История экспертных систем

 
 

     Поиск  в ширину                                              

 

                                                          Начало

                8                    Начало                поиска    1

                                      поиска                                  12

                          7                                                                 2                               13

                                                  1                                                                    11

                                       6                                                                3

                                                    2                                                                     10

                                       5                                                               4

                                                    3                                                                    9

                                       4                                                                5

                                                                                  8

                                                                      6                                 Заключения

     

                                                                      7

  

    Выше уже отмечалось, что механизм вывода включает в себя два компонента- один из них реализует собственно вывод, другой управляет этим процессом. Компонент вывода выполняет первую задачу, рассматривая имеющиеся правила и факты из рабочего множества и добавляя в него новые факты при срабатывании какого-нибудь правила. Управляющий компонент определяет порядок применения правил. Рассмотрим каждый из этих компонентов более подробно.

  2.4.2. Компонент вывода

    Его действия основаны на применении  правила вывода, обычно называемого модус поненс, суть которого состоит в следующем: пусть известно, что истинно утверждение А и существует правило вида «Если А, то В», тогда утверждение В так же истинно. Правила срабатывают, когда находятся факты, удовлетворяющие их левой части: если истинна посылка, то должно быть истинно и заключение.

    Хотя в принципе на первый  взгляд кажется, что такой вывод  легко может быть реализован  на компьютере, тем не менее  на практике человеческий мозг все равно оказывается более эффективным при решении задач. Рассмотрим, например, простое предложение: 

                                              Мэри искала ключ.

     Здесь для слова «ключ» допустимы  как минимум два значения «родник»  и «ключ от квартиры». В следующих  же двух предложениях одно  и то же слово имеет совершенно разные значения:

                               Мы заблудились в чаще.

                               Нужно чаще ходить в театр.

     Понять факты становиться   еще сложнее, если они являются  составными частями продукций, которые используют правило модус поненс для вывода заключения. Приведем такой пример:

         ЕСЛИ     Белый автомобиль  легко заметить ночью

            И         Автомобиль  Джека белый

           ТО       Автомобиль Джека  легко заметить ночью

      Это заключение легко выведет даже ребенок, но оно оказывается не под силу ни одной из современных ЭС.

    Компонент вывода должен обладать  способностью функционировать при  любых условиях. Механизм вывода  должен быть способен продолжить  рассуждение и со временем найти решение даже при недостатке информации. Это решение может и не быть точным, однако система ни в коем случае не должна останавливаться из-за того, что отсутствует какая-либо часть входной информации.

  2.4.3. Управляющий компонент.

    Этот компонент определяет порядок применения правил, а также устанавливает, имеются ли еще факты, которые могут быть изменены в случае продолжения консультации. Управляющий компонент выполняет четыре функции:

1. Сопоставление-  образец правила сопоставляется  с имеющимися фактами;

2. Выбор-  если в конкретной ситуации  могут быть применены сразу  несколько правил, то из них выбирается одно, наиболее подходящее к заданному критерию (разрешение конфликта).

3. Срабатывание- если образец правила при сопоставлении  совпал с какими- либо фактами из рабочего множества, то правило срабатывает.

4. Действие- рабочее множество подвергается  изменению путем добавления в него заключения сработавшего правила. Если в правой части правила содержится указание на какое- либо действие, то оно выполняется (как, например, в системах обеспечения безопасности информации).

    Интерпретатор правил работает  циклически. В каждом цикле он  просматривает все правила, чтобы выявить среди них те посылки, которые совпадают с известными на данный момент фактами из рабочего множества. Интерпретатор определяет также порядок применения правил. После выбора правило срабатывает, его заключение заносится в рабочее множество, и затем цикл повторяется сначала.

    В одном цикле может сработать  только одно правило. Если несколько правил успешно сопоставлены с фактами, то интерпретатор производит выбор по определенному критерию единственного правила, которое и срабатывает в данном цикле. Цикл работы интерпретатора схематически представлен на рис.5.

   

  

  сопоставление               конфликтное                         критерий

                                            множество                     выбора правил   

                                                        

 

                                                                  разрешение

                                                                   конфликта

     рабочее             база 

   множество         правил

                                                                     

                                                                  выполняемое        действие

                                                                    правило                

   

 

рис.5   Цикл работы интерпретатора

    Информация из рабочего множества последовательно сопоставляется с посылками правил для выявления успешного сопоставления. Совокупность отобранных правил составляет так называемое конфликтное множество. Для разрешения конфликта интерпретатор имеет критерий, с помощью которого он выбирает единственное правило после чего оно срабатывает. Это выражается в занесении фактов, образующих заключение правила, в рабочее множество или в изменении критерия выбора конфликтующих правил. Если же в заключение правила входит название какого-нибудь действия, то оно выполняется (например, подается звуковой сигнал, начинает выполнятся процедура и т.д.).

    Новые данные, введенные в систему  сработавшим правилом, в свою  очередь могут изменить критерий выбора правила. В том случае, если, напри-

мер, компьютерная система, предназначенная для игры в шахматы, разыгрывает партию за двух игроков, то она может принять решение придерживаться атакующей стратегии через ход, т.е. атаковать будет один из партнеров. Если вы сами играете с этой системой, то в какой- то момент она может перейти к использованию оборонительной стратегии (по крайней мере временно), а затем опять вернуться к наступательной игре. Изменение критерия основывается на заключениях, полученных после анализа положения на доске, которое представлено в рабочем множестве системы, а также правил игры (статичес-

ких структурных  знаний) и структурных динамических знаниях (эвристиках).

    В действительности ЭС не располагают  процедурами, которые могли бы  построить в пространстве состояний сразу весь путь решения задачи. Более того, зачастую даже не удается определить, имеется ли вообще какое- нибудь решение задачи. Тем ни менее поиск решения выполняется, поскольку движением в пространстве состояний управляют скрытые или виртуальные процедуры. Они получили название демонов, поскольку во время работы системы находятся в “засаде” и активизируются только тогда, когда их просят о помощи, т.е. на самом деле ведут себя как добрые демоны.

    Свое название демоны получили  от “демона Максвелла”- действующего лица одного из мысленных экспериментов, предложенного его автором для критики законов термодинамики. Другим их прообразом является Пандемониум Оливера Селфриджа- первой модели человека, в котором деятельность биологической системы представлялась как работа вызываемых по образцу демонов. Если же воспользоваться научной терминологией, то такие управляющие процедуры получили название недетерминированных. Это означает, что траектория поиска решения в пространстве состояний полностью определяется данными.

    При разработке управляющего  компонента механизма (подсистемы) вывода необходимо решить вопрос о том, по какому критерию следует выбирать правило, которое будет применено в конкретном цикле.

    Уже на ранней стадии разработки  ЭС необходимо знать, что будет вводить конечный пользователь. Это нужно для того, чтобы убедиться, будет ли система достаточно практична и сможет ли она вжиться в среду, в которой ей предстоит работать.

    Участие пользователя выражается  в следующем:

- конкретные  задачи. Пользователь, сталкиваясь с конкретными проблемами, может объяснить возникновение проблем и предложить возможные варианты их решения;

- общение.  Интерфейс пользователя должен  соответствовать словарю пользователя и уровню его подготовки;

- установление  связей. Знакомство пользователя с причинами и последствиями, вызывающими то или иное действие в процессе функционирования системы, неоценимо в определении взаимосвязей фактов в базе знаний;

- обратная  связь. Отличительной особенностью  удобной в использовании ЭС является ее способность объяснить конечному пользователю ход своих рассуждений.