8117

Понятие экспертной системы. Основные особенности, архитектура и классификация ЭС. Этапы разработки и стадии жизненного цикла ЭС

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Понятие экспертной системы. Основные особенности, архитектура и классификация ЭС. Этапы разработки и стадии жизненного цикла ЭС. (Конспект) Понятие экспертной системы. Экспертная система (ЭС) - компьютерная система, использующая знания эксперта...

Русский

2013-02-04

69 KB

32 чел.

Понятие экспертной системы. Основные особенности, архитектура и классификация ЭС. Этапы разработки и стадии жизненного цикла ЭС.

(Конспект)

Понятие экспертной системы.

Экспертная система (ЭС) – компьютерная система, использующая знания эксперта для высокоэффективного решения задач в проблемной области, для которой традиционные формальные методы решения неизвестны или неприменимы вследствие имеющихся ограничений.

Первые ЭС начали разрабатываться в середине 60-х годов прошлого века для решения задач медицинской диагностики (система MYCIN), определения структуры сложных молекул по данным масс-спектрограмм (система DENDRAL), определения залежей полезных ископаемых (система PROSPECTOR) и др. В течение 70-х и 80-х годов прошлого века шло активное развитие и формирование инженерии знаний, как важнейшего направления в рамках искусственного интеллекта (ИИ). В настоящее время ЭС широко используется в самых различных областях.

Отличительной чертой данного класса систем является использование для решения задач знаний опытного эксперта.

Кассы задач, в которых используются ЭС:

  •  интерпретация – составление смыслового описания ситуации по наблюдаемым данным – распознавание образов, понимание речи и т. п. (SPE - определение концентрации гамма-глобулина в крови);
  •  медицинская и техническая диагностика – определение причин неисправностей по результатам наблюдений (MYCIN - диагностика бактериальных инфекций);
  •  прогнозирование – определение вероятных последствий наблюдаемых ситуаций – предсказание погоды, урожая, курса валют и т.п. (PLANT/cd - определения потерь урожая от черной совки);
  •  планирование – определение последовательности действий, приводящих к желаемой цели – планирование действий робота, маршрута движения (TATR - планирование авиаударов по аэродромам противника);
  •  управление – целенаправленное воздействие на объект (применяется в задачах, где традиционные модели автоматического управления неприменимы или неэффективны: управление деловой активностью, боем, воздушным движением и т.п.);
  •  мониторинг – сравнение результатов наблюдений с ожидаемыми или желаемыми (медицинский и экологический мониторинг, атомные электростанции);
  •  обучение – диагностика, формирование и коррекция знания и навыков обучаемого GUIDON - обучение студентов-медиков (антибактериальная терапия);.
  •  отладка - составление рецептов исправления неправильного функционирования системы. ONCOCIN - планирование химиотерапевтического лечения;
  •  ремонт - выполнение последовательности предписанных исправлений. TQMSTUNE - настройка масс-спектрометра.
  •  проектирование - построение конфигурации объектов при заданных ограничениях. XCON (R1) - выбор оптимальной конфигурации аппаратных средств (VAX).

На рис. 13.1 представлена обобщенная архитектура ЭС.

Интерфейс ЭС с внешней средой поддерживает взаимодействие ЭС с внешним миром на всех стадиях жизненного цикла системы и включает две компоненты: интерфейс разработчика и интерфейс пользователя. Интерфейс разработчика используется на этапе разработки ЭС, его основной функцией является поддержка процесса наполнения базы знаний (БЗ). Обычно эта функция выполняется экспертом в предметной области во взаимодействии с инженером по знаниям. Интерфейс пользователя поддерживает общение пользователя с системой в режиме консультации или взаимодействие ЭС с техническими средствами (в случае ее встроенного применения) на этапе ее использования.

