Министерство  образования и науки Российской Федерации

     ФГАОУ ВПО «Российский государственный  профессионально-педагогический университет»

     Институт  электроэнергетики и информатики

     Факультет информатики

     Кафедра сетевых информационных систем и  компьютерных технологий обучения 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

     по  информатике

     Вариант № 8 

      Экспертные  системы

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                      Работу выполнил:  Спирин Р.Н.

                    Группа: ВТ-103

          Работу проверил: Шайдуров А.А. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Екатеринбург

2011 

Оглавление

Введение 3

1. Сущность экспертной системы 4

1.1. Краткий исторический очерк 4

1.2. Определение экспертной системы 5

1.3. Свойства экспертной системы 6

1.4. Достоинства и недостатки экспертной системы по сравнению с человеком 8

1.5. Структура экспертной системы 10

2. Модели представления знаний 13

2.1. Логическая модель представления знаний 15

2.2. Продукционная модель представления знаний 16

2.3. Представление знаний фреймами 17

2.4. Представление знаний семантическими сетями 19

3. Области применения экспертных систем. 20 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Введение

     1. Сущность экспертной  системы

     1.1. Краткий исторический  очерк

 

     Технология  экспертных систем является одним из направлений новой области исследований, называемой искусственным интеллектом (ИИ, AI – Artificial Intellegence). По известному определению Бара и Файгенбаума:

     Искусственный интеллект (ИИ) – это область информатики, которая занимается разработкой интеллектуальных компьютерных систем, т.е. систем, обладающих возможностями, которые мы традиционно связываем с человеческим разумом, - понимание языка, обучение способность рассуждать, решать проблемы и т.д. 

     Первые  попытки моделировать процесс мышления были предприняты в 60-х годах 20-го века. В те годы специалисты в  области ИИ пытались найти общие  методы для решения широкого класса задач и использовать их в универсальных программах. Разработка универсальных программ оказалась слишком сложна, кроме того, выяснилось, что чем универсальнее программа, тем скуднее ее возможности при решении конкретной проблемы.

     В 70-е годы усилия были направлены на разработку общих методов и приемов  программирования, пригодных для более специализированных программ. Постепенно стало ясно, что эффективность программы при решении задачи зависит от знаний, которыми она обладает, а не только от используемых ею формализмов и схем вывода. К концу 70-х гг. была принята принципиально новая концепция:

     Чтобы сделать программу интеллектуальной, ее нужно снабдить множеством высококачественных специальных знаний о некоторой предметной области.

     Это привело к развитию специализированных программных систем, каждая из которых является экспертом в узкой предметной области. Эти программы получили название экспертных систем. 

     1.2. Определение экспертной системы

 

      Определим экспертную систему (ЭС), как программную систему, использующую экспертные знания для  обеспечения высокоэффективного решения  задач в узкой предметной области.

     ЭС  выдают советы, проводят анализ, выполняют  классификацию, дают консультации и  ставят диагноз. Они ориентированы  на решение задач, обычно требующих проведения экспертизы человеком-специалистом. В отличие от машинных программ, использующий процедурный анализ, ЭС решают задачи в узкой предметной области (конкретной области экспертизы) на основе дедуктивных рассуждений. Такие системы часто оказываются способными найти решение задач, которые неструктурированны и плохо определены. Они справляются с отсутствием структурированности путем привлечения эвристик, т. е. правил, взятых “с потолка”, что может быть полезным в тех системах, когда недостаток необходимых знаний или времени исключает возможность проведения полного анализа. 

     1.3. Свойства экспертной системы

 

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Основа  экспертной системы – база знаний, накапливаемая при ее построении. Накопление и организация знаний — одна из самых важных характеристик  экспертной системы. 

     Основные свойства экспертной системы: 

      1. ЭС применяет для решения задач высококачественный опыт, представляющий уровень мышления наиболее квалифицированных экспертов. Это, как правило, приводит к точным и эффективным решениям.

