Класификация эс и инструментальные средства их создания

В основу классификации ЭС положены тип проблемной области, масштаб и степень интегрированности.

Тип проблемной области определяется характеристиками предметной области и решаемых в ней задач. Характеристиками предметной области служат:

• тип предметной области (статический, динамический, квазидинамический);

• способ описания сущностей предметной области;

• способ организации сущностей в БЗ.

Задачи, решаемые с помощью ЭС, делят на планирование, прогнозирование, диагностику, проектирование, интерпретация данных, мониторинг и обучение.

Планирующие ЭС предназначены для выработки программы действий для достижения конкретных целей.

Прогнозирующие системы применяются для разработки сценарий будущего, т.е. вывода последствий каких-либо событий.

Диагностирующие ЭС позволяют находить отклонения от нормального функционирования исследуемой системы или отдельного ее элемента. Основой для анализа служат наборы данных, характеризующих поведение системы в нормальном и существующем состояниях.

Проектирущие ЭС предназначены для подготовки спецификаций для создания заданного объекта. Под спецификацией понимается весь необходимый для разработки объекта набор документов.

Интерпретирующие ЭС используются для определения смысла данных. Например, по результатам анализа отдельных фрагментов объекта система может выявить его основные характеристики.

Основной задачей мониторинга является непрерывная интерпретация данных в реальном масштабе времени с целью выявления выхода тех или иных параметров за пределы нормы.

Обучающие ЭС должны предоставлять возможность пользователю выявлять ошибки при освоении изучаемой дисциплины, давать анализ этим ошибкам. Кроме того, они должны уметь формировать гипотезы о знаниях и поведении, определять соответствующие обучающие методы и способы действий.

При классификации ЭС по масштабу имеют в виду тип используемой ЭВМ: малые, средние, большие и символьные.

Классификацию ЭС по степени интеграции с другими программными средствами проводят по следующим критериям:

• возможностям взаимодействия приложения с другими программами;

• возможностям исполнять приложение на разных аппаратных платформах.

Современные ЭС могут, как правило, взаимодействовать с другими программными системами, используемыми пользователями.

Опыт разработки СБЗ показал, что наряду с классификацией ЭС целесообразно иметь классификацию инструментальных средств их построения. Если первая ориентирована в основном на конечного пользователя, то вторая – на разработчиков ЭС.

Существует множество различных инструментальных средств, предназначенных для ускорения процесса создания СБЗ.

В качестве признаков классификации используются

• языки программирования;

• парадигмы программирования;

• общие характеристики используемых знаний

• способ представления знаний;

• механизм вывода и моделирования;

• средства приобретения знаний.

По уровню используемого языка программирования современные инструментальные средства можно классифицировать следующим образом.

На нижнем уровне находятся традиционные языки, такие как Фортран, Кобол, Паскаль, Си и др. Языки подобного типа не имеют никаких специальных функциональных средств поддержки разработки именно СБЗ.

Следующий уровень содержит символьные языки программирования. К ним относятся Лисп, Пролог и их разновидности. Хотя Лисп давно нашел применение для разработки систем искусственного интеллекта, в нем также отсутствуют специальные средства представления знаний, управления выводом и т. п. С этой точки зрения его следует отнести к нижнему уровню.

Логлисп, Пролог, Плэнер и др. имеют средства представления знаний (логика, фреймы, продукционные правила) и встроенный механизм вывода. Правда, для их использования требуется привлечения и инженеров по знаниям, и программистов.

К верхнему уровню относятся средства, позволяющие практически полностью обойтись без программирования при создании прикладной ЭС. Они включают в себя реализацию некоторого языка представления знаний и средства интерфейса. Средства подобного типа называют оболочками ЭС. При этом различают оболочки общего назначения и проблемно/предметно-ориентированные оболочки.

Оболочки общего назначения содержат в себе все программные компоненты. Однако в них отсутствуют знания о предметных средах.

Проблемно-ориентированные средства предназначены для решения определенного класса задач и имеют в своем составе соответствующие для этого модули.

