Інформаційні системи і технології на підприємствах - Плескач В.Л. - 8.2. Організаційні основи експертних систем

Видом інтелектуальних 1С можуть бути експертні системи (БС), що орієнтуються на здобуття, обробку і використання додаткової інформації - знань. Це інтелектуальні програми, здатні здійснювати логічні виведення на підставі знань у конкретній ПрО та забезпечувати рішення специфічних задач на професійному рівні. Технології штучного інтелекту (ШІ) сприяли створенню саме таких систем. Необхідність їх створення була викликана недостатньою кількістю фахівців-експертів, які могли б у будь-який час кваліфіковано відповідати на питання своєї ПрО.

Розробка ЕС розпочалася у 60-х роках минулого століття. Основою ЕС є база знань ПрО.

Дослідники у галузі ЕС часто використовують також термін "інженерія знань", уведений Е. Фейгенбаумом як "залучення принципів та інструментарію досліджень зі штучного інтелекту для вирішення прикладних проблем, що вимагають знань експертів".

Експертна система - це складна ІС, що оперує знаннями певної ПрО з метою надання рекомендацій або вирішення проблеми.

o інтерв'ювання - відповіді прямо отримують у процесі опитування, з можливістю з'ясування усіх деталей;

o мозковий штурм - генеруються всі ідеї, відсіваються непотрібні, потім відбувається обговорення саме тих, що залишилися;

o метод Delphi - його мета: при вирішенні складних проблем необхідно видалити суб'єктивні чинники;

o метод дерева цілей - дає можливість у графічному вигляді зобразити ієрархію вирішення проблеми;

o метод аналізу ієрархій - складні завдання декомпозу-ються за рівнями тощо.

Інтерфейс користувача - програми, що підтримують діалог користувача з експертною системою як на стадії введення інформації, так і при отриманні результатів.

Приклади. EC DENDRAL розроблена у Стенфордському університеті у 1960-х роках для визначення топологічних структур органічних молекул. Система виводить молекулярну структуру хімічних речовин за даними мас-спектрометрії і ядерного магнітного резонансу.

ЕС PROSPECTOR також розроблена у Стенфордському університеті протягом 1974-1983 pp. і призначена для оцінки геологами потенційної рудоносності району та реалізована на INTERLISP. Програма порівнює спостереження геологів з моделями різного роду покладів руди. Вона залучає геолога до діалогу для здобуття додаткової інформації.

Серед сучасних комерційних систем слід вирізнити експертну систему - оболонку G2 американської фірми Gensym (USA) як експертну комерційну систему для роботи з динамічними об'єктами.

OMEGAMON - це експертна мультиагентна динамічна система, що фукціонує в режимі реального часу і здійснює моніторинг позаштатних ситуацій для об'єктів корпоративної інформаційної системи,

ЕС складається з таких компонентів (рис. 8.1):

o БЗ - це ядро експертної системи, є сукупністю знань ПрО у формі зрозумілої експертові і користувачеві мови, призначеної для зберігання експертних знань ПрО, які використовуються при рішенні задач ЕС;

o БД, призначеної для зберігання фактів або гіпотез, які є проміжними рішеннями або результатом спілкування системи із зовнішнім середовищем;

Рис. 8.1. Архітектура експертної системи

o машини логічного виведення - механізму, що моделює хід міркувань експерта, оперуючи знаннями та даними з метою отримання нових даних зі знань та інших даних, що містяться в робочій пам'яті;

o інтерфейсу користувача, призначеного для ведення діалогу з користувачами для отримання фактів, необхідних для процесу міркування;

o підсистеми пояснень, що дає користувачеві можливість розуміти процес отримання результату;

o підсистеми здобуття знань, призначеної для коригування і поповнення БЗ. У простому випадку це інтелектуальний редактор БЗ, який надає ІЗ можливість створення БД у діалоговому режимі. У складніших БС - засоби здобуття знань з БД, що містить неструктурований текст, графічну інформацію тощо.

База знань ЕС - це сукупність відомостей ПрО, для якої розробляється БС. Для функціонування ЕС її БЗ має бути наповнена знаннями. З цією метою запрошують експертів -- висококваліфікованих спеціалістів у тій галузі, для якої розробляється ЕС. їх завдання - формально описати усі свої знання, потрібні для функціонування ЕС.

