Классификация экспертных систем

 

Для классификации ЭС выберем такие параметры, которые удо­влетворяют двум условиям. Во-первых, выбирая значение этих пара­метров, пользователь, не являющийся специалистом в ЭС, должен быть способен характеризовать особенности своего приложения. Это позволит разработчику ЭС выбрать инструментальное средство (ИС), адекватное данному прило­жению. Во-вторых, параметры и их различные значения должны обеспечивать разработчика ЭС информацией, достаточной для ответа на стратегические вопросы, возникающие у пользователя на различ­ных этапах существования приложения.

Примеры вопросов, стоящих перед пользователем, следующие: “Сможет ли создаваемая ЭС использовать созданные ра­нее программы?”, “Будет ли ЭС работать с разнородной программно-технической средой пользователя?”, “Насколько создаваемая ЭС бу­дет критична к предполагаемой смене платформ (ЭС с операционной системой)?”, “Сможет ли ЭС решать все задачи данного приложения или часть останется, например за экспертом?, “Каковы сроки оку­паемости ЭС?”, “Адекватны ли выбранные разработчиком ИС зада­чам пользователя?”, “Когда ЭС будет использоваться для решения практических задач пользователя, а не просто будет сдана пользова­телю?”, “Какова стоимость разработки, использования и сопровожде­ния (модификации) ЭС?”

Будем классифицировать приложения с ЭС по следующим пара­метрам:

- тип приложения;

- стадия существования;

- масштаб;

- тип проблемной среды.

 

Тип приложения

 

Тип приложения характеризуют следующие наборы параметров.

1. Возможность взаимодействия приложения с другими про­граммными средствами:

- изолированное приложение, состоящее из ЭС, не способной вза­имодействовать с другими программными системами, используемыми конечным пользователем (например, с базой данных, электронными таблицами, пакетами прикладных программ, контроллерами, системой датчиков и т. п.);

- интегрированное приложение, состоящее из ЭС и других про­граммных систем, с которыми ЭС взаимодействует в ходе работы.

Подчеркнем, что большинство современных (особенно динамиче­ских) ЭС, используемых для решения практически значимых задач, являются интегрированными.

2. Возможность исполнять приложение на разнородной аппарату­ре и переносить его на различные платформы:

- закрытые приложения, которые исполняются только в про­граммной среде данной фирмы и могут быть перенесены на другие платформы только путем перепрограммирования приложения;

- открытые приложения, которые ориентированы на исполнение в разнородном программно-аппаратном окружении и в идеале могут быть перенесены на другие платформы без перепрограммирования.

3. Архитектура приложения:

- приложение реализуется как централизованное, на базе цент­ральной ЭВМ, с которой связаны терминалы;

- децентрализованное распределенное приложение, в настоящее время обычно используется архитектура клиент-сервер.

 

Стадия существования

 

Стадия существования характеризует степень проработанности и отлаженности ЭС. Обычно выделяют следующие стадии:

- исследовательский прототип;

- действующий прототип;

- промышленная система;

- коммерческая система.

Исследовательским прототипом называют систему, которая решает представительный класс задач приложения, но может быть не­устойчива в работе и не полностью проверена. При наличии развитых ИС для разработки исследовательского прототипа требуется примерно 2–4 месяца. Исследовательский прототип обычно имеет в базе знаний не больше 50 общих исполняемых утверждений; при использовании только частных утверждений их количество возрастает от 3 до 10 раз.

Действующий прототип – это система, которая надежно решает все задачи, но для решения сложных задач может требовать чрезмерно много времени и (или) памяти. Доведение системы от начала разработки до стадии дей­ствующего прототипа требует примерно 6–9 месяцев, при этом коли­чество исполняемых утверждений в БЗ увеличивается до 100.

ЭС, достигшая стадии промышленной системы, обеспечивает вы­сокое качество решений всех задач при минимуме времени и памяти. Обычно процесс преобразования действующего прототипа в про­мышленную систему состоит в расширении БЗ (до 150 ис­полняемых утверждений) и ее тщательной отладке. Доведение ЭС от начала разработки до стадии промышленной системы на развитом ИС требует примерно 12–18 месяцев.

Обобщение задач, решаемых ЭС на стадии промышленной си­стемы, позволяет перейти к стадии коммерческой системы, т.е. к си­стеме, пригодной не только для собственного использования, но и для продажи различным потребителям. Доведение системы до коммер­ческой стадии требует примерно 1,5–2 года. Приведенные выше сроки справедливы для ЭС средней сложности.

 

Масштаб ЭС

 

Многие специалисты классифицируют ЭС (приложения) по их сложности (типу используемой ЭВМ) на малые, средние, большие и символьные.

