Социальные институты: сущность,структура и функции

База  знаний (БЗ) в ЭС предназначена для хранения долгосрочных данных, описывающих рассматриваемую область (а не текущих данных), и правил, описывающих целесообразные преобразования данных этой области.

Решатель, используя исходные данные из рабочей памяти и знания из БЗ, формирует такую последовательность правил, которые, будучи примененными к исходным данным, приводят к решению задачи.

Компонент приобретения знаний автоматизирует процесс наполнения ЭС знаниями, осуществляемый пользователем-экспертом.

Объяснительный  компонент объясняет, как система получила решение задачи (или почему она не получила решение) и какие знания она при этом использовала, что облегчает эксперту тестирование системы и повышает доверие пользователя к полученному результату.

Диалоговый  компонент ориентирован на организацию дружественного общения с пользователем, как в ходе решения задач, так и в процессе приобретения знаний и объяснения результатов работы. 

                                                                                                                             7

В разработке ЭС участвуют представители следующих  специальностей:

· эксперт  в проблемной области, задачи которой  будет решать ЭС;

· инженер  по знаниям - специалист по разработке ЭС (используемые им технологию, методы называют технологией (методами) инженерии  знаний);

· программист  по разработке инструментальных средств (ИС), предназначенных для ускорения  разработки ЭС.

Необходимо  отметить, что отсутствие среди участников разработки инженеров по знаниям (т.е. их замена программистами) либо приводит к неудаче процесс создания ЭС, либо значительно удлиняет его.

Эксперт определяет знания (данные и правила), характеризующие проблемную область, обеспечивает полноту и правильность введенных в ЭС знаний.

Инженер по знаниям помогает эксперту выявить и структурировать знания, необходимые для работы ЭС; осуществляет выбор того ИС, которое наиболее подходит для данной проблемной области, и определяет способ представления знаний в этом ИС; выделяет и программирует (традиционными средствами) стандартные функции (типичные для данной проблемной области), которые будут использоваться в правилах, вводимых экспертом.

Программист разрабатывает ИС (если ИС разрабатывается заново), содержащее в пределе все основные компоненты ЭС, и осуществляет его сопряжение с той средой, в которой оно будет использовано.

Экспертная  система работает в двух режимах: режиме приобретения знаний и в режиме решения задачи (называемом также  режимом консультации или режимом  использования ЭС).

В режиме приобретения знаний общение с ЭС осуществляет (через посредничество инженера по знаниям) эксперт. В этом режиме эксперт, используя компонент приобретения знаний, наполняет систему знаниями, которые позволяют ЭС в режиме решения самостоятельно (без эксперта) решать задачи из проблемной области. Эксперт описывает проблемную область в виде совокупности данных и правил. Данные определяют объекты, их характеристики и значения, существующие в области экспертизы. Правила определяют способы манипулирования с данными, характерные для рассматриваемой области.

                                                                                                                             8

Отметим, что режиму приобретения знаний в  традиционном подходе к разработке программ соответствуют этапы алгоритмизации, программирования и отладки, выполняемые  программистом. Таким образом, в  отличие от традиционного подхода  в случае ЭС разработку программ осуществляет не программист, а эксперт (с помощью  ЭС), не владеющий программированием.

В режиме консультации общение с ЭС осуществляет конечный пользователь, которого интересует результат и (или) способ его получения. Необходимо отметить, что в зависимости от назначения ЭС пользователь может не быть специалистом в данной проблемной области (в этом случае он обращается к ЭС за результатом, не умея получить его сам), или быть специалистом (в этом случае пользователь может сам получить результат, но он обращается к ЭС с целью либо ускорить процесс получения результата, либо возложить на ЭС рутинную работу). В режиме консультации данные о задаче пользователя после обработки их диалоговым компонентом поступают в рабочую память. Решатель на основе входных данных из рабочей памяти, общих данных о проблемной области и правил из БЗ формирует решение задачи. ЭС при решении задачи не только исполняет предписанную последовательность операции, но и предварительно формирует ее. Если реакция системы не понятна пользователю, то он может потребовать объяснения:

«Почему система задает тот или иной вопрос?», «как ответ, собираемый системой, получен?».

Структуру, приведенную на рис. 1.1, называют структурой статической ЭС. ЭС данного типа используются в тех приложениях, где можно не учитывать изменения окружающего мира, происходящие за время решения задачи. Первые ЭС, получившие практическое использование, были статическими.

На  рис. 1.2 показано, что в архитектуру динамической ЭС по сравнению со статической ЭС вводятся два компонента: подсистема моделирования внешнего мира и подсистема связи с внешним окружением. Последняя осуществляет связи с внешним миром через систему датчиков и контроллеров. Кроме того, традиционные компоненты статической ЭС (база знаний и машина вывода) претерпевают существенные изменения, чтобы отразить временную логику происходящих в реальном мире событи 
 
 

                                                                                                                             9

3. Этапы разработки экспертных систем

Разработка  ЭС имеет существенные отличия от разработки обычного программного продукта. Опыт создания ЭС показал, что использование  при их разработке методологии, принятой в традиционном программировании, либо чрезмерно затягивает процесс создания ЭС, либо вообще приводит к отрицательному результату.

