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

31 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

42199. Калібрування і повірка термометрів опору 286.5 KB
  Засвоїти методику отримання практичних навиків при проведенні досліджень динамічних характеристик термометрів опору при нагріванні і охолодженні повірці термометрів опору та калібруванні напівпровідникових термометрів опору термісторів.2 Програма роботи Під час заняття студент повинен ознайомитись з будовою та принципом дії термометрів опору. Визначити динамічну похибку термометрів опору типу ТСП і ТСМ.
42200. Систематичні похибки вимірювань та методи їх зменшення 71.5 KB
  У процесі заняття провести вимірювання різних електричних величин різними способами і засобами визначити систематичні похибки ввести поправки до результатів вимірювань обчислити дійсні значення вимірюваних величин і впевнитись у правильності отриманих значень.1 Систематичні похибки вимірювань та методи їх зменшення Процес пізнання матеріального світу відбувається через експериментальне визначення вимірювання кількісних оцінок фізичних величин що характеризують досліджувані процеси явища. Таким чином результат...
42201. Вивчення будови, принципу дії та застосування електронного осцилографа для електричних вимірювань 461 KB
  Практичне виконання вимiрювань напруги струму часових iнтервалiв частоти кута зсуву фаз складової комплексного опору та iнших електричних величин з допомогою осцилографа. При пiдготовцi до роботи студенти повиннi самостiйно продумати i завчасно пiдготувати програму виконання роботи для заданого їм варiанта вибрати або скласти самостiйно необхiднi для цього схеми вимiрювань запропонувати свої рiшення в здiйсненнi вимiрювань дiючих значень синусоїдальних струмiв i напруг з допомогою осцилографа. Пропонується продумати методику...
42202. Вивчення методів та засобів вимірювання електричної ємності та індуктивності 245 KB
  Ознайомлення з різними методами вимірювання електричної ємності і індуктивності та приладами що використовуються для цього. Ознайомлення з будовою мостів змінного струму і універсальних мостів з будовою і застосуванням резонансних вимірювачів індуктивності L і ємності С. Отримання навичок практичного виконання вимірювань ємності і індуктивності.
42203. Електронні автоматичні мости і їх повірка 109 KB
  За результатами повірки зробити висновки про придатність до експлуатації автоматичного моста.3 Основні теоретичні відомості Електронні автоматичні мости Як правило термометри опору працюють в комплекті зі зрівноваженими електронними автоматичними мостами постійного або змінного струму або з логометрами. В автоматичних мостах використовується вимірювальна система чотириплечового моста з реохордом що забезпечує високу точність вимірювання. Термометр опору який є чутливим елементом моста включається в одне з його плечей.
42204. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ 751 KB
  Ознакомление с пакетом прикладных программ SIMULINK и основными приемами моделирования линейных динамических систем. К занятию допускаются студенты составившие схемы моделирования заданных динамических систем см.1 могут быть составлены схемы моделирования уравнений 1. Для составления схемы моделирования дифференциальных уравнений 1.
42205. КАНОНИЧЕСКИЕ ФОРМЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ 181.26 KB
  Математическая модель одной и той же линейной динамической системы может быть представлена в различных формах: в форме скалярного дифференциального уравнения -го порядка (модель вход-выход) или в форме системы из дифференциальных уравнений 1-го порядка (модель вход-состояние-выход). Следовательно, между различными формами представления математических моделей существует определенная взаимосвязь, т.е. модель вход-состояние-выход может быть преобразована к модели вход-выход и наоборот.
42206. ПОСТРОЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ 215.45 KB
  Теоретические сведения. В ряде задач анализа и синтеза систем управления требуется построить дифференциальное уравнение по известному частному решению, заданному в виде функции времени. Такая задача возникает, например, при построении динамических моделей внешних воздействий (так называемых, командных генераторов) — сигналов задания и возмущений. Особо отметим, что, в известном смысле, данная задача является обратной по отношению к задаче нахождения решения дифференциального уравнения (см. лабораторную работу № 1)
42207. ТИПОВЫЕ ДИНАМИЧЕСКИЕ ЗВЕНЬЯ 512 KB
  Интегрирующее звено интегратор описывается дифференциальным уравнением: или где коэффициент усиления а его переходная функция . Интегрирующее звено с замедлением описывается дифференциальным уравнением: или где постоянная времени а его переходная функция . Изодромное звено описывается дифференциальным уравнением: или а его переходная функция . Реальное дифференцирующее звено описывается дифференциальным уравнением или а его переходная функция .