4. Интеллектуализированные и экспертные системы.

 

Интеллектуальная система – это информаци­онно-вычислительная система с интеллектуальной поддержкой при решении задач без участия оператора.

Интеллектуализированная система – это информаци­онно-вычислительная система с интеллектуальной поддержкой при решении задач с участием оператора – лица, принимающего реше­ние.

Под интеллектуализированной системой будем понимать систему, способную принимать решение в условиях:

а) необходимости обрабатывать и анализировать большой мас­сив информационной базы данных;

б) ограниченной информации;

в) неопределенности;

г) многомерного пространства;

д)   необходимости  распознавать ситуацию  (образы,  сцены  и т.д.);

е) различных стадий жизненного цикла объектов (процес­сов) — проектирования, производства, эксплуатации;

ж) динамических, эволюционизирующих, нестационарных фак­тов, влияющих на решение задачи;

з) формализации и представления знаний;

и) адаптации, самообучения, самоорганизации и т.д.

Таким образом, если информаци­онно-вычислительная система имеет необходимую математическую, алгоритмическую, программную и инструментальную поддержку в принятии решения в перечисленных условиях, то будем считать, что она имеет интеллектуальную поддержку при решении широко­го класса разнообразных задач.

К интеллектуализированным системам общего назначения отне­сены те, которые не только исполняют заданные процедуры; но на основе метапроцедур поиска генерируют и исполняют процедуры решения новых конкретных задач.

К специализированным интеллектуализированным системам отнесены те, которые выполняют решение фиксированного набора задач, предопределенного при проектировании системы. Для использования таких систем требует­ся наполнить их данными, соответствующими выбранному прило­жению (прикладным задачам, предметной области).

Интеллектуальные системы, основанные на знаниях – одно из направлений развития искусственного интеллекта. До недавнего времени это направление считалось основным и наиболее плодотворным в развитии искусственного интеллекта. Оно связано с разработкой моделей представления знаний, со­зданием баз знаний, образующих ядро экспертных систем.

Интеллектуальные роботы – одно из направлений развития искусственного интеллекта. Роботы — это технические устрой­ства, предназначенные для автоматизации человеческого труда. Само слово «робот» появилось в 20-х гг. XX в. Его автор – чешский писатель Карел Чапек.

В настоящее время в промышленности применяется огромное количество роботов-манипуляторов, работающих по жесткой схе­ме управления. В отличие от них интеллектуальные роботы облада­ют способностью самообучаться и самоорганизовываться, адап­тироваться к изменяющейся окружающей обстановке.

Экспе́ртная систе́ма (ЭС, expert system) — компьютерная программа, способная заменить специалиста-эксперта в разрешении проблемной ситуации. ЭС начали разрабатываться исследователями искусственного интеллекта в 1970-х годах, а в 1980-х получили коммерческое подкрепление.

 

В информатике экспертные системы рассматриваются совместно с базами знаний как модели поведения экспертов в определенной области знаний с использованием процедур логического вывода и принятия решений, а базы знаний — как совокупность фактов и правил логического вывода в выбранной предметной области деятельности.

 

Похожие действия выполняет программа-мастер (wizard). Мастера применяются как в системных программах так и в прикладных для интерактивного общения с пользователем (например, при установке ПО). Главное отличие мастеров от ЭС — отсутствие базы знаний; все действия жестко запрограммированы. Это просто набор форм для заполнения пользователем.

 

Другие подобные программы — поисковые или справочные (энциклопедические) системы. По запросу пользователя они предоставляют наиболее подходящие (релевантные) разделы базы статей. Например, для Википедии аналогами статических визардов являются категории, списки, шаблоны, порталы.

 

Структура ЭСис:

-         Интерфейс пользователя

-         Пользователь

-         Интеллектуальный редактор базы знаний

-         Эксперт

-         Инженер по знаниям

-         Рабочая (оперативная) память

-         База знаний

-         Решатель (механизм вывода)

-         Подсистема объяснений

 

База знаний состоит из правил анализа информации от пользователя по конкретной проблеме. ЭС анализирует ситуацию и, в зависимости от направленности ЭС, дает рекомендации по разрешению проблемы.

