Рассмотрение обобщенной структуры ЭС диктуется потребностью в дальнейшем понимании способов представления и обработки знаний.
Структура обобщённой ЭС включает следующие компоненты (Рис. 2):
1) базу знаний или базу правил (БЗ или БП);
2) операционную базу данных (ОБД);
3) механизм логического вывода (МЛВ);
4) блок взаимодействия с пользователем (БВП);
5) блок объяснения (БО);
6) блок модификации и пополнения знаний (БМПЗ).
Рис 2 - Структура обобщённой ЭС.
БЗ - центральный элемент ЭС и представляет собой формальное описание модели эксперта и модели предметной области, в которой работает эксперт. Знания в БЗ представляются на понятном для МЛВ языке представления знаний.
Операционная БД (ОБД) представляет собой информационную структуру для отображения текущего состояния решаемой задачи. Структура ОБД может быть любой (стек, список, таблица и др.). ОБД доступна процедурам МЛВ и является главным источником актуальной информации для ЭС.
Механизм логического вывода (МЛВ) управляет работой ЭС в соответствии с принятой стратегией поиска решений в пространстве ситуаций. В ЭС используется несколько стратегий поиска решений, основными из которых являются следующие:
1) прямая стратегия поиска, основанная на реализации нормальных алгоритмов Маркова «от данных к цели»;
2) обратная стратегия поиска, реализующая алгоритм «от цели к данным»;
3) стратегия наискорейшего спуска или подъёма;
4) стратегия поиска на графах.
МЛВ часто называют интерпретатором или решателем, он работает по циклическому алгоритму: выборка - сопоставление (настройка на образ) – разрешение конфликтов – выполнение действий (Рис. 3).
Рис. 3 - Работа механизма логического вывода (МЛВ)
Блок объяснения (БО) предназначен для выдачи пользователю ЭС совокупностей логических шагов и знаний, которые были (или будут) использованы системой в процессе принятия решения.
Применяют несколько типов объяснения:
1) ретроспективное объяснение, основанное на трассировке работы механизма логического вывода (МЛВ), для его реализации необходимо историю вывода решения в виде последовательности шагов МЛВ;
2) гипотетическое объяснение, также основанное на трассировке работы МЛВ, использует контекстное объяснение с учётом условий, при которых можно получить предлагаемое ЭС решение;
3) объяснение типа «почему нет?».
Убедительность объяснения, как правило, основывается на использовании всех трёх типов объяснений.
Блок модификации и пополнения знаний (БМПЗ) предназначен для ввода в БЗ, модификации и проверки непротиворечивости вновь вводимых знаний в процессе создания, настройки и эксплуатации ЭС.
Состав и структура БМПЗ могут быть различными и зависят от средств, используемых для создания ЭС, от языка представления знаний конкретной системы, объёма БЗ, характера и значений других показателей ЭС. Данный блок может представлять собой элементарный текстовый редактор для работы с БЗ, а также систему, сравнимую по составу, структуре и сложности с самой ЭС.
Блок взаимодействия с пользователем (БВП) обеспечивает работу пользователя (или эксперта) с ЭС с помощью различных типов терминалов (графических, алфавитно-цифровых, речевых и др.). Общение с ЭС осуществляется на формализованных языках: квазиестественном языке, языке шаблонов, в форме меню и т.п. Наибольшее распространение получили системы взаимодействия типа «меню» с многооконным режимом функционирования.
В состав БВП могут входить: своя БЗ о языке диалогового взаимодействия, лингвистический процессор, графический редактор и другие инструментальные средства реализации интерфейса «пользователь-ЭС».
Каждая проблемно-ориентированная ЭС по своей структуре может отличатся от обобщённой наличием дополнительных блоков и подсистем в зависимости от характеристик решаемой задачи, специфики предметной области и инструментальных средств, используемых при создании системы.
Методы и модели представления знаний в экспертных системах
Представление знаний может осуществляться различными методами, с помощью различных моделей представления. Главное требование к системе представления знаний обеспечение возможности активного применения знаний для получения логических выводов.
Предметная область - это совокупность предметов и объектов, информация о которых хранится в БД и обрабатывается программно. Формально предметную область можно представить следующим образом:
M = E,R,
где E - множество описаний элементов предметной области;
R-множество описаний отношений между элементами из множества Е.
