3. Практические аспекты разработки и внедрения ЭС.

В соответствии с результатами тестирования ЭС может находиться на одной из следующих стадий:

1) демонстрационный прототип (решает только часть задач в рамках ПО, демонстрируя правильность выбранного аппарата логического вывода). Срок доведения системы до этой стадии - около 3-х мес., кол-во правил в базе знаний - 50-100.

2) исследовательский прототип (решает все задачи в рамках ПО, на недостаточно устойчива в работе, не полностью проверена). Срок доведения - 1-2 года, кол-во правил - 200-500.

3) действующий прототип (решает стабильно все задачи в рамках ПО, но недостаточно эффективна в работе, в том числе нерациональное использование памяти, невысокое быстродействие). 2-3 г., 500-1000.

4) промышленная система (обеспчивает эффективную работу и высокое качество решений, содержит по сравнению со стадией 3 намного больше правил в базе знаний, программное обеспечение по сравнению с 3) переписано на язык низкого уровня). 2-4 г., 1000-1500.

5) коммерческая система (предполагает обобщение задач, уход от специфики ПО, предназначается для продажи другим потребителям. Развита по сравнинию с 4) система редактирования знаний, интерфейса с конкретным пользователем, обучения). 3-6 лет, 1000-3000.

В процессе проектирования ЭС следует учитывать тот отрицательный опыт, который накоплен разработчиками на каждой стадии проектирования.

На этапе 1 может оказаться, что система или задача настолько трудна, что её нельзя реализовать в рамках выдеенной проектировщиком системы ресурсов (время, деньги и т. д.). Проектировщики должны очень внимательно подойти к вопросу, сможет ли решение задачи принести существенную пользу, для пресонала, который её эксплуатирует. Следует учесть, что для сокращения времени проектирования нельзя расширять состав проектировщиков, так как процесс проектирования итеративный и категории проектировщиков не могут в сжатые сроки осмыслить все этапы проектирования.

Традиционной ошибкой этапа 3 явл-ся подгонка инструментального средства под понятия и взаимосвязи конкретной ПО.

Нельзя соглашаться при разработке прототипа на программирования сразу же на языках низкого уровня, т. е. без использования инструментальной системы.

На всех стадиях проектирования инженер по знаниям работает с экспертом и при этом возникает целый ряд трудностей, которые заранее надо учитывать:

*            эксперты всегда должны быть высококвалифицированными, их нужно заинтересовывать материально;

*            эксперт никогда не может найти время на работу с инженером по знаниям;

*            в системе обязательно должна использоваться та же терминология, что и у экспертов ПО; только в этом случае эксперт может успешно понимать структуру базы знаний и вносить в неё соответствующие изменения;

*            с течением времени эксперт теряет интерес к проекту системы и постоянно сокращает время работы с проектировщиком. Для устранения этого проектировщик вносит изменения в систему только вместе с экспертом, тестирует также вместе с ним;

*            эксперт незнаком, как правило, с компьютером, поэтому РС устанавливается на его рабочем месте и доработка системы производится там же;

*            при извлечении знаний эксперта проектировщику очень трудно отделить знания ПО от метазнаний, поэтому работа с экспертом должна происходить не по всем вопросам в целом, а по строго спланированным инженером по знаниям порциям.

На этапе 4 при разработке прототипа следует стремиться не разрабатывать самостоятельно средства объяснения, а использовать только те, что есть в инструментальной системе.

При разработке первого прототипа необходимо стремиться к тому, чтобы в базу знаний попали простые универсальные правила и сокращать количество специфических правил.

На этапе 6 следует учитывать, что если размер правил превышает 300, то их исправление и добавление может привести к появлению новых ошибок, поэтому должен существовать специальный тест, который проверяет систему на непротиворечивость правил.

Особенности реализации экспертных систем на базе логической модели знаний.

1. Понятие логической модели знаний.

2. Характеристика языка предикатов первого порядка. Особенности

   представления знаний.

3. Аппарат логического вывода.

