Структура и функции экспертной системы.

Основными функциями экспертных систем являются:

1. Приобретение знаний – это передача потенциального опыта решения проблемы конкретной ЭС и преобразование его в вид, который позволяет использовать эти знания при дальнейшей работе данной ЭС и разработке новых ЭС. Передача знаний выполняется в процессе достаточно длительных и пространных собеседований между специалистом по проектированию экспертной системы (инженером по знаниям) и экспертами в определенной предметной области, способными достаточно четко сформулировать имеющийся у них опыт.

2. Представление знаний – это процедура отыскания методов формального описания полезной информации с целью ее последующей передачи пользователю.

3. Управление процессом поиска решения. Знание о том, какие знания нужны в той или иной конкретной ситуации, и умение ими распорядиться – важная часть процесса функционирования экспертной системы. Такие знания получили наименование метазнаний – т.е. знаний о знаниях.

4. Разъяснение принятого решения. Способность системы объяснить методику принятия решения иногда называют прозрачностью системы. Под этим понимается, насколько просто персоналу выяснить, что делает программа и почему. Эту характеристику системы следует рассматривать в совокупности с режимом управления, поскольку последовательность этапов принятия решения тесно связана с заданной стратегией поведения.

Структура экспертной системы зависит от ее назначения и решаемых задач. Обобщенную структуру современной экспертной системы можно представить в виде следующих основных компонент (рис. 7.2): база знаний, решатель, интеллектуальный редактор базы знаний, подсистема объяснений и интерфейс пользователя. Следует учесть, что реальные экспертные системы могут иметь более сложную структуру, однако перечисленные основные компоненты присутствуют в любой действительно экспертной системе, поскольку являют собой негласный канон на структуру современной экспертной системы.

Рис. 7.2. Обобщенная структура экспертной системы

Определение и взаимодействие компонентов ЭС и людей, имеющих к ней непосредственное отношение, может быть описано следующим образом.

Эксперт – это специалист предметной области, способный принимать экспертные решения и формулирующий знания о предметной области для ввода их в базу знаний.

Инженер по знаниям (инженер-аналитик, инженер-когнитолог) – это специалист в области искусственного интеллекта, отвечающий за структуру и наполнение базы знаний.

Пользователь – это также специалист в данной предметной области, но его квалификация недостаточно высока, и поэтому он нуждается в помощи и поддержке своей деятельности со стороны ЭС.

База знаний – это совокупность знаний о предметной области, организованных в соответствии с принятой моделью представления знаний.

База знаний содержит факты (или утверждения) и правила. Фак­ты представляют собой краткосрочную информацию в том отношении, что они могут изменяться (например, в ходе консультации). Правила представляют более долговременную информацию о том, как порождать новые факты или гипотезы из того, что сейчас известно. Основное отли­чие базы знаний от базы данных состоит в том, что база знаний обладает большими творческими возможностями, а база данных обычно пассивна: данные либо там есть, либо их нет. База знаний обычно записывается на машинный носитель в форме, понятной эксперту и пользователю (обычно на некотором языке, приближенном к естественному). Параллельно такому «человеческому» представлению существует база знаний во внутреннем «машинном» представлении. При необходимости база знаний по­полняется новой и недостающей информацией.

Решатель или подсистема логического вывода (интерпретатор, машина вывода, дедуктивная машина, блок логического вывода) – это программа, моделирующая ход рассуждений эксперта на основании знаний, имеющихся в базе знаний. Решатель формирует последовательность правил, которая приводит к решению задачи, используя исходные данные из рабочей памяти и базы знаний. Различают прямую и обратную цепочку рассуждений. Прямая цепочка рассуждений ведет от данных к гипоте­зам, обратная – является попыткой найти данные для доказательства или опровержения некоторой гипотезы.

Редактор базы знаний – это программа, предназначенная для ввода в базу знаний новых знаний о предметной области и их представления в ней.

Подсистема объяснений – это программа, которая позволяет пользователю получить ответы на вопросы: «Как была получена та или иная рекомендация?», «Почему система приняла такое решение?» и др. Это повышает доверие пользователя к полученному результату.

Взаимодействие пользователя с ЭС осуществляется через интерфейс пользователя на близком к естественному или профессиональному языку предметной области непроцедурном языке.

Интерфейс пользователя – это комплекс программно-технических средств, обеспечивающих взаимодействие пользователя с ЭС как на стадии ввода информации, так и при получении результатов (в процессе приобретения знаний и объяснения результатов работы).

Это взаимодействие обычно включает несколько функций:

Обработка данных, полученных с клавиатуры или других устройств ввода и отображение вводимых и выводимых данных на мониторе.

Поддержка диалога между пользователем и системой.

Диалог – это общая форма консультации с экспертной системой. Консультация должна завершаться ясным утверждением, выдаваемым системой, и объяснением последовательности вывода, приведшей к этому утверждению.

Распознавание ситуации непонимания между пользователем и системой.

Система должна реагировать соответствующим образом на эту ситуацию. Например, не должно произойти сбоя системы, если пользователь вводит не тот ответ, который ожидается или когда он задает бессмысленный вопрос.

Обеспечение "дружественности" по отношению к пользователю.

Система пользовательского интерфейса должна быть "дружелюбной" к пользователю. Например, последовательность меню, показывающая задачи, которые пользователь может выбрать, является необходимой чертой экспертной системы.

Промышленные прикладные ЭС могут быть существенно сложнее рассмотренной выше упрощенной схемы, и дополнительно включать базы и банки данных, интерфейсы обмена данными с различными пакетами прикладных программ, электронными библиотеками и т.д.

База данных предназначена для хранения исходных и про­межуточных данных решаемой в текущий момент задачи.

Банк данных или хранилище данных – это автоматизированная информационная система централизованного хранения и коллективного использования данных. В ее состав входят одна или несколько баз данных, справочник баз данных, система управления базами данных, а также библиотека за­просов и прикладных программ.