 |
О возможности и оправданности применения технологий инженерии знаний для построения систем основанных на знаниях
|
|
|
|
Основы методологии разработки экспертных систем
Процесс разработки экспертных систем имеет существенные отличия от разработки обычного программного продукта. Опыт создания ЭС показал, что использование при их разработке методологии, принятой в традиционном программировании, либо чрезмерно затягивает процесс создания ЭС, либо приводит к отрицательному результату. Это обуславливается неформализованностью задач, решаемых ЭС, отсутствием завершенной теории ЭС и методологии их разработки.
Сказанное приводит к необходимости модифицировать принципы и способы построения ЭС в ходе процесса разработки по мере того, как увеличивается знание разработчиков о проблемной области.
При разработке ЭС используется концепция прототипирования. Суть этой концепции состоит в том, что разработчики не пытаются сразу построить конечный продукт; они создают в общем случае несколько прототипов ЭС. Например, первый прототип должен продемонстрировать пригодность методов инженерии знаний для данного приложения. В случае успеха эксперт с помощью инженера по знаниям расширяет знания прототипа о проблемной области. При неудаче может потребоваться разработка нового прототипа. Преобразование прототипа ЭС в конечный продукт связано с достижением такого состояния, когда прототип успешно и эффективно решает все задачи данного приложения. Концепция прототипирования, зародившись в технологии разработки ЭС, используется в настоящее время и для разработки сложных программных систем как методология быстрой разработки приложений (RAD).
В ходе научно-практической работы по созданию экспертных систем сложилась определенная технология их разработки, включающая шесть основных этапов: идентификация, концептуализация, формализация, выполнение, отладка и тестирование, опытная эксплуатация и внедрение.
|
|
|
1.1 Соответствия между основными этапами проекта RAD и стадиями технологии быстрого прототипирования
Методология быстрой разработки приложений (RAD)- это промышленная технология разработки программных систем на основе использования CASE (CALS)- средств и методов быстрого прототипирования к верификации прототипов пользователем при жестком ограничении времени, отведенного на разработку.
CASE (Computer Aided Software Engineering)- система автоматизированной разработки программ.- технология- автоматизированное проектирование систем с использованием специальных пакетов инструментальных средств, так называемых CASE- средств. CALS (Computer Aided Acquisition and Logistics Support)- стандарт CALS, автоматизированная поддержка принятия решений по приобретению (изделий) и материально- технического обеспечения.
Развитие технологии RAD с акцентом на групповую разработку приложений привело к появлению JAD- (Joint Application Development) в условиях ограниченных сроков. Технология JAD была разработана фирмой IBM в начале 80-х годов для быстрой разработки спецификаций и требований к программным системам.
| № п/п | Наименование этапа RAD | Наименование итерации жизненного цикла ЭС | |
| 1 | Начало проектирование | Идентификация | |
| 2 | Формирование коллектива разработчиков и распределение обязанностей | ||
| 3 | Построение бизнес- модели Построение модели данных | Получение знаний Концептуализация Структурирование | |
| 4 | Построение функциональной модели | Формализация | |
| 5 | Генерация кода (реализация), выполнение, стыковка | ||
| 6 | Опытная эксплуатация, внедрение, отладка | ||
| 7 | Тестирование, верификация на адекватность | ||
Основными рабочими продуктами RAD в порядке их формирования являются бизнес-модель, модель данных и функциональная модель.
|
|
|
Бизнес-модель - это графическое (визуальное) и текстологическое (вербальное) описание формационных потоков между элементами автоматизируемой системы, включая элементы, внешние по отношению к системе. Модель данных - графическое и текстологическое описание структуры и семантики информации, используемой в системе.
Функциональная модель - графическое и текстуальное описание функций системы, операций, задач, решаемых в ходе выполнения этих функций, и взаимосвязей между функциями в терминах входов и выходов. Все описания формируются в терминах CASE-системы, что дает возможность проводить непосредственно на их основе генерацию результирующего кода прикладкой программы (оболочка G2 фирмы Gensym): документирование процесса разработки, визуальное конструирование диаграмм потоков данных, репозиторий проектных решений.