4. Особенности машинной реализации языка предикатов первого порядка.

1. Понятие логической модели знаний.

В основе лог. модели знаний лежит понятие формальной теории и отношения, которые существуют между единицами знаний можно описывать только с помощью синтаксических правил, допустимых в рамках этой теории.

Формальная теория задается всегда четверкой символов S=<B, F, A, R>, где

В - конечное множество базовых символов, иначе - алфавит теории S;

F - подмножество выражений теории S, называемых формулами теории. Обычно    имеется эффективная процедура, которая представляет собой совокупность правил, позволяющих из элементов множества В строить синтаксически правильные выражения.

А - выделенное множество правил, называемых аксиомами теории, т. е. множество априорно истинных формул.

R - конечное множество отношений { r1, r2, ... , rn } между формулами, называемыми правилами вывода. Для любого ri существует целое положительное число j, такое, что для каждого множества, состоящего из j формул, и для каждой формулы F эффективно решается вопрос о том, находятся ли эти j-формулы в отношении ri с формулой F. Если ri выполняется, то F называют непосредственным следствием F-формул по правилу ri.

Следствием (выводом) формулы в теории S называется такая последовательность правил, что для любого из них представленная формула явл-ся либо аксиомой теории S, либо непосредственным следствием.

Правила вывода, которые разрабатываются проектировщиками, позволдяют расширить множество формул, которые явл-ся аксиомами теории.

Формальная теория наз. разрешимой, если существует эффективная процедура, позволяющая узнать для любой заданной формулы, существует ли её вывод в теории S.

Формальная теория S наз. Непротиаворечивой, если не существует такой формулы А, что и А, и не А выводимы в данной теории.

Наиболее распространенной формальной теорией, используемой в системах искуственного интеллекта явл-ся исчисление предикатов, то есть функций, которые могут принимать только 2 значения.

К достоинствам логической модели относят:

- наличие стандартной типовой процедуры логического вывода (доказательства теорем). Однако такое единообразие влечет за собой основной недостаток модели - сложность использования в процессе логического вывода эвристик, отражающих специфику ПО.

К другим недостаткам логической модели относят:

- “монотонность”;

- “комбинаторный взрыв”;

- слабость структурированности описаний.

2. Характеристика языка предикатов первого порядка. Особенности представления знаний.

В основе языка предикатов первого порядка лежит понятие предикатов, то есть логическая функция от одной или нескольких нелогических пременных. Функция может принимать значения истина (t) или ложь (f). В рамках логики утверждение считается истинным, если и относящееся к нему предположение считается истинным и заключение самого утверждения тоже истина.

Синтаксис языка предикатов включает: предикативные символы, символы переменных, константы (?), а также разделители ( ), [ ], “, ‘.

Предикативные символы используются для обозначения отношений. Объекты отношений записываются в ( ) после предикативного символа и наз-ся аргументами. Полная запись отношения наз-ся атомной или атомарной формулой.

Атомарная формула:

Является ( Иванов, спец.—поЭВМ)

предикативный    терм 1     терм 2

символ

Термы могут представляться констанатами и переменными. Разрешено также в качестве термов использовать функции, к-рые обязательно должны быть определены в рамках ПО. Проектировщик ЭС заранеее определяет, как интерпретировать порядок термов в отношении. Допустимые выражения в исчислении предикатов, в частности атомарные формулы, наз-ся правильно построенными функциями ( ППФ ). В языке предикатов для каждой ППФ обязательно определяется конкретная интерпретация. Как только для ППФ определена интерпретация, говорят, что формула имеет значение “истина”, если соответствующее утверждение ПО истинно, в противном случае ППФ имеет значение “ложь”.

Из формул можно составить предложение с помощью логических связок: конъюнкция, дизъюнкция, импликация, отрицание.

Конъюнкция ( ) используется для образования составных фраз:

Учится ( Иванов, эк.-университет )  располагается ( эк.-университет, Киев )

ППФ, построенные с помощью связки конъюнкция, наз-ся просто конъюнкциями.