 

Как правило, база знаний ЭС содержит факты (статические сведения о предметной области) и правила - набор инструкций, применяя которые к известным фактам можно получать новые факты.

 

В рамках логической модели баз данных и базы знаний, записываются на языке Пролог с помощью языка предикатов для описания фактов и правил логического вывода, выражающих правила определения понятий, для описания обобщенных и конкретных сведений, а также конкретных и обобщенных запросов к базам данных и базам знаний.

 

Конкретные и обобщенные запросы к базам знаний на языке Пролог записываются с помощью языка предикатов, выражающих правила логического вывода и определения понятий над процедурами логического вывода, имеющихся в базе знаний, выражающих обобщенные и конкретные сведения и знания в выбранной предметной области деятельности и сфере знаний.

 

Обычно факты в базе знаний описывают те явления, которые являются постоянными для данной предметной области. Характеристики, значения которых зависят от условий конкретной задачи, ЭС получает от пользователя в процессе работы, и сохраняет их в рабочей памяти. Например, в медицинской ЭС факт «У здорового человека 2 ноги» хранится в базе знаний, а факт «У пациента одна нога» — в рабочей памяти.

 

База знаний ЭС создается при помощи трех групп людей:

-         эксперты той проблемной области, к которой относятся задачи, решаемые ЭС;

-         инженеры по знаниям, являющиеся специалистами по разработке ИИС;

-         программисты, осуществляющие реализацию ЭС.

                                                                              

Режимы функционирования:

 

ЭС может функционировать в 2-х режимах.

-         Режим ввода знаний — в этом режиме эксперт с помощью инженера по знаниям посредством редактора базы знаний вводит известные ему сведения о предметной области в базу знаний ЭС.

-         Режим консультации — пользователь ведет диалог с ЭС, сообщая ей сведения о текущей задаче и получая рекомендации ЭС. Например, на основе сведений о физическом состоянии больного ЭС ставит диагноз в виде перечня заболеваний, наиболее вероятных при данных симптомах.

 

Классификация ЭС:

-         Классификация ЭС по решаемой задаче

-    Интерпретация данных

-    Диагностирование

-    Мониторинг

-    Проектирование

-    Прогнозирование

-    Сводное Планирование

-    Обучение

-    Управление

-    Ремонт

-    Отладка

 

-         Классификация ЭС по связи с реальным временем

-    Статические ЭС

-    Квазидинамические ЭС

-    Динамические ЭС

Этапы разработки ЭС:

-         Этап идентификации проблем — определяются задачи, которые подлежат решению, выявляются цели разработки, определяются эксперты и типы пользователей.

-         Этап извлечения знаний — проводится содержательный анализ проблемной области, выявляются используемые понятия и их взаимосвязи, определяются методы решения задач.

-         Этап структурирования знаний — выбираются ИС и определяются способы представления всех видов знаний, формализуются основные понятия, определяются способы интерпретации знаний, моделируется работа системы, оценивается адекватность целям системы зафиксированных понятий, методов решений, средств представления и манипулирования знаниями.

-         Этап формализации — осуществляется наполнение экспертом базы знаний. В связи с тем, что основой ЭС являются знания, данный этап является наиболее важным и наиболее трудоемким этапом разработки ЭС. Процесс приобретения знаний разделяют на извлечение знаний из эксперта, организацию знаний, обеспечивающую эффективную работу системы, и представление знаний в виде, понятном ЭС. Процесс приобретения знаний осуществляется инженером по знаниям на основе анализа деятельности эксперта по решению реальных задач.

-         Реализация ЭС — создается один или нескольких прототипов ЭС, решающие требуемые задачи.

-         Этап тестирования — производится оценка выбранного способа представления знаний в ЭС в целом.