     Высококачественный  опыт в сочетании с умением  его применять делает систему  рентабельной, способной заслужить  признание на рынке. Этому способствует также гибкость системы. Система может наращиваться постепенно в соответствии с нуждами бизнеса или заказчика. Это означает, что можно вначале вложить сравнительно скромные средства, а потом наращивать ее возможности по мере необходимости.

     Но, как и любой эксперт, система  способна ошибаться.

     Джон  Макдермотт, разработчик экспертной системы для конфигурирования VAX-11¹ в корпорации DEC:

     «Я  настойчиво подчеркивал, что основанная на знаниях программа должна пройти через сравнительно долгий период ученичества, и что даже после того, как она  станет экспертной, она будет, подобно всем экспертам, время от времени делать ошибки. Первая часть этого утверждения была воспринята, но я подозреваю, что со второй этого пока не произошло. Поэтому меня беспокоит, будет ли после осознания этого свойства экспертных систем компания DEC морально готова возложить значительную долю ответственности на программы, про которые известно, что они не являются непогрешимыми».

     Ошибки  ЭС чрезвычайно трудно исправлять, поскольку стратегии, эвристики  и принципы, лежащие в основе этих программ, явно не сформулированы в  их тексте. Следовательно, эти ошибки нелегко определить и исправить. Но ЭС имеют потенциальную способность учиться на своих ошибках. С помощью компетентных пользователей можно заставить ЭС совершенствоваться в решении задачи в ходе практической работы. 

     2. ЭС обладает прогностическими возможностями, т.е. может дать ответ в конкретной ситуации, показать, как изменятся этот ответ в новых ситуациях, и объяснить, каким образом новая ситуация привела к изменениям.

     Пользователь  может оценить возможное влияние  новых фактов или информации и понять, как они связаны с решением.  

     3. ЭС обладает институциональной памятью. Если база знаний ЭС разработана с привлечением ведущих специалистов отдела или штаба, то она представляет политику или способы действия этой группы людей.

     Ведущие специалисты уходят, но их опыт остается. Это важно для деловой сферы  и особенно ценно для вооруженных  сил и правительственных органов  с их частыми преобразованиями и персональными перемещениями. 

     4. ЭС можно использовать для обучения и тренировки руководителей и специалистов, поскольку они содержат необходимые знания и способны объяснить процесс своего рассуждения.

     Необходимо  только добавить программное обеспечение, поддерживающее соответствующий требованиям эргономики интерфейс между обучаемым и экспертной системой. 

     1.4. Достоинства и недостатки экспертной системы по сравнению с человеком

 

     Сам собою напрашивается вопрос: зачем  разрабатывать экспертные системы? Не лучше ли обратиться к человеческому  опыту? 

     Искусственная компетентность ЭС имеет ряд существенных преимуществ перед человеческой. 

 
 

     Но  обычно ЭС используются как советчики  экспертов-людей, не заменяя их. 

     «…Вероятно, можно отказаться от наиболее квалифицированного эксперта, но во многих ситуациях необходимо оставить в системе место для  эксперта со средней квалификацией. Экспертные системы используются при этом для усиления и расширения профессиональных возможностей такого пользователя»

     В ряде областей деятельности человеческая компетентность превосходит искусственную.

     Это не есть отражение фундаментальных  ограничений ИИ, но характерно для  его современного состояния. 

     1.5. Структура экспертной  системы

 

     Обобщенная  структура экспертной системы представлена на рисунке. Следует учесть, что реальные ЭИС могут иметь более сложную структуру, однако блоки, изображенные на рисунке, непременно присутствуют в любой действительно экспертной системе, поскольку представляют собой стандарт структуры современной ЭИС.

     Основные  компоненты ИТ, используемой в экспертной системе:  

     Пользователь - специалист предметной области, для которого предназначена система. Обычно его квалификация недостаточно высока, и поэтому он нуждается в помощи и поддержке своей деятельности со стороны ЭИС