У БЗ містяться знання двох типів:

o загальновідомі факти, явища, закономірності цієї ПрО;

o набір емпіричних правил, відповідно до яких спеціалісти приймають рішення за умов невизначеності, неповноти та суперечливості інформації.

ЕС створюють на основі глибоких спеціальних знань про певну ПрО, отримувану від експертів. Система, що базується на знаннях (СБЗ), - це система, процес роботи якої пов'язаний з використанням символічного подання знань та правил їх обробки, а не чітких алгоритмів. ЕС належать до класу СБЗ, але, крім того, мають давати конкретний результат за певний час та з потрібною достовірністю.

ЕС акумулює знання експертів для надання можливості використовувати їх менш кваліфікованим користувачам. Вона на основі обробки цих знань може давати інтелектуальні поради, приймати рішення на рівні експерта-професіонала, а також пояснювати процес знаходження того чи іншого рішення.

ЕС властиві: спеціалізація у певній ПрО; використання БЗ; уміння пояснювати свої дії під час розв'язування задачі та доводити їх обґрунтованість; здатність імітувати діяльність експерта; використання для розв'язування задач евристик - методів, що спираються на досвід та знання експерта.

Перевагою ЕС є можливість накопичення, оновлення знань і зберігання їх упродовж тривалого часу. ЕС забезпечують незалежність оцінки від думки експертів і дають змогу підвищувати кваліфікацію фахівців компанії, використовуючи перевірені рішення.

Критерії доцільності застосування ЕС:

o знання мають бути надійними і мало змінюватися з часом;

o завдання мають бути вузькоспеціалізованими, а простір можливих рішень - відносно невеликим;

o задачі не повинні значною мірою залежати від усталених знань;

o у процесі рішення задачі мають використовуватися формальні міркування.

БС мають значне практичне застосування, широко використовуються у науці (класифікація тварин і рослин за видами), медицині (постановка діагнозу, аналіз електрокардіограм, визначення методів лікування), техніці (пошук несправностей у пристроях, спостереження за польотом космічних кораблів і супутників), соціології, криміналістиці, лінгвістиці тощо. Проте складність та висока вартість БС, а головне, вузька спеціалізація стримують їх впровадження.

У процесі розроблення такої БЗ можна виокремити три основні фази: попередню, початкову і накопичувальну.

На попередній фазі ІЗ отримує від експерта або з інших джерел загальні відомості про ПрО (основні поняття, відношення, структуру даних) і формує загальне уявлення про принципи побудови БС, а потім обирає інструментарій для створення БС (приміром, порожню БС або мову подання знань) та середовища розроблення.

На початковій фазі ІЗ заповнює систему знаннями, що визначають організацію, структуру і спосіб подання БЗ.

Накопичувальна фаза характеризується набуттям основних знань про ПрО та передбачає виявлення неповноти, некоректності або суперечливості знань ЕС та здобуття знань, що усувають ці проблеми, а також надання цим знанням вигляду, зрозумілого БС.

Набуття знань передбачає спільну роботу ІЗ з експертами, які часто обґрунтовують свої висновки загальними концепціями, не виявляючи деталей, посилаються на інтуїцію та досвід, який базується на великій кількості взаємозалежних фактів, закономірностей і навичок. Вирішити задачу створення БЗ ПрО можна за допомогою засобів автоматизованого здобуття знань.

Вимоги до ЕС:

o компетентність: у конкретній ПрО ЕС потрібно досягати того рівня, який мають спеціалісти - люди;

o ЕС має користуватися тими ж евристичними прийомами, так само глибоко і широко відображати символьні міркування;

o глибина: експертиза має вирішувати серйозні, нетривіальні задачі, що відрізняються складністю знань, використовуваних ЕС, або великим обсягом інформації;

o самосвідомість: ЕС має містити механізм пояснення того, яким чином вона приходить до розв'язання задачі.

Залежно від вирішуваних задач є такі ЕС: інтерпретації даних, діагностики, проектування, прогнозування, планування, управління, навчання.