Интерфейсы экспертных систем

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Курсовая работа

по дисциплине «ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ»

на тему: «Интерфейсы экспертных систем»

2008 г.

Введение

Целью индивидуальной работы является рассмотрение интерфейсов экспертных систем.

На основании изученных литературных источников, была разработана следующая структура презентации:

§ Во первых рассмотрены понятие экспертной системы, требования предъявляемые к ним, области применения, важность применения ЭС, и структура ЭС (кратко описаны основные блоки, входящие в состав ЭС)

§ Во вторых рассмотрена модель гибкого интерфейса в ЭС: определение гибкого интерфейса, требования, структура (построение модели диалога для ввода данных и модель объяснения результатов ЭС)

§ В третьих была рассмотрен экспертные системы нового поколения, а именно описаны: определение, отличительные особенности в построении, основные преимущества предлагаемого подхода, а также рассмотрен интерфейс экспертной системы нового поколения

1. Экспертные системы. Требования и особенности экспертных систем

Экспертная система - это интеллектуальная программа, способная делать логические выводы на основании знаний в конкретной предметной области и обеспечивающая решение специфических задач. Для этого ее необходимо наделить функциями, позволяющими решать задачи, которые в отсутствие эксперта (специалиста в данной конкретной предметной области) невозможно правильно решить. Поэтому необходимым этапом в ее разработке является приобретение соответствующих знаний от эксперта.

К экспертным системам предъявляются следующие требования:

l Использование знаний, связанных с конкретной предметной областью;

l Приобретение знаний от эксперта;

l Определение реальной и достаточно сложной задачи;

l Наделение системы способностями эксперта.

Знания о предметной области, необходимые для работы ЭС, определенным образом формализованы и представлены в памяти ЭВМ в виде базы знаний, которая может изменяться и дополняться в процессе развития системы. Главное достоинство ЭС - возможность накапливать знания, сохранять их длительное время, обновлять и тем самым обеспечивать относительную независимость конкретной организации от наличия в ней квалифицированных специалистов. Накопление знаний позволяет повышать квалификацию специалистов, работающих на предприятии, используя наилучшие, проверенные решения. [1]

Важность экспертных систем состоит в следующем:

l технология экспертных систем существенно расширяет круг практически значимых задач, решаемых на компьютерах, решение которых приносит значительный экономический эффект;

l технология ЭС является важнейшим средством в решении глобальных проблем традиционного программирования: длительность и, следовательно, высокая стоимость разработки сложных приложений;

l высокая стоимость сопровождения сложных систем, которая часто в несколько раз превосходит стоимость их разработки; низкий уровень повторной используемости программ и т.п.;

l объединение технологии ЭС с технологией традиционного программирования добавляет новые качества к программным продуктам за счет: обеспечения динамичной модификации приложений пользователем, а не программистом; большей «прозрачности» приложения (например, знания хранятся на ограниченном ЕЯ, что не требует комментариев к знаниям, упрощает обучение и сопровождение); лучшей графики; интерфейса и взаимодействия.

По мнению ведущих специалистов, в недалекой перспективе ЭС найдут следующее применение:

l ЭС будут играть ведущую роль во всех фазах проектирования, разработки, производства, распределения, продажи, поддержки и оказания услуг;

l технология ЭС, получившая коммерческое распространение, обеспечит революционный прорыв в интеграции приложений из готовых интеллектуально-взаимодействующих модулей. [2]

Области применения экспертных систем:

а) Медицинская диагностика.

б) Прогнозирование.

в) Планирование.

г) Интерпретация.

д) Контроль и управление.

е) Диагностика неисправностей в механических и электрических устройствах.

ж) Обучение.

Большинство ЭС включают знания, по содержанию которых их можно отнести одновременно к нескольким типам. Например, обучающая система может также обладать знаниями, позволяющими выполнять диагностику и планирование. Она определяет способности обучаемого по основным направлениям курса, а затем с учетом полученных данных составляет учебный план. Управляющая система может применяться для целей контроля, диагностики, прогнозирования и планирования. Система, обеспечивающая сохранность жилища, может следить за окружающей обстановкой, распознавать происходящие события (например, открылось окно), выдавать прогноз (вор-взломщик намеревается проникнуть в дом) и составлять план действий (вызвать полицию). [3]

2. Структура экспертной системы

Структура экспертной системы представлена следующими структурными элементами:

База знаний

Она содержит факты, описывающие проблемную область, а также логическую взаимосвязь этих фактов. Центральное место в базе знаний принадлежит правилам.

Правило определяет, что следует делать в данной конкретной ситуации, и состоит из двух частей: условия, которое может выполняться или нет, и действия, которое следует произвести, если условие выполняется.

Все используемые в экспертной системе правила образуют систему правил, которая даже для сравнительно простой системы может содержать несколько тысяч правил.

Все виды знаний в зависимости от специфики предметной области и квалификации проектировщика (инженера по знаниям) с той или иной степенью адекватности могут быть представлены с помощью одной либо нескольких семантических моделей.

Интерпретатор

Это часть экспертной системы, производящая в определенном порядке обработку знаний (мышление), находящихся в базе знаний. Технология работы интерпретатора сводится к последовательному рассмотрению совокупности правил (правило за правилом). Если условие, содержащееся в правиле, соблюдается, выполняется определенное действие, и пользователю предоставляется вариант решения его проблемы.

Модуль создания системы

Он служит для создания набора (иерархии) правил. Существуют два подхода, которые могут быть положены в основу модуля создания системы: использование алгоритмических языков программирования и использование оболочек экспертных систем.

