Про банки знаний (БнЗ) можно сказать, что это новый тип информационных систем, который в настоящее время нашел широкое применение в различных областях народного хозяйства – медицине, геологии, математике, вычислительной технике, управлении, сельском хозяйстве и т.д. Наибольшее применение на практике находит такая разновидность БнЗ, как экспертные системы (ЭС).
Экспертные системы создаются для решения разного рода практических проблем. Рассмотрим некоторые из них.
Интерпретация показаний датчиков. По информации, поступающей от датчиков, ЭС определяет ситуацию или состояние протекающего процесса в ПО. Интерпретирующие системы имеют дело не с формальными символьными описаниями проблемной ситуации, а с реальными данными. Им необходимы специальные методы регистрации и идентификации сигналов или образов и методы их символьного представления.
Диагностика. В данном случае ЭС, используя описание ситуаций, определяет причины неправильного функционирования диагностируемой системы.
Прогноз. При прогнозировании ЭС определяет вероятные последствия заданных ситуаций.
Управление. Здесь ЭС осуществляет адаптивное руководство поведением системы в целом.
Проектирование. В этом случае круг задач, решаемых ЭС, очень широкий. Это и разработка структурной схемы и конфигурации проектируемого объекта с учетом предъявляемых ограничений, и разработка отдельных узлов объекта, и выполнение моделирования заложенных в проект идей и т.п.
Обучение. Обучающие ЭС диагностируют и указывают обучающемуся на его ошибки. Система строит план исправления указанных ошибок и предлагает его обучающемуся.
Этот перечень можно продолжить и дальше, но изложенного уже достаточно, чтобы показать характер задач, решаемых ЭС.
Основные характеристики экспертных систем
1. Компетентность ЭС должна достигать в своей ПО того же уровня профессионализма, что и эксперты-люди. При поиске решений, интересующих пользователей, она должна применять имеющиеся в базе знания быстро и эффективно, используя приемы, которыми обычно пользуются эксперты-люди.
2. Символьные рассуждения. Поскольку знания представлены в базе в символьном виде (в виде наборов символов, соответствующих понятиям описываемой предметной области), ЭС должна манипулировать этими символами. Поэтому представление знаний – выбор, форма и интерпретация используемых символов – очень важный вопрос. ЭС должна быть способна сформулированную неким произвольным образом задачу преобразовать к такому виду, который соответствует более быстрому получению решения.
3. Способность анализировать и объяснять пользователю свои действия и знания.
4. Способность приобретать от эксперта или пользователя новые знания и менять в соответствии с ними свое поведение.
5. Обеспечение дружественных по отношению к пользователю интерфейсов (обычно это естественно-языковый интерфейс).
Типичная архитектура прикладной ЭС включает следующие основные компоненты: блок дружественного интерфейса, решатель, БЗ и блок пополнения знаний. Это процедурно-декларативные элементы, которые обеспечиваются совокупностью модулей – трансляторов, интерпретаторов, модулей управления и т.п. Решатель, используя знания системы, находящиеся в БЗ, оперирует фактами БД для решения задачи пользователя. Однако основным элементом, необходимым для решения задачи, являются номенклатура и состав знаний, имеющихся в системе, а не механизмы встроенных в решатель способов манипулирования знаниями.
Блок пополнения знаний автоматизирует и облегчает ввод знаний в систему экспертом, выполняющим ее обучение процессу решения прикладных задач.
Успех использования ЭС во многих случаях определяется блоком дружественного интерфейса, от него зачастую зависит популярность ЭС у пользователей. В этом блоке принято выделять следующие составляющие:
диалоговый лингвистический (языковой) процессор;
блок обучения пользователя;
блок помощи (справочная информация о системе);
блок опроса и объявлений.
Контрольные вопросы
1. Сформулируйте требования, предъявляемые к БД.
2. Укажите последовательность действий СУБД при обработке запросов.
3. Перечислите функции АБД.
4. Что подразумевается под независимостью данных?
5. Назовите отличительные особенности ЭС?
6. Укажите области применения ЭС и дайте характеристику задач, для решения которых целесообразно применять ЭС.
МОДЕЛИ ДАННЫХ
Развитие теории и практики проектирования и эксплуатации БД сопровождается интенсивным развитием МД. В этой главе рассматриваются МД, объектом исследования которых выступают сами данные, их структурная композиция, правила построения, операции, которые можно выполнять над этими данными; обсуждаются три подхода к представлению БД: иерархический, сетевой и реляционный.