории цели. Затем для каждого разбиения (локальные представления) эксперты формулируют факты и деятельность или наименования. При этом число информационных факторов в каждом локальном представлении, которыми должен одновременно манипулировать человек, должно быть равно 7.
2.
Ролевой метод. Эксперту дается задание обучить инженера по знаниям решению некоторой задачи предметной области. При этом эксперт играет роль учителя, инженер по знаниям ученика. Затем третье лицо анализирует процесс такого обучения, выделяя все понятия употребляемые учеником и учителем.
3.
Эффект свободных ассоциаций. Эксперта просят ответить на заданное слово первым, пришедшем на ум словом. Строится цепочка таких слов, и количество переходов в цепочке служит мерой смыслового расстояния между двумя понятиями. Исследования показали, что для любых двух понятий существует ассоциативная цепочка не более чем из семи слов.
4.
Прямой метод устанавливается семантическим отношением. В настоящее время выявлено около 200 базовых отношений (части, целые, род, вид, причина, следствие). Метод основан на непосредственном осмыслении каждой такой взаимосвязи. При этом формируются тройки (понятие 1 – связь – понятие 2). Рядом с каждой тройкой записывается предложение, поставленное таким образом, чтобы понятие 1 и 2 входили в это предложение. В качестве связок используется только содержательное отношение, т.е. не используется неопределенность связки.
^ Этап формализации. На этом этапе все ключевые понятия и отношения выражаются на некотором формальном языке, который либо выбирается из уже существующих, либо разрабатывается заново.
Выполнение. На этом этапе создается один или несколько прототипов экспертных систем, затем по результатам тестирования и опытной эксплуатации, на основе этих прототипов создается конечный продукт годный для использования. Одним из основных моментов при создании прототипов является обеспечение проверки адекватности методов и способа представления знания решаемых задач.
Тестирование. В ходе данного этапа производится оценка выбранного способа представления знаний в целом. Для этого инженер по знаниям подбирает тестовый пример, обеспечивающий проверку всех возможностей разработанной ЭС.
^ Опытная эксплуатация. На этом этапе проверяется пригодности ЭС для конечного пользователя. Под пригодностью ЭС понимается полезность и удобство работы с ней. ПОЛЕЗНОСТЬ ЭС – это способность в ходе диалога определять потребности пользователя, выявлять и устранять причины неудачи в работе и удовлетворять указанные потребности пользователя.