Рнс 9.1. Структура решающего правила

Важно отметить, что как полная совокупность граничных объектов, так л описывающие их решающие правила могут быть получены только при построении полной и непротиворе­чивой базы знаний, содержащей решения эксперта по отношению ко всем возможным объектам. Частичная база знаний не дает представления о фактических решающих правилах, ис­пользуемых экспертом.

Эксперименты, проведенные с помощью системы ДИФКЛАСС в задачах дифференциальной диагностики, позволили получить новые данные о системах решающих правил, исполь­зуемых экспертами [12, 13]. Эти результаты можно кратко ха­рактеризовать следующим образом.

1. Граничные элементы могут быть описаны набором про­стых по структуре диагностических правил.

2. Каждое из правил описывает часть граничных элемен­тов, разделяющих классы решений.

3. Эксперт тратит на классификацию граничного элемента в два — три раза больше времени, чем на классификацию со­стояния объекта, находящегося внутри класса.

4. Количество решающих правил ограничено объемом кратковременной памяти и не превышает восьми.

5. Чаще всего решающее правило представляет собою дере­во, построенное на значениях диагностических признаков. Наи­более существенные для класса решений значения находятся в корне этого дерева. К ним добавляется совокупность сочетаний значений других признаков (например, не более двух характер­ных значений для этого класса из четырех признаков).

6. Основными подсознательными операциями, выполняе­мыми экспертами, являются:

• выделение в описании объекта наиболее информативных значений признаков (соответствующих корню дерева);

• подсчет количества характерных для данного класса и равно-информативных значений других признаков.

Приведенные результаты позволяют понять, как эксперт осуществляет классификацию объектов, описываемых многими признаками. Наиболее вероятный, согласующийся с известны­ми данными, процесс классификации состоит в следующем:

1) на основании многолетней практики эксперт «запасает» в своей долговременной памяти совокупность решающих пра­вил, позволяющих описать границы классов решений. Число этих правил невелико и чаще всего не превышает объема крат­ковременной памяти;

2) при предъявлении очередного объекта эксперт «перено­сит» в кратковременную память решающие правила, сравнива­ет с ними объект и относит его к соответствующему классу ре­шений. Если эти правила не позволяют классифицировать объ­ект, он заменяет "их другими из полного множества правил, за­ранее выработанных на основе своей долголетней практики.

14. Система диагностики заболеваний группы «Острый живот», построенная на основе метода

экспертной классификации

Метод экспертной классификации, реализованный в виде человекомашинных систем экспертного опроса, использовался для разработки медицинских диагностических систем (ДС), предназначенных для морских кораблей [16].

Работа медицинского персонала на кораблях имеет свою специфику. Она обусловлена, с одной стороны, необходимостью своевременной и точной диагностики заболеваний личного со­става (для его эвакуации в случае необходимости), а с другой — ограниченностью имеющихся в распоряжении врача диагно­стических средств. Важной особенностью является и то, что большинство медицинского персонала кораблей — молодые врачи с небольшим стажем работы. В связи с этим цель прово­димой работы заключалась в разработке ДС-советчика для мо­лодого, недостаточно опытного врача, работающего без контак­тов с высококвалифицированными специалистами (корабль, экспедиция и т. п.).

Для повышения эффективности ДС при ее разработке мак­симально учитывались особенности практического применения системы. Был определен перечень заболеваний, которые долж­на уметь диагностировать система. При разработке ДС учи­тывалось, что система предназначена для диагностики заболе­ваний у ограниченного контингента больных - мужчин в воз­расте 25—45 лет.

Большую сложность в современной хирургии представляет диагностика острых хирургических заболеваний органов брюш­ной и грудной полостей, объединяемых в группу «Острый жи­вот». Многие заболевания этой группы очень опасны для здоро­вья и жизни больного и требуют немедленного хирургического вмешательства. Необходимость своевременной диагностики заболеваний группы «Острый живот» обусловлена и тем, что ряд из них имеет похожую или близкую симптоматику и в то же время требует разного лечения.

Для диагностики были отобраны заболевания, которые наиболее часто встречаются в практической деятельности хирурга корабля. Множество диагностируемых заболеваний составили десять заболеваний группы «Острый живот»: острый аппенди­цит; острый холецистит; острый панкреатит; прободная язва желудка и двенадцатиперстной кишки; острая кишечная непроходимость; тромбоэмболия брыжеечных сосудов; желудочно-кишечное кровотечение; закрытая травма живота с поврежде­нием внутренних органов, перитонит. Проводилась также диаг­ностика симулирующих «острый живот» заболеваний: кишечная и почечная колики; острый гастрит; пищевое отравление; ин­фаркт миокарда (абдоминальная форма); плевропневмония.

Для дифференциальной диагностики перечисленных забо­леваний было выделено 42 признака, доступных определению традиционными методами обследования. Они включают жало­бы больного и его анамнез, а также данные осмотра, пальпации (прощупывания), перкуссии и аускультации. Кроме того, пре­дусмотрены признаки, отражающие результаты дополнитель­ных методов исследования, которые могут быть проведены в условиях медицинской службы корабля. Сюда относятся лабо­раторные показатели: лейкоциты, эритроциты и гемоглобин в периферической крови, лейкоциты и эритроциты в моче, а также обзорная рентгенография органов брюшной и грудной полостей и ЭКГ. Для каждого признака были определены его возможные значения, соответствующие диагностируемым забо­леваниям.

