Експертні системи 12
1.Експертна система, її переваги та недоліки
1.1.Короткий історичний нарис
Технологія експертних систем є одним із напрямків нової галузі досліджень, званої штучним інтелектом (ІІ, AI – ArtificialIntellegence). За відомим визначенням Бара та Файгенбаума:
Штучний інтелект(ІІ) – це область інформатики, що займається розробкою інтелектуальних комп'ютерних систем, тобто. систем, що мають можливості, які ми традиційно пов'язуємо з людським розумом, - розуміння мови, навчання, здатність міркувати, вирішувати проблеми і т.д.
Перші спроби моделювати процес мислення були зроблені в 60-х роках 20-го століття. У ті роки фахівці в галузі ІІ намагалися знайти спільні методи для вирішення широкого класу завдань та використовувати їх у універсальних програмах. Розробка універсальних програм виявилася занадто складною, крім того, з'ясувалося, що чим універсальніша програма, тим бідніша її можливість при вирішенні конкретної проблеми.
У 70-ті роки зусилля були спрямовані на розробку загальних методів та прийомів програмування, придатних для більш спеціалізованих програм. Поступово стало ясно, що ефективність програми при розв'язанні задачі залежить від знань, якими вона володіє, а не тільки від формалізмів і схем виведення, які вона використовує. До кінця 70-х років. була прийнята принципово нова концепція:
Щоб зробити програму інтелектуальною, її потрібно забезпечити безліччю високоякісних спеціальних знань про деяку предметну область.
Це призвело до розвитку спеціалізованих програмних систем, кожна з яких є експертом у вузькій предметній галузі. Ці програми отримали назвуекспертнихсистем.
Визначимо експертну систему (ЕС), як програмну систему, що використовує експертні знання для забезпечення високоефективного вирішення завдань у вузькій предметній галузі.
Пол І. Джонсона, учений, який багато років досліджував поведінки експертів-людей, дуже точно описує тих, кого ми називаємоекспертом:
«Експерт – це людина, яка завдяки навчанню та досвіду може робити те, що ми всі, решта людей, робити не вміємо; експерти працюють не просто професійно, але до того ж впевнено та ефективно.
Експерти мають величезні знання і користуються різними прийомами і прийомами для застосування своїх знань до проблем і завдань; вони також вміють швидко переворушити масу несуттєвої інформації, щоб дістатися головного, і добре вміють розпізнавати у проблемах, із якими стикаються, приклади тих типових проблем, із якими вже знайомі. В основі поведінки експертів лежить сукупність практично застосовних знань, яку ми називатимемо компетентністю. Тому розумно припустити, що експерти — це ті люди, до яких треба звернутися, коли ми бажаємо виявити компетентність, яка уможливлює таку поведінку, як у них».
ЕС містить компоненту розв'язання задачі такомпоненту підтримки.Друга допомагає користувачу взаємодіяти з головною програмою, у тому числі тестувати та налагоджувати її, модифікувати її знання та дані.
Технологія побудови ЕС називаєтьсяінженерією знань.
Інженерія знань істотно покладається на дослідження поведінки експертів з розробки розумних майстерних програм. Хейєс-Рот та ін. у книзі «Побудова експертних систем» зазначили:
«В основі інтелектуального вирішення проблеми лежить наступний принцип: система маєсконструювати це рішення, діючи вибірково та ефективно у просторі альтернатив. Через обмеженість власних ресурсів експерт змушений здійснювати пошук у цьому просторі вибірково, зводячи до мінімуму марну роботу. Знання допомагають експерту розпізнати на ранніх етапах корисну інформацію, відкривають йому перспективні шляхи її використання і допомагають уникнути малоуспішних зусиль, відсікаючи тупикові шляхи якомога раніше. Експертна система досягає високої продуктивності, використовуючи знання для того, щоб якнайкраще використати свій час».
1.2.Основні поняття та дійові особи інженерії знань
Засіб побудови ЕС (скор. Інструмент) – мова програмування та пакет програм, що підтримують, що використовуються при створенні експертної системи. Мова програмування відрізняється від звичайних мов тим, що забезпечує зручні способи уявлення складних високорівневих понять.
Важливо розрізняти інструмент і саму ЕС, незважаючи на те, що засоби визначення, що підтримують, також є частиною закінченої експертної системи.
Експерт – людина, яка за роки навчання та практики навчилася надзвичайно ефективно вирішувати завдання, що належать до конкретної предметної галузі (і ЕС моделює всі його стратегії).