Дизъюнкция  (  ) реализует функцию не исключающего “или”.

Находятся ( Иванов, аудит.-147) И находится ( Иванов, библиотека ).

ППФ, построенные с помощью связки дизъюнкция, наз-ся дизъюнкциями.

Связка импликация (  ) используется для представления утверждения типа “если, то”.

Владеть ( Иванов, машина-1)  марка ( машина-1, “BMW”).

ППФ, построенная путем соединения формул с помощью связки импликация, наз-ся импликацией.

Левая сторона импликации наз-ся антецедент, правая - конциквент. Импликация имеет значение “истина”, если антецедент и конциквент имеют значения “истина”, либо антецедент имеет значение “ложь” независимо от конциквента. В остальных случаях импликация имеет значения “ложь”.

ППФ со знаком отрицания ( ~ ) пред ней наз-ся отрицанием.

В языке предикатов атомная формула может принимать только истинные значения, только ложные значения, а также в зависимости от значений переменных, которые в нее входят, либо итсина, либо ложь. Для того, чтобы при исчислении предикатов можно было манипулировать значениями переменных, потребовалось ввести понятие “квантор”.

Квантор - это операция, в которой участвуют все значения переменной одного предиката.

Квантор служит для указания меры, в какой экземпляры переменной (?), то есть константы должны быть истинными, чтобы все значения в целом были истинными.

Различают квантор общности  и квантор сущестовования  . Если перед предикатом записан квантор  для какой-то переменной, напр. (х), то это означает, что значение предиката будет истинным только в том случае, если все значения переменной х будут истинными.

(х) ( специалист-по-ЭВМ (х)  программист )

Если перед предикатом записан квантор , напр. (х), то для истинности предиката достаточно, чтобы только некотрые значения переменной, по крайней мере одно, были истинными.

 (х) ( специалист-по-ЭВМ(х)  оптимист(х) )

В рамках одного предиката можно использовать и кванторы общности, и кванторы существования, но для разных переменных.

(х) (y) ( служащий (х)  руководитель (y, х))

Если некотрая переменная в ППФ проквантифицирована, то она называется связанной. В противном случае переменная называется свободной. Любое выражение, которое получается путем квантифицирования правильной формулы, является также ППФ.

Предикатами первого порядка наз-ся предикаты, в которых не допускается квантификация по предикатным или функциональным символам, а можно квантифицировать только переменные.

3. Аппарат логического вывода.

В языке предикатов процедуры логического вывода производятся над знаниями, представленными во внутренней форме по отношению к тем описаниям, к-рые выполнил проектировщик, отражая специфику ПО, т. о. проектировщик работает с внешней формой представления знаний, а процедуры логического вывода - со внутренней.

Перевод внешней формы во внутреннюю производится в системах, реализующих язык предикатов, автоматически на основе таблиц истинности для вычисления отдельных предикатов и логических операций,  а также на основании целого ряда эквивалентности ( законы де Моргана, дистрибутивные законы, ассоциативные законы ). В процессе логического вывода языка предикатов используются операции, к-рые применяются к существующим ППФ с целью построения новых ППФ.

“Modus ponens” - используется для создания из ППФ вида А ППФ вида В

( А  В).   (“турникет”) интерпретируется как “следовательно”.

Операция специализации. Суть — позволяет доказать, что если некоторому классу обьектов присуще к.-л. свойство, то любой обьект данного класса будет обладать этим свойством. Для всех обьектов класса исп. свойство А, следовательно

x) W(x), A L*W(A)  (?)

Операция — унификация. Использ-ся для док-ва теории, содержащих квантиоризированные формулы приводят в соответствие определенные подвыражения формы путем нахождения подстановок.

Операция резолюция. Используется для порождения новых предположений. В основе метода резолюции лежит опровержение гипотезы и доказательство, что это неверно. В процессе реализации метода используется операция исключения высказывания, если эти высказывания в даных предположениях отрицаются, а вдругих — нет. Врезультате доказательства если опровержение ложно, формируется пустая резольвента.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6