Для представления базы знаний специально разработаны языки Лисп и Пролог, хотя можно использовать и любой известный алгоритмический язык.

Оболочка экспертных систем представляет собой готовую программную среду, которая может быть приспособлена к решению определенной проблемы путем создания соответствующей базы знаний. В большинстве случаев использование оболочек позволяет создавать экспертные системы быстрее и легче в сравнении с программированием.

Интерфейс пользователя

Менеджер (специалист) использует интерфейс для ввода информации и команд в экспертную систему и получения выходной информации из нее. Команды включают в себя параметры, направляющие процесс обработки знаний. Информация обычно выдается в форме значений, присваиваемых определенным переменным.

Менеджер может использовать четыре метода ввода информации: меню, команды, естественный язык и собственный интерфейс.

Технология экспертных систем предусматривает возможность получать в качестве выходной информации не только решение, но и необходимые объяснения. Различают два вида объяснений:

l объяснения, выдаваемые по запросам. Пользователь в любой момент может потребовать от экспертной системы объяснения своих действий;

l объяснения полученного решения проблемы. После получения решения пользователь может потребовать объяснений того, как оно было получено. Система должна пояснить каждый шаг своих рассуждений, ведущих к решению задачи.

Хотя технология работы с экспертной системой не является простой, пользовательский интерфейс этих систем является дружественным и обычно не вызывает трудностей при ведении диалога.

Кроме того, во многих экспертных системах вводятся дополнительные блоки: база данных, блок расчета, блок ввода и корректировки данных. Блок расчета необходим в ситуациях, связанных с принятием управленческих решений. При этом важную роль играет база данных, где содержатся плановые, физические, расчетные, отчетные и другие постоянные или оперативные показатели. Блок ввода и корректировки данных используется для оперативного и своевременного отражения текущих изменений в базе данных. [4]

3. Модель гибкого интерфейса в экспертных системах

В данной работе под интерфейсом понимается ввод исходных данных задачи и объяснение результатов работы ЭС. Гибким будем называть интерфейс, который, обеспечивая дружественное взаимодействие с пользователем ЭС, позволяет на этапе проектирования и эксплуатации ЭС учитывать, с одной стороны, изменяющиеся потребности пользователя, а с другой, изменение знаний о предметной области.

Сформулируем требования к разработке интерфейса.

Интерфейс должен обеспечивать «удобный ввод» данных в ЭС. Под «удобным вводом» подразумевается предоставление пользователю возможности выбора варианта данных, относящихся к выполняемой задаче, простых запросов об объектах и их характеристиках, если их набор конечен, либо возможности введения необходимой информации с предоставлением синтаксической формы для этой информации. Это требование вытекает из того, что основной интерес пользователя лежит в прикладной части системы, он является непрофессионалом в области использования программных систем, не имеет необходимого опыта работы с ними.

Сочетание инициативы пользователя и ЭС в управлении диалогом по вводу данных. Большинство ЭС поддерживают машино-управляемый диалог, в котором ЭС управляет диалогом. Такой диалог имеет много ограничений. Поэтому более предпочтительно сочетание инициативы пользователя и ЭС в диалоге для ввода исходных данных. В этом случае ЭС должна предоставлять пользователю информацию о структуре и вариантах вводимых данных на основе которой пользователь может инициировать диалог, удовлетворяющий целям этого пользователя.

ЭС должна обеспечивать доступ к введенным данным и возможность их редактирования. В процессе работы с ЭС может возникнуть необходимость изменения введенных данных, либо ввода дополнительных данных; пользователь также может совершать ошибки при вводе данных, которые требуют исправления. Поэтому пользователю необходимо дать возможность просматривать введенные данные, возвращаться назад к предыдущим состояниям его диалога всякий раз, когда он сделал ошибку или хочет что-либо изменить в этих состояниях.

Обеспечение легкой модифицируемости интерфейса. При проектировании интерфейса необходимо учитывать, что не только на этапе разработки, но также и в процессе эксплуатации знания о предметной области, и, как следствие, знания об исходных данных могут изменяться. А это ведет к необходимости частой модификации интерфейса. «Легкая модифицируемость» интерфейса - понятие относящееся к так называемым «нечетким понятиям»: его невозможно точно определить или выразить количественно, но совершенно очевидно, что если модифицирование интерфейса требует внесение изменений в базу знаний или машину логического вывода, то его модифицирование представляет собой значительные трудности. Поэтому под «легкой модифицируемостью» интерфейса будем понимать модифицируемость интерфейса, не затрагивающую при этом «ядро» ЭС - базу знаний и машину логического вывода, а также внесение изменений в интерфейс, не требующих при этом модификации программ системы.

5. Объяснение в ЭС должно строиться в соответствии с потребностями пользователя. Интерфейс в ЭС должен иметь средства для построения объяснений, настраиваемых на конкретного пользователя в зависимости от его требований относительно содержания объяснения и в зависимости от этих требований формировать более или менее детальные объяснения, краткую или развернутую форму объяснения и т.д.

6. Обеспечение пользователя неинтерактивным объяснением в виде структурированного текста, в которых имеются также средства создания таблиц, отчетов и т.д. Задачей практических ЭС является получение цели: конечному пользователю необходимо получить цель и понять действия системы. Более того, при практическом использовании ЭС часто необходим протокол работы ЭС - печатный документ, отражающий результаты работы ЭС и их объяснение. При этом важно, чтобы структура и содержание такого объяснения имели вид, общепринятый в данной предметной области.

Страницы: 1, 2