Использовать  ЭС следует только тогда, когда разработка ЭС возможна, оправдана и методы инженерии знаний соответствуют  решаемой задаче. Чтобы разработка ЭС была возможной для данного  приложения, необходимо одновременное  выполнение, по крайней мере, следующих  требований (1, стр. 67):

1) существуют  эксперты в данной области,  которые решают задачу значительно  лучше, чем начинающие специалисты;

2) эксперты  сходятся в оценке предлагаемого  решения, иначе нельзя будет  оценить качество разработанной  ЭС;

3) эксперты  способны вербализовать (выразить  на естественном языке) и объяснить  используемые ими методы, в противном  случае трудно рассчитывать на  то, что знания экспертов будут  «извлечены» и вложены в ЭС;

4) решение  задачи требует только рассуждений,  а не действий;

5) задача  не должна быть слишком трудной  (т.е. ее решение должно занимать  у эксперта несколько часов  или дней, а не недель);

6) задача  хотя и не должна быть выражена  в формальном виде, но все же  должна относиться к достаточно  «понятной» и структурированной  области, т.е. должны быть выделены  основные понятия, отношения и  известные (хотя бы эксперту) способы  получения решения задачи;

7) решение  задачи не должно в значительной  степени использовать «здравый  смысл» (т.е. широкий спектр общих  сведений о мире и о способе  его функционирования, которые знает  и умеет использовать любой  нормальный человек), так как подобные  знания пока не удается (в  достаточном количестве) вложить  в системы искусственного интеллекта.

Использование ЭС в данном приложении может быть, возможно, но не оправдано. Применение ЭС может быть оправдано одним  из следующих факторов (4, стр. 76):

                                                                                                                            10

· решение  задачи принесет значительный эффект, например экономический;

· использование  человека-эксперта невозможно либо из-за недостаточного количества экспертов, либо из-за необходимости выполнять  экспертизу одновременно в различных  местах;

· использование  ЭС целесообразно в тех случаях, когда при передаче информации эксперту происходит недопустимая потеря времени  или информации;

· использование  ЭС целесообразно при необходимости  решать задачу в окружении, враждебном для человека.

Приложение  соответствует методам ЭС, если решаемая задача обладает совокупностью следующих  характеристик:

1) задача  может быть естественным образом  решена посредством манипуляции  с символами (т.е. с помощью  символических рассуждений), а не  манипуляций с числами, как  принято в математических методах  и в традиционном программировании;

2) задача  должна иметь эвристическую, а  не алгоритмическую природу, т.е.  ее решение должно требовать  применения эвристических правил. Задачи, которые могут быть гарантированно  решены (с соблюдением заданных  ограничений) с помощью некоторых  формальных процедур, не подходят  для применения ЭС;

3) задача  должна быть достаточно сложна, чтобы оправдать затраты на  разработку ЭС. Однако она не  должна быть чрезмерно сложной  (решение занимает у эксперта  часы, а не недели), чтобы ЭС  могла ее решать;

4) задача  должна быть достаточно узкой,  чтобы решаться методами ЭС, и  практически значимой.

При разработке ЭС, как правило, используется концепция «быстрого прототипа». Суть этой концепции состоит в  том, что разработчики не пытаются сразу  построить конечный продукт. На начальном  этапе они создают прототип (прототипы) ЭС. Прототипы должны удовлетворять  двум противоречивым требованиям: с  одной стороны, они должны решать типичные задачи конкретного приложения, а с другой - время и трудоемкость их разработки должны быть весьма незначительны, чтобы можно было максимально  запараллелить процесс накопления и отладки знаний (осуществляемый экспертом) с процессом выбора (разработки)

                                                                                                                                                11

программных средств (осуществляемым инженером  по знаниям и программистом). Для  удовлетворения указанным требованиям, как правило, при создании прототипа  используются разнообразные средства, ускоряющие процесс проектирования.

Прототип  должен продемонстрировать пригодность  методов инженерии знаний для  данного приложения. В случае успеха эксперт с помощью инженера по знаниям расширяет знания прототипа  о проблемной области. При неудаче  может потребоваться разработка нового прототипа или разработчики могут прийти к выводу о непригодности  методов ЭС для данного приложения. По мере увеличения знаний прототип может  достигнуть такого состояния, когда  он успешно решает все задачи данного  приложения. Преобразование прототипа  ЭС в конечный продукт обычно приводит к перепрограммированию ЭС на языках низкого уровня, обеспечивающих как  увеличение быстродействия ЭС, так  и уменьшение требуемой памяти. Трудоемкость и время создания ЭС в значительной степени зависят от типа используемого  инструментария.

В ходе работ по созданию ЭС сложилась определенная технология их разработки, включающая шесть следующих этапов (рис. 1.4):

идентификацию, концептуализацию, формализацию, выполнение, тестирование, опытную эксплуатацию. На этапе идентификации определяются задачи, которые подлежат решению, выявляются цели разработки, определяются эксперты и типы пользователей.