Малые ЭС реализуются на ПК типа PC или Macintosh, часто явля­ясь изолированными. Малые ЭС обычно используются в целях первичного обучения или для исследования возможности использова­ния технологии ЭС в данной области.

Средние ЭС реализуются на рабочих станциях. Они бывают изо­лированными и интегрированными с базой данных (БД) и электронными таблицами. Данные приложения охватывают весь спектр использования ЭС.

Большие ЭС реализуются на рабочих станциях или ЭВМ общего назначения (mainframe). Они, как правило, имеют доступ к огромным БД.

Символьные ЭС реализуются на символьных ЭВМ или с исполь­зованием ИС типа Lisp и Prolog. Эти ЭС являются ис­следовательскими и не используются для решения реальных задач.

 

Тип проблемной среды

 

Понятие “проблемная среда” включает предметную область (множество сущностей, описывающих область экспертизы, т.е. множе­ство объектов, значений их характеристик и связывающих их отноше­ний) и решаемых в предметной области задач. Иначе говоря, про­блемная среда включает сущности (структуры данных) и решаемые над ними задачи, представляемые в виде исполняемых утверждений (в виде правил, процедур, формул и т. п.). В связи с этим проблемная среда определяется характеристиками соответствующей предметной области и характеристиками типа решаемых в ней задач. Заметим, что наряду с понятием “проблемная среда” используется синонимич­ный ему термин “проблемная область”.

Характеристики предметной области определяются следующим набором параметров: 1) тип предметной области:

- статический, т.е. входные данные не изменяются за время сеанса работы приложения, значения других (не входных) данных изменяют­ся только ЭС;

- динамический, т.е. входные данные, поступающие от внешних ис­точников, изменяются во времени, значения других данных изменяют­ся ЭС или подсистемой моделирования внешнего окружения;

2) способ описания сущностей предметной области:

- совокупность атрибутов и их значений (фиксированный состав сущностей);

- совокупность классов (объектов) и их экземпляров (изменяемый состав сущностей);

3) способ организации сущностей в БЗ:

- неструктурированная БЗ;

- структурирование сущностей БЗ по различным иерархиям (наиболее распространенные иерархии: “общее/частное”, “часть/целое”), что обеспечивает наследование свойств сущностей, представляемых в БЗ.

Характеристиками типов задач являются:

1) тип решаемых задач:

- задачи анализа и (или) синтеза;

- статические или динамические задачи;

2) частность (общность) исполняемых утверждений (правил, про­цедур, формул и т.д.):

- частные (специализированные, конкретные) исполняемые утверждения;

- общие исполняемые утверждения.

Наиболее естественным для человека способом описания сущно­стей предметной области является соотнесение с ними в памяти ЭВМ объектов, состоящих из атрибутов со значениями. Обычно вводится описание объекта некоторого типа, в соответствии с которым создаются конкретные экземпляры объектов этого типа. При этом количество экземпляров объекта никак не ограничивается, т.е. состав пред­ставляемых сущностей при таком представлении проблемной области изменяем.

Однако для простых приложений при малом количестве объектов (от 1 до 5) иногда применяют упрощенное представление в виде атри­бут/значение без упоминания объекта, которому эти атрибуты при­надлежат. Следствием этого упрощения явилось то, что реально су­ществующие объекты (сущности) предметной области стали представ­ляться в виде фиксированного количества размноженных имен соот­ветствующих атрибутов. Достоинства этого подхода состоят в том, что обеспечивается прямая ссылка на атрибут (объект). Недостатки в общем случае весьма значительны. Они заключаются в следующем:

1) невозможно использовать “общие” исполняемые утверждения (правила, процедуры, функции и т. п.), ссылающиеся на произвольное количество сущностей; приходится использовать частные (специализированные) утверждения, что увеличивает их количество. Кроме того, при изменении состава сущностей в БЗ приходится вво­дить новые соответствующие им специализированные утверждения;

2) устранение объектов не позволяет явно определить естествен­ные взаимосвязи между атрибутами одного объекта (все атрибуты являются как бы независимыми);

3) с устранением объектов исчезает возможность определить иерархию классов объектов.

Следующим параметром, характеризующим предметную область, является наличие (отсутствие) структурирования БЗ. Смысл струк­турирования БЗ состоит в следующем:

1) ограничить круг сущностей, которые должны рассматриваться механизмом вывода, и таким образом сократить перебор при выборе решения;

2) обеспечить наследование свойств сущностей, т.е. передачу свойств вышестоящих в иерархии сущностей нижестоящим, что зна­чительно упрощает процесс приобретения и использования знаний. Например, общие свойства класса “автомобиль” автоматически наследуются всеми подклассами автомобилей и конкретными экземпля­рами этих подклассов. В подобной иерархии наследуется отношение “являться подмножеством (экземпляром)”. Кроме того, широко при­меняется и другая иерархия – “является частью”.

