При проектировании больших программных продуктов для уменьшения сложности проектирования используется прием разбиения цикла проектирования на несколько этапов (анализ, спецификация, макетирование, сопровождение). Для сокращения сроков создаются инструментальные средства для автоматизации процесса проектирования баз знаний.
Технология разработки БЗ ориентирована, прежде всего, на экспертов. Она содержит дружественный интерфейс, поддерживающий диалог с экспертами на их профессиональном языке с использованием меню.
Конструкции БЗ создают и просматривают с помощью средств языка инженера по знаниям.
Одним из наиболее широко распространенных способов экспертизы являются высказывания (сообщения) эксперта об объектах и событиях предметной области:
(имя объекта 1) (имя отношения) (имя объекта 2).
Можно выделить ряд форм сообщений, которые дают представление о структурах, подлежащих представлению и обработке в базе знаний:
Ф1 – а характерно для b;
Ф2 – а наблюдается при b;
Ф3 – а отмечается при b;
Ф4 – а есть проявление b;
Ф5 – а есть признак b;
Ф6– а сопровождает b;
Ф7 – а нередко сопровождается b;
Ф8 – при а нередко присутствует b;
Ф9– а может наблюдаться при b;
Ф10 – а обычно сопровождается b;
Ф11 – при а, как правило, b;
Ф12– при а, обычно, b;
Ф13 – а иногда сопровождается b;
Ф14 – а часто сопровождается b;
Ф15 – а исключает b;
Ф16 – а приводит к b;
Ф17 – при а возникает b;
Ф18 – а может привести к b;
Ф19 – а может развиваться в b;
Ф20 – с а начинается b;
Ф21 – b развивается при а;
Ф22 – b может развиваться при а;
Ф23 – b может начаться с а.
Этот список не окончательный и может дополняться.
Смысл высказываний уточняется построением конъюнкций форм. Каждая форма может иметь различный смысл, поэтому для уточнения смысла рассматривается прямое высказывание с обратным, т.е. если для некоторых значений а и b справедливо высказывание формы Ф i, то необходимо попытаться установить, какое из высказываний форм Ф1–Ф23 справедливо при замене а на b и b на а. Так выполняется построение конъюнкций форм Ф1...Ф23. Такие конъюнкции форм названы типами сообщений. Возможны следующие типы сообщений:
T1 – а есть проявление b,и b может сопровождать а;
Т2 – а есть проявление b,и b сопровождается а;
Т3 – а может увеличивать возможность b,и b увеличивает возможность а;
Т4 – а может сопровождаться b,и b может быть проявлением а;
Т5 – а сопровождается b,и b может быть проявлением а;
Т6 – а есть проявление b,и b есть проявление а;
Т7 – а может увеличивать возможность b,и b может увеличивать возможность а,
Т8 – а может протекать с b, и b может протекать с а;
Т9 – а увеличивает возможность b,и b увеличивает возможность а;
Т10 – а сопровождается b, и b может сопровождаться а;
Т11 – а сопровождается b,и b сопровождается а;
Т12 – а приводит к b,и b исключает а;
Т13 – а приводит к b;
Т14 – а может привести к b;
Т15 – а увеличивает возможность развития b;
Т16 – а может увеличить возможность развития b;
Т17 – а исключает возможность развития b.
С каждым типом сообщения связывается бинарное отношение на множестве объектов – формальная конструкция базы знаний – R i (i = 1, 17). С помощью этих отношений можно строить семантические сети.
Процесс выявления знаний связан с целым рядом трудностей. Прежде всего, это связано с существованием «когнитивной защиты», понятие которой основано на теории личностных конструкторов, выдвинутой Келли (G.A. Kelly). Чем выше когнитивная сложность субъекта (т.е. чем шире его набор личностных конструкторов), тем многообразнее и дифференцированнее является его видение окружающего мира. Преодоление когнитивной защиты связано с выявлением личностных конструкторов эксперта. Следующая трудность заключается в том, что многие эксперты «теряются» при попытке описать свои знания, которыми они пользуются в своей профессиональной деятельности. Это – проблема вербализации знаний. Существует еще ряд трудностей, осложняющих процесс передачи экспертом своих знаний.
Приобретение знаний выполняется в процессе прямого диалога системы с экспертом, причем диалог управляется накапливаемыми знаниями. Для выявления структурных знаний о ПО можно использовать стратегии «разбиения на ступени» и «репертуарных решеток».
Стратегия «разбиения на ступени» выявляет структурные и классификационные свойства понятий (объектов, событий) ПО и реализуется одним из двух сценариев диалога, который выбирается экспертом:
1) сценарии «имя – свойство»;
2) сценарий «множество имен – свойство».
Схема сценария «имя – свойство» следующая:
1) вопрос об имени объекта (события);
2) вопрос об имени свойства;
3) вопрос о существовании множества значений для данного свойства (ответ, типа «да – нет»);
4) вопрос о типе множества значений по данному свойству (дискретное или непрерывное);
5) вопрос о единице измерения по данному свойству;
6) вопрос о множестве значений по данному свойству;
7) вопрос о характерном подмножестве значений по данному свойству для описываемого события.
Если ответ на вопрос 3 отрицательный (нет), то имя свойства воспринимается как имя события, и если событие с таким именем в БЗ отсутствует, то оно рассматривается как новое, и для него выполняется опрос по вопросам 2–7.
После получения ответов на вопросы 2–7 создаются глобальный объект «имя свойства» и область его значений. Совокупность таких объектов образует базис свойств ПО.
После получения ответа на вопрос 7 один из элементов базиса свойств связывается с описываемым событием.
Схема сценария «множество имен – свойство» заключается в многократном повторении вопроса 1, а затем в получении ответов на вопросы 2–7 для каждого имени события.
Стратегия репертуарных решеток предназначена для преодоления когнитивной защиты эксперта. Эксперту предъявляются триады взаимосвязанных событий с предложением назвать свойство, отличающее одно событие от других. Свойства, различающие события, – это именно те свойства, которые влияют на формирование решения. Описанная процедура используется для пополнения и дальнейшего формирования базиса свойств ПО.
Система выполняет моделирование рассуждений. Для этого производится генерация гипотез и затем их тестирование для выявления неподтвержденных признаков.
Контрольные вопросы
1. Охарактеризуйте категории разработчиков ЭС.
2. Перечислите основные технологические этапы разработки ЭС?
3. Охарактеризуйте основные методы проектирования БЗ.
4. В чем заключаются особенности процесса отладки и тестирования ЭС?
5. Какие стадии в своем развитии проходит ЭС к моменту получения промышленного образца?