экспертный концептуализация тестирование прототипирование
О возможности и оправданности применения технологий инженерии знаний для построения систем основанных на знаниях
| Основные требования применимости методологии и целесообразности разработки | ||
| к задаче | к возможности | к оправданности |
| Решение потребует символьных рассуждений | Имеются эксперты в предметной области, решающие задачу | Решение задачи принесет значительный эффект (социальный, экономич.) |
| Ограничения имеют эвристическую природу | Эксперты сходятся в оценке предлагаемого решения | Необходимость выполнения экспертизы в нескольких местах |
| Не предельность сложности задачи и времени ее решения | Эксперты способны вербализировать свои знания | При передаче информации происходит ее недопустимая потеря |
| Практическая значимость задачи и ее направленность | Решение требует рассуждений, а не действий | Необходимость решения задачи во враждебном окружении |
2. Технология быстрого прототипирования
|
Суть технологии состоит в том, что разработчики не пытаются сразу построить конечный продукт. На начальном этапе они создают прототип (прототипы) ЭС. Прототипы должны удовлетворять двум противоречивым требованиям: с одной стороны, они должны решать типичные задачи конкретного приложения, а с другой- время и трудоемкость их разработки должны быть весьма незначительны, чтобы можно было максимально запараллелить процесс накопления и отладки знаний (осуществляемый экспертом) с процессом выбора (разработки) программных средств (осуществляемым инженером по знаниям и программистом). Для удовлетворения указанным требованиям, как правило, при создании прототипа используются разнообразные средства, ускоряющие процесс проектирования (например,- BCB,- как RAD среда программирования).
|
|
|
Прототип должен продемонстрировать пригодность методов инженерии знаний для данного приложения. В случае успеха эксперт с помощью инженера по знаниям расширяет знания прототипа о проблемной области. При неудаче может потребоваться разработка нового прототипа или разработчики могут прийти к выводу о непригодности методов ЭС для данного приложения. По мере увеличения знаний прототип может достигнуть такого состояния, когда он успешно решает все задачи данного приложения. Преобразование прототипа ЭС в конечный продукт обычно приводит к перепрограммированию ЭС на языках низкого уровня, обеспечивающих как увеличение быстродействия ЭС, так и уменьшение требуемой памяти. Трудоемкость и время создания ЭС в значительной степени зависят от типа используемого инструментария.
Идентификация проблемы
Идентификация проблемы- ознакомление (обучение) членов коллектива разработчиков и создание предварительной (неформальной) формулировки проблемы.
|
| Рисунок Идентификация проблемы |
Уточняется задача, планируется ход разработки прототипов экспертной системы, определяются:
· необходимые ресурсы (время, люди, ЭВМ, и т.п.);
· источники знаний (книги, эксперты);
· имеющиеся аналогичные экспертные системы;
· цели (распространение опыта, автоматизация рутинных действий);
· подклассы решаемых задач…
В дальнейшем начинается разработка БЗ.
Получение знаний
Получение знаний - это процесс теоретически обоснованного извлечения знаний с использованием одного или группы практических методов извлечения. Теоретические основы извлечения знаний - включают совокупность стратегий получения знаний и аспектов извлечения знаний (по слоям). Практические методы: текстологические, коммуникативные (активные, пассивные).
|
|
|
|
Наибольший эффект достигается, когда методы применяются осознанно и в комбинации, например:
q Анализируется литература экспертов (текстологический метод):
§ Формируется "черновик" по предметной области;
§ Составляется вопрос- ответная структура для БЗ;
q Используется анкетирование (активный индивидуальный коммуникативный метод):
§ Формируется анкета в соответствии с БЗ;
§ Эксперт заполняет анкету;
§ Аналитиком проводится анализ ответов эксперта;
q В режиме интервью, диалога или игры (активные индивидуальные коммуникативные методы):
§ Эксперт и аналитик проводят совместный анализ материалов;
§ Исправляются ошибки в БЗ.
q Инженер по знаниям вносит исправления.
Под "черновиком" здесь понимается текст, прошедший следующий алгоритм: накопление необходимой литературы по предметной области; выбор текста для извлечения знаний; первое знакомство с текстом (ознакомление в целом) формирование предварительной гипотезы о структуре и содержании текста; выделение ключевых понятий (адекватно и наиболее полно передающих смысл текста) в процессе внимательного чтения, так называемая "компрессия текста"; определение связности в рамках текста, составление реферата ("сжатого текста"); формирование вопросно-ответной структуры для базы знаний, так называемого поля знаний. В процессе формирования базы знаний важно помнить о теоретических аспектах извлечения знаний, чтобы максимально обеспечить передачу знаний от эксперта к испытуемому.
|
|
|