Компонента приобретения знаний предназначена для занесения в БЗ новых знаний и модификации имеющихся, как на этапе начального обучения ЭС, так и в режиме ее дообучения в процессе эксплуатации. Ее задачей, в частности, является преобразование знаний в форму, позволяющую машине логических выводов (МЛВ) использовать их в процессе работы.

Рабочая память или база данных (БД) хранит факты о текущем состоянии предметной области, промежуточных и окончательных результатах вывода.

База знаний служит для хранения знаний о проблемной области. Форма хранения соответствует выбранной модели представления знаний.

Машина логических выводов (МЛВ) или интерпретатор осуществляет вывод решения задачи на основе имеющихся в системе знаний и фактов. БД, БЗ и МЛВ составляют ядро ЭС.

Подсистема объяснения обеспечивает трассировку хода вывода решения и предоставление по требованию пользователя объяснения вывода с нужной степенью детализации. Эта функция исключительно важна для ЭС, т.к. при принятии ответственных решений на основе рекомендаций ЭС пользователь, как правило, желает знать, каким образом они были получены.

Этапы разработки и стадии жизненного цикла ЭС.

В процессе разработки ЭС принято выделять пять взаимодействующих и частично пересекающихся этапов: идентификация, концептуализация, формализация, реализация и тестирование.

Этап идентификации – происходит осмысление необходимости решения задачи методами инженерии знаний, уточняются цели и задачи ЭС,  определяются участники процесса разработки и их роли, а также требуемые ресурсы, в том числе возможные источники знаний.

Этап концептуализации – строится концептуальная модель проблемной области, т. е. выделяются ключевые понятия, свойства и отношения, необходимые для описания процесса решения задачи. Задача инженера по знаниям на этом этапе состоит в том, чтобы определить, достаточно ли выделенных ключевых понятий и отношений для описания всех имеющихся примеров.

Этап формализации – построенная концептуальная модель представляется с использованием выбранных формальных моделей представления знаний. На этом же этапе принимается решение о выборе инструментальных программных средств проектирования ЭС, либо о разработке своих собственных.

Этап реализации – создается один или несколько прототипов ЭС, решающих требуемые задачи. На этом этапе выбираются структуры данных и реализуются правила вывода и управляющие стратегии, принятые на этапе формализации, устраняются несоответствия между спецификациями структур данных, правил и схем управления.

Этап тестирования – осуществляется оценка работы программы-прототипа на различных входных воздействиях, выявляются ситуации неадекватных решений  и определяются их причины.

По степени проработанности и отлаженности в жизненном цикле ЭС выделяют пять стадий: демонстрационный прототип, исследовательский прототип, действующий прототип, промышленная система и коммерческая система.

Демонстрационный прототип решает часть требуемых задач, подтверждая потенциальную применимость методов инженерии знаний и принципиальную осуществимость разработки.  

Исследовательский прототип решает все требуемые задачи, но не полностью отлажен и неустойчив в работе.

Действующий прототип надежно решает все задачи, но для решение сложных задач может потребоваться чрезмерно много времени и/или памяти.

Промышленная система обеспечивает высокое качество, надежность, быстродействие и эффективность работы в реальных условиях эксплуатации.

Коммерческая система пригодна для продажи различным потребителям.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