Заметим, что в рассматриваемой задаче маловероятно одно­временное наличие у больного нескольких заболеваний. Однако сложность диагностики острых хирургических заболеваний ор­ганов брюшной полости приводит к тому, что даже учет 42 признаков не гарантирует постановку точного, однозначного диагноза. В результате заключение ДС может содержать не­сколько подозреваемых заболеваний, но при этом данные об­следования больного позволяют, как правило, выделить среди них группы заболеваний с более сильной степенью подозрения.

Использование характерности значений признаков для раз­личных заболеваний позволило организовать в системе имита­цию динамики наблюдения за больным: в случаях, когда сис­тема ставит неоднозначный диагноз, она выдает совет врачу повторить осмотр больного через определенное время и указывает признаки, на изменение которых надо обратить особое внимание (выявленные при первичном осмотре признаки, оди­наково сильно характерные для подозреваемых заболеваний). Следует отметить, что работу лечащего врача с системой заклю­чается не только в постановке и уточнении диагноза, но и в вы­боре лечения в зависимости от наблюдаемой у больного сим­птоматики.

Проверка правильности решающих правил проводилась как самим врачом-экспертом (правильность постановки диагно­за в типичных и атиличных состояниях), так и, в ходе опытной эксплуатации системы в госпитале (проверка на реальных боль­ных). Результаты проверки работы системы «Острый живот» в госпитале приводятся в табл. 9.1.

Из приведенных данных видно, что процент правильных диагнозов, устанавливаемых системой «Острый живот», доста­точно высок. Более того, при ее опытной эксплуатации в тече­ние полутора лет в госпитале в 11,1% случаев система предла­гала более точный диагноз, чем зрач, проводящий первичный осмотр больного.

Изложенный выше подход к построению полных и непро­тиворечивых баз знаний основан на имитации привычного по­ведения эксперта. Как оказалось, данный подход позволяет точно следовать логике рассуждений эксперта и с большой точностью воспроизводить его решения. Так, уже после по­строения базы знаний, содержащей огромное число диагности­руемых состояний, эксперту - автору базы знаний было предъ­явлено 36 описаний сложных состояний, в которых (по прави­лам, содержащимся в базе знаний) система выдвигала подозре­ния одновременно на нескольке (более двух) заболеваний. Экс­перту было предложено заново рассмотреть эти состояния, при­чем компьютерный диагноз ему не сообщался.

Таблица 9.1

Результаты работы системы «Острый живот»

Эксперт проделывал эту работу дважды, с месячным интер­валом, и его ответы показали высокую степень совпадения с правилами, содержащимися в базе знаний созданной им систе­мы. В 16 случаях из 36 ответы эксперта и системы совпали полностью, в 17 случаях совпадали заболевания, указанные с высокой степенью подозрения, хотя и были различия в диагно­стике относительно слабо подозреваемых заболеваний. И толь­ко в трех случаях ответы частично не совпадали. Этот резуль­тат представляется весьма удовлетворительным, если учесть большую сложность построенной системы.

Еще большую надежность и безошибочность придает сис­теме заложенная в нее возможность динамического изменения диагнозов в сложных случаях при повторных обследованиях больных: система подсказывает врачу тактику ведения больного, признаки, за которыми надо внимательно наблюдать, время повторного обращения к системе.

Метод экспертной классификации открывает пути к точной имитации суждений эксперта, является средством преодоления существенных трудностей, связанных с приобретением эксперт­ных знаний.

Выводы

1. Принято различать два вида знаний: декларативное и процеду-ральное. Второй вид знаний принято называть умением, навы­ками. Навыки возникают.при постоянных и многолетних упраж­нениях по решению тех или иных повторяющихся задач в раз-

личных областях человеческой деятельности. Человека, в со­вершенстве владеющего процедуральным знанием, принято называть экспертом.

2. Процесс достижения экспертом высокого профессионального мастерства занимает не менее 10 лет. За это время в памяти эксперта возникают структуры хранения специально организо­ванной в иерархическом виде информации. Знания эксперта имеют в основном подсознательный характер и не могут быть вербализованы.

3. Задача построения компьютерных копий экспертных знаний яв­ляется одной из наиболее сложных а области искусственного интеллекта. Основными трудностями при извлечении эксперт­ных знаний являются их подсознательный характер, большой объем и неизбежные ошибки эксперта.

4. Подход экспертной классификации предназначен для построе­ния полных,

непротиворечивых и точных баз экспертных знаний в задачах отнесения объектов к различным классам решений.

Основные черты подхода экспертной классификации:

· структуризация проблемы;

· предъявление эксперту описаний объектов в привычном для эксперта виде;

· распространение решений эксперта на другие состояния (объекты) при помощи отношения доминирования по харак­терности;

· проверка информации эксперта на непротиворечивость;

· эффективная стратегия опроса эксперта.

5. Построенная полная классификация может быть представлена граничными элементами классов. Граничные элементы могут быть достаточно точно описаны с помощью простых по структу­ре (двухуровневое дерево) решающих правил. Число таких ре­шающих правил сравнительно невелико.