Предметно-ориентированные средства содержат знания некоторого типа предметных областей.

Парадигмы программирования.

Инструментальные средства создания СБЗ различаются используемыми методологиями программирования. При построении ЭС применяются следующие методологии процедурное программирование, программирование, ориентирование на данные или на правила и объектно-ориентированное программирование

Как известно, процедурное программирование характерно вполне определенным порядком выполнения процедур. При программировании, ориентированном на данные, последовательность вызова процедур зависит от структуры данных и их значений. Таким образом, в первом случае активную роль играют процедуры, во втором – данные.

При программировании, ориентированном на правила, последовательность действий устанавливается правилами вида: условие – действие.

Применение объектно-ориентированного метода позволяет определять порядок выполнения процедур путем обмена сообщениями между объектами, поскольку в отличие от процедурного стиля программирования в этом случае нет различия между процедурами и данными.

Характеристики знаний.

Базовые знания ЭС могут быть поверхностными, глубокими или теми и другими. В тех случаях, когда по каким-либо причинам нет возможности получить или использовать глубокие знания о проблемной области, пользуются только их фрагментами. При этом последние часто носят эвристический характер. Если же имеются достаточно подробные сведения о проблемной области, то обычно строят модель последней. Модель состоит из описания объектов области и связей между ними. Инструментальное средство должно поддерживать моделирование систем.

Способ представления знаний.

Когда говорят о способе представления знаний в СБЗ, то имеют в виду применяемую модель представления знаний. Основными используемыми в ЭС моделями являются продукции (правила), фреймы, семантические сети, логические и объектно-ориентированные модели. В современных ЭС широкое применение нашло также смешанное представление знаний, при котором могут использоваться одновременно несколько различных моделей.

Механизмы вывода и моделирования.

ЭС и инструментальные средства их построения различаются способами получения решений искомых задач и имеющимися в них системами моделирования предметной области.

Механизмы вывода могут иметь различные структуры процесса вывода и использовать разные способы поиска решения. Кроме того, процесс выработки дерева вывода и предположений также может быть различным.

Процесс поиска решения может включать в себя:

- построение дерева вывода из обучающей выборки в режиме приобретения знаний;

- построение дерева вывода из специфических знаний о предметной области в режиме приобретения знаний;

- построение сети вывода в режиме решения задачи;

- выработку правдоподобных предположений, обоснование или опровержение предположений и построение альтернативных сетей вывода.

Основными характеристиками способов поиска искомых решений служат направленность поиска и порядок перебора вершин в дереве вывода.

Поиск может совершаться в направлении от данных к цели, от цели к данным или по обоим направлениям.

Перебор вершин в сети вывода осуществляется или поиском в ширину, или поиском в глубину. В первом случае вершины построенной сети вывода раскрываются в том же порядке, в каком они порождаются. Во втором случае сначала раскрывается наиболее подходящая вершина, связанная с только то раскрытой. Она принимается в качестве текущей и процесс перебора вершин может быть продолжен или закончен.

Построение сети вывода может происходить или в режиме приобретения знаний, или в режиме решения задачи. Качество получаемых решений, естественно, зависит от полноты построенной сети.

ЭС могут содержать системы моделирования проблемной области. Системы моделирования общего назначения часто входят в состав инструментальных средств. Специализированные системы являются внешними по отношению к последним.

Средства приобретения знаний

В качестве характеристик инструментальных средств построения СБЗ могут выступать применяемые средства приобретения знаний. Последние разделяют по типу приобретаемых знаний и данных, а также типу используемого языка.

Приобретаемые знания могут быть или в виде общих правил, или в виде частных (специализированных) правил, или в том и другом виде. Применяется также и табличное представление знаний.

Пополнение данных может происходить в виде объектов и их структурированных классов, значений атрибутов объектов и в виде таблиц.

В средствах приобретения знаний применяются следующие языки:

• естественные языки (полный или ограниченный);

• пиктограммы и изображения;

• формализованный язык.

Лекция 3