25286. Проблема сутності релігії, її визначальні характеристики. Специфіка релігійного світосприйняття 29 KB
  Специфіка релігійного світосприйняття Походження слова релігія: 1 Цицерон виводив релігію із relegere перечитувати перебирати. У нього релігія це начитаність знання на відміну від неуцтва; 2 Лактанцій виводив назву релігія від основи ligo звязувати скріплювати сполучати. Релігія у нього це звязок між Богом і людиною; 3 Августин від основи religo поєднувати союз між двома істотами. Релігія розуміється як союз Бога із занепалою людиною.
25287. Віра і релігійна віра. Психологічні аспекти осягнення феномену віри 28.5 KB
  Віра і релігійна віра. Психологічні аспекти осягнення феномену віри Поняття віра є полісемантичним багатозначним. Віра це особливого роду субєктивний акт те як ми віримо. У змістовному відношенні виділяють: 1 етичну віру віра довіря; напр.
25288. Вчення про Бога: теїзм, деїзм, пантеїзм 28.5 KB
  Вчення про Бога: теїзм деїзм пантеїзм Теїзм від грецького theos бог релігійнофілософське вчення яке визнає існування Бога як надприродної істоти що наділена розумом і волею і таємничим чином впливає на всі матеріальні та духовні процеси. На відміну від деїзму теїзм стверджує безпосередню участь Бога в усіх світових подіях а на відміну від пантеїзму відстоює існування Бога поза світом і над ним. deus бог вчення яке визнає існування Бога в якості першопричини світ який потім розвивається за своїми власними законами. деїзм...
25289. Аналіз доказів буття Бога 32.5 KB
  Аналіз доказів буття Бога Особливості доказів буття Бога: 1 на думку богословів кожен доказ без інших не може бути взятий; 2 вони є непрямими; 3 всі докази не стверджуються з логічною необхідністю вони лише вірогідні. Якщо Бог сукупність всіх досконалостей то суди входить досконалість як Буття а отже Бог існує. Все що ми мислимо то є буття. Кант: з поняття Бога не можна вивести буття Бога бо вони протилежні одне одному.
25290. Зв’язок української філософії з політикою українізації. „Поворот” на філософському фронті України та його наслідки 26.5 KB
  Поворот на філософському фронті України та його наслідки. У ній активну участь взяли письменники та літературні діячі України. Зеров відзначає той факт що відбувається відродження шляхом повернення України до Заходу тобто через відновлення віковічних зв'язків з Західною Європою. У столиці тогочасної України у Харкові відбувається організаційне оформлення ідей та позицій.
25291. П.Копнін – засновник київської світоглядно-гносеологічної школи 29.5 KB
  Копнін засновник київської світоглядногносеологічної школи Павло Копнін 19221971. Основні праці Копніна: Боротьба матеріалізму та ідеалізму канд. Копніна був найпліднішим у його творчості. Починаючи з Копніна в Україні виникає нове культурне явище.
25292. Основні напрямки філософських пошуків В.Шинкарука 33 KB
  Радіщева дисертація Людина та світ людини Соціальноісторичні та світоглядові аспекти філософських категорій. В своїй дисертації Шинкарук висловлює такі думки: людина є внутрішня та зовнішня де перше визначає друге; зовнішня натура як ієрогліф внутрішньої; вирішальна значущість внутрішнього світу людини який уможливлює поставлення себе над усіма випадками; принцип самопізнання як наріжний для людини; обмеженість опосередкованості розуму та переваги безпосереднього спілкування з духовним світом. Відповідно...
25293. Проблема людини і світу у працях українських шестидесятників 32 KB
  Проблема людини і світу у працях українських шестидесятників Парадигмальні зрушення котрі було започатковано в українській філософії 60х років мали значущість не лише науковофілософську а й загальнокультурну й навіть політичну. Цінності культури розглядаються як квінтесенція духовного досвіду людини та як найважливіший регулятив її світовідношення. У центр своїх наукових пошуків Іванов поставив проблему людини. При розгляді цієї проблеми виходив з діяльних аспектів людського буття єдності онтологічних світоглядних та гносеологічних...
25294. Проблема методології та логіки наукового пізнання в Україні 60-80-х років 32.5 KB
  Проблема методології та логіки наукового пізнання в Україні 6080х років Головною орієнтацією наукового пізнання в цей період було звернення до матеріалізму в природознавстві.Копнін засновник світоглядногносеологічної школи орієнтував свою філософію на розкриття світоглядних методологічних і гносеологічних аспектів розвитку наукового пізнання проблеми діалектичної логіки розвиток діалектики як теорії пізнання діалектичного матеріалізму зясування взаємозвязку філософії з іншими науками обґрунтування творчої активності субєкта...