Інженер знань - людина, яка має пізнання в інформатиці та ІІ і знає, як треба будувати експертні системи. Він опитує експертів, організовує знання, вирішує, як вони мають бути представлені в системі, і може допомогти програмісту в написанні програм.
Процедура отримання знань у експерта і занесення їх у програму називаєтьсявилученням знань.
Кінцевий користувач - людина, для якої була розроблена система і використовує закінчену ЕС.Наприклад, це вчений, якому вона допомагає відкривати нові родовища мінералів.
Користувач – людина, використовує експертну систему, тобто. кінцевий користувач, експерт, інженер знань, клерк.
1.3.Методологія побудови ЕС
Для досягнення високої якості функціонування потрібні експерименти. Тому експертна система поступово розвивається, домінує еволюційний метод створення ЕС.
Основні етапи еволюції ЕС:
1.Ідентифікація. Інженер знань та експерт виділяють проблемну галузь, визначають характеристики задачі, необхідні для її вирішення ресурси.
2.Концептуалізація. Інженер знань та експерт виявляють основні поняття, відносини та характер інформаційних потоків, необхідні для представлення знань та опису процесу вирішення завдань у даній предметній галузі.
3.Формалізація. На цьому етапі вибирається мова експертних систем, в рамках цієї мови надаються основні поняття та стосунки.
4.Реалізація. Формулюються правила, які втілюють знання, і навіть структури управління. Це визначає програму-прототип, яку можна виконувати та піддавати контрольним випробуванням.
5.Випробування. У ході їх експертами-людьми оцінюється програма-прототип, за їхніми зауваженнями та пропозиціями творці ЄС доводять прототип до необхідної якості функціонування.
1.4.Властивості експертної системи
Основа експертної системи - база знань, що накопичується при її побудові.Накопичення та організація знань — одна з найважливіших характеристик експертної системи.
Рис.2. Основні характеристики експертної системи.
1.ЕС застосовує для вирішення завдань високоякісний досвід, що представляє рівеньмислення найбільш кваліфікованих експертів. Це, як правило, призводить до точних та ефективних рішень.
Високоякісний досвід у поєднанні з умінням його застосовувати робить систему рентабельною, здатною заслужити визнання на ринку. Цьому сприяє також гнучкість системи. Система може нарощуватися поступово відповідно до потреб бізнесу чи замовника. Це означає, що можна спочатку вкласти порівняно скромні кошти, а потім нарощувати її можливості в міру потреби.
Але, як і будь-який експерт, система здатна помилятися.
Джон Макдермотт, розробник експертної системи для конфігурування VAX-11 у корпорації DEC:
«Я наполегливо підкреслював, що заснована на знаннях програма має пройти через порівняно довгий період учнівства, і що навіть після того, як вона стане експертною, вона, подібно до всіх експертів, час від часу робитиме помилки. Перша частина цього твердження була сприйнята, але я підозрюю, що з другої цього поки що не сталося. Тому мене турбує, чи буде після усвідомлення цієї якості експертних систем компанія DEC морально готова покласти значну частку відповідальності на програми, про які відомо, що вони не є непогрішними».
Помилки ЕС надзвичайно важко виправляти, оскільки стратегії, евристики та принципи, що лежать в основі цих програм, явно не сформульовані у їхньому тексті. Отже, ці помилки нелегко визначити та виправити. Але ЕС мають потенційну здатність навчатися на своїх помилках. За допомогою компетентних користувачів можна змусити ЕС удосконалюватися у вирішенні завдання під час практичної роботи.
2.ЕС маєпрогностичними можливостями,тобто. може дати відповідь у конкретній ситуації, показати, як зміняться ця відповідь унових ситуаціях, і пояснити, як нова ситуація призвела до змін.
Користувач може оцінити можливий вплив нових фактів чи інформації та зрозуміти, як вони пов'язані з реш-ем.
3.ЕС маєінституційну пам'ять.Якщо база знань ЕС розроблена із залученням провідних фахівців відділу чи штабу, вона представляє політику чи способи дії цієї групи людей.
Провідні фахівці йдуть, але їхній досвід залишається. Це важливо для ділової сфери і особливо цінно для збройних сил та урядових органів з їх частими перетвореннями та персональними переміщеннями.
4.ЕС можна використовувати для навчання і тренування керівників і фахівців, оскільки вони містять необхідні знання і здатні пояснити процес свого міркування.
Необхідно лише додати програмне забезпечення, що підтримує відповідний вимогам ергономіки інтерфейс між учням та експертною системою.