Современные информационные технологии /1. Компьютерная инженерия

К.т.н., доц. Т.Б. Аждер

Московский технологический университет, Россия

Экспертные системы, создание и анализ

Создание и использование экспертных систем (ЭС) является одним из концептуальных этапов развития информационных технологий. В основе интеллектуального решения проблем в некоторой предметной области лежит принцип воспроизведения знаний опытных специалистов — экспертов.

Алгоритм создания реальной ЭС состоит из следующих этапов:

I. Выбор проблемы. На этом этапе определяется предметная область, для которой будет строиться ЭС. Должны быть известны принципы функционирования этой предметной области, решаемые задачи, объекты, их информационные характеристики и связи между объектами. Следует поставить конкретные цели, достижение которых будет являться результатом работы ЭС. При выборе предметной области необходимо придерживаться ограничений:

• предметная область должна представлять интерес для разработчика;

• база знаний не должна содержать слишком большой объем информации, в противном случае она будет неуправляема.

II. Сбор и систематизация фактов. Этот этап характеризуется упорядочением фактов в такие структуры, которые бы отражали их реальную логическую связь в рамках выбранной предметной области.

III. Построение правил. В зависимости от особенностей, присущих выбранной предметной области и поставленным целям, для построения правил выбирается прямая или обратная цепочка рассуждений.

IV. Формулирование вопросов. Для того чтобы созданная ЭС была жизнеспособна, необходимо определить примерный перечень вопросов, на которые она должна давать ответы. Перечень вопросов составляет область запросов, т.е. ту область, в которой ЭС выступает в роли эксперта. В идеальном варианте полнота база знаний должна целиком «покрывать» область запросов.

V. Построение дерева решений. Дерево решений представляет собой совокупность вопросов, отбирающих факты для ответа на тот из них, который был поставлен изначально при обращении к ЭС, т.е. путь от вершины дерева по самому дереву есть удовлетворение заданной цели. «Путешествие» по дереву может разветвляться в различных направлениях, «собирая», таким образом, факты в различных комбинациях. Подобное разветвление предполагает достижение нескольких целей.

Экспертные системы разрабатываются с расчетом на обучение и способны обосновать логику выбора решения, т.е. обладают свойствами адаптивности и ее аргументирования. У большинства ЭС имеется механизм объяснения. Этот механизм использует знания, необходимые для объяснения того, каким образом система пришла к данному решению. Очень важным является определение области применения экспертной системы, границ ее использования и действия.

Преимущества экспертных систем по сравнению с использованием опытных специалистов состоят в следующем:

• достигнутая компетентность не утрачивается, может документироваться, передаваться, воспроизводиться и наращиваться;

• имеют место более устойчивые результаты, отсутствуют эмоциональные и другие факторы человеческой ненадежности;

• высокая стоимость разработки уравновешивается низкой стоимостью эксплуатации, возможностью копирования, а в совокупности они дешевле высококвалифицированных специалистов.

Отличиями экспертных систем от обычных компьютерных являются:

• ЭС манипулируют знаниями, тогда как любые другие системы — данными;

• ЭС, как правило, дают эффективные оптимальные решения и способны иногда ошибаться, но в отличие от традиционных компьютерных систем они имеют потенциальную способность учиться на своих ошибках.

Недостатки экспертных систем:

1) ненадежное функционирование вблизи границ их применимости. Наиболее уязвимы ЭС в распознавании границ своих возможностей и демонстрируют ненадежное функционирование вблизи границ их применимости. Дальнейший прогресс в области искусственного интеллекта со временем предложит способы выявления границ своих возможностей;

2) субъективность оценок, основанных на интуитивном мнении экспертов, трудная сопоставимость мнений ввиду преимущественно качественного характера оценок;

3) меньшая приспособляемость к обучению новым правилам и концепциям, к творчеству и изобретательству;

4) значительные трудозатраты, необходимые для пополнения базы знаний. Получение знаний от экспертов и внесение их в базу знаний представляет собой сложный процесс, сопряженный со значительными затратами времени и средств (как правило, такой процесс поддается очень слабой автоматизации);

5) проектирование ЭС также имеет определенные трудности и ограничения, которые влияют на их разработку.

Использование экспертных систем позволяет во многих случаях отказаться от высококвалифицированных специалистов, но предполагает оставить в системе место эксперту с более низкой квалификацией. Экспертные системы служат средством для расширения и усиления профессиональных возможностей конечного пользователя.

Литература:

1. Люгер Дж.Ф. Искусственный интеллект: стратегии и методы решения сложных проблем, 4е издание: пер. с англ. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2003.

2. Джексон П. Введение в экспертные системы. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2001.

3. В. Н. Убейко. Экспертные системы.- М.: МАИ, 1992.