К элементам множества Е относятся: предметы, факты, явления, объекты реального мира. Исходя из состава элементов множества Е, модель предметной области можно представить в виде четверки множеств:
M = X,C,D,R,
где X - множество имен объектов;
С - множество имен свойств;
D - множество имен действий;
R - множество имен отношений между элементами множеств X,C,D
(xÎX, cÎC, dÎD).
Построение модели М начинается с формирования описания предметной области. При этом предметная область разбивается на подобласти, или локальные предметные области (ЛПО). ЛПО - это подобласть профессиональной деятельности отдельного эксперта (группы экспертов). Предметная область, относящаяся к деятельности всех экспертов, называется глобальной предметной областью (ГПО).
Выделение ЛПО осуществляется таким образом, чтобы все локальные области дополняли друг друга, с целью получения знаний для решения задач стоящих перед ЭС. Исходя из этого, процесс построения модели ЭС условно делится на два этапа:
а) формирование модели ЛПО на основе описаний полученных от предметного эксперта;
б) формирование на основе нескольких ЛПО модели М в целом, т.е. модели ГПО.
Процесс построения модели ГПО является сложным и трудоемким процессом, который реализуется совместными усилиями экспертов, инженеров по знаниям, программистов и предполагаемых пользователей соответствующей предметной области.
Концептуальный уровень поддерживает работу ИИС по выполнению возложенных на БЗ функций. Условно выделяются четыре типа знаний на концептуальном уровне: лингвистические знания; знания о пользователе; знания об отношении к предметной области; прагматические знания.
Лингвистические знания обеспечивают анализ и синтез ЕЯ выражений, а также их семантическую интерпретацию. Знания о пользователе содержат сведения о целях и задачах пользователя в процессе общения с ИИС. Знания об отношениях в предметной области содержат описание отношений между объектами и понятиями предметной области, а также правила обработки этих описаний. Прагматические знания обеспечивают необходимую направленность процесса общения или планирования этого процесса на основе использования знаний всех уровней ИИС.
Наличие развитой системы правил логического вывода новых знаний на основе уже имеющихся позволяет решать сложные задачи смысловой обработки информации.
Предметный уровень БЗ содержит описание объектов предметной области, которые непосредственно отображают объекты реального мира. Предметный уровень содержит только информационные (предметные) наполнения этих отношений.
Все отношения между описаниями объектами и между самими объектами отображены на концептуальном уровне.
Таким образом, БЗ ИИС можно выполнить в виде двухуровневой системы с единым способом представления декларативных знаний, что обеспечивает реализацию всех форм выражения информационных потребностей пользователя на основе единой модели представления информации внутри ИИС и на ее входе.
Наиболее разработанным видом интеллектуальных ИС являются ЭС.
Заключение
В данной лекции рассмотрены основные понятия информационных технологий, основанных на искусственном интеллекте. Основное направление развития и применения систем искусственного интеллекта – экспертные системы. Приведены основные модели и состав экспертной системы, а также концепция построения баз знаний присутствующая в любой ЭС. Понятие информационные интеллектуальные системы (ИИС) представляются как одно из направлений информатики, цель которого разработка аппаратно-программных средств, позволяющих пользователю-непрограммисту ставить и решать свои задачи, традиционно считающиеся интеллектуальными, общаясь к ЭВМ с помощью интерфейса, использующего естественный язык.
Интеллектуальные системы активно внедряются в деятельность сотрудников ОВД и входят в состав различных АИС, в том числе в системы поддержки принятия решений.
Контрольные вопросы
1. Интеллектуальные ИС: понятие, цель создания.
2. Экспертные системы: понятие, цели создания.
3. Последовательность создания базы знаний.
4. Типы данных и типы объектов в базе знаний.
5. Обучающие системы.
6. Адаптивные системы.
7. Системы с интеллектуальным интерфейсом.
8. Системы поддержки принятия решений.
Литература
Основная
1. Симонович С.В. Информатика. Базовый курс. – СПб., Питер, 2011.
2. Степанов А.Н. Информатика. Базовый курс для студентов гуманитарных специальностей высших учебных заведений. – СПб., Питер, 2011.
Дополнительная
- Бройдо В.Л., Ильина О.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. Учебник для вузов. – СПб., Питер, 2011.
- Смелянский Р.Л. Компьютерные сети: В 2 т. Т. 1. Системы передачи данных. Учебник. – М., Академия, 2011.
- Смелянский Р.Л. Компьютерные сети: В 2 т. Т.2. Сети ЭВМ. Учебник. – М., Академия, 2011.