По типу решаемых задач в первую очередь все задачи целесооб­разно разделить на задачи анализа и синтеза.

В задаче анализа задана модель сущности (объекта), требуется в результате анализа этой модели определить некоторые неизвестные ее характеристики (функции). В задаче синтеза задаются усло­вия, которым должны удовлетворять характеристики (функции) неко­торой “неизвестной” модели сущности, требуется построить модель этой сущности. Решение задачи синтеза представляет собой итераци­онный процесс, состоящий из следующих шагов:

1) создание исследовательской модели сущности;

2) анализ этой модели (т. е. решение задачи анализа);

3) сравнение результатов анализа с условиями задачи.

Таким образом, задача синтеза включает в себя анализ. Отметим, что в процессе создания конкретной ЭС, решающей задачу анализа, разработчик, создавая БЗ (модель области экспертизы), решает задачу синтеза, а построенная ЭС будет решать задачу анализа.

Задачи синтеза и анализа могут решаться в статических и динами­ческих областях. Если ЭС базируется на предположении, что исходная информация о предметной области (об окружающем мире), на основе которой решается задача, не изменяется за время решения задач, то говорят о статической предметной области (точнее о статическом представлении области в ЭС); если информация о предметной области изменяется за время решения задач, то говорят о динамической пред­метной области. При представлении динамической области возникает задача моделирования окружающего мира, в частности моделирова­ния активных агентов.

Если задачи, решаемые ЭС, явно не учитывают фактор времени и (или) не изменяют в процессе своего решения данные (знания) об окружающем мире, то говорят, что ЭС решает статические задачи; если задачи учитывают фактор времени и (или) изменяют в процессе решения данные об окружающем мире, то говорят о решении динами­ческих задач. Таким образом, ЭС работает в статической проблемной среде, если она использует статическое представление и решает стати­ческие задачи. ЭС работает в динамической проблемной среде, если она использует динамическое представление и (или) решает динамиче­ские задачи.

Учитывая значимость времени в динамических проблемных средах, многие специалисты называют их приложениями ЭС, рабо­тающими в реальном времени. Обычно выделяют следующие системы реального времени: “псевдореального”, “мягкого” и “жесткого” реального времени. Системы псевдореального времени, как следует из названия, не являются системами реального времени, однако они (в отличие от статических систем) получают и об­рабатывают данные, поступающие от внешних источников. Системы псевдореального времени решают задачу быстрее, чем происходят значимые изменения информации об окружающем мире

Системы “мягкого” реального времени работают в тех приложе­ниях, где допустимо время реакции на события более 0,1–1 с. К этому диапазону относятся почти все существующие ЭС реального времени. Системы “жесткого” реального времени должны обеспечивать время реакции быстрее 0,1 – 0,5 с. Для достижения такого быстродействия они используют не стандартные операционные системы (ОС) типа Unix и Windows 8, 10, а специализированные ОС и специализирован­ные бортовые ЭВМ, обеспечивающие быстрое время реакции. В на­стоящее время ЭС, работающие в “жестком” реальном времени, нам не известны.

Задачи, решаемые ЭС, различают тем, как представляются испол­няемые утверждения. Используются как частные (специализированные) утверждения, т е. утверждения, содержащие ссылки на конкретные сущности (объекты), так и общие утвержде­ния, относящиеся к любым сущностям заданного типа (вне зависимос­ти от их числа и имени). Использование общих утверждений позволя­ет значительно лаконичнее представлять знания. Так как об­щие утверждения не содержат явных ссылок на конкретные сущности, то для их использования требуется затратить значительную работу по определению тех сущностей, к которым они должны применяться, т.е. выполнить, как говорят специалисты, операцию сопоставления.

Не все сочетания перечисленных выше параметров, характери­зующих проблемную среду, встречаются на практике. Выделим не­сколько наиболее часто встречающихся типов проблемных сред.

Тип 1. Статическая проблемная среда: статическая предметная область; сущности представляются как совокупность атрибутов и их значений; состав сущностей неизменяемый; БЗ не структурирована; решаются статические задачи анализа, используются только специа­лизированные исполняемые утверждения.

Тип 2. Статическая проблемная среда: статическая предметная область; сущности представляются в виде атрибутов со значениями или вырожденных объектов (фреймов); состав сущностей неизменяе­мый; иерархия БЗ либо отсутствует, либо слабо выражена (нет насле­дования свойств); решаются статические задачи анализа, используют­ся специализированные исполняемые утверждения.

Тип 3. Статическая проблемная среда: статическая предметная область; сущности представляются в виде объектов; состав сущностей изменяемый; БЗ структурирована; решаются статические задачи ана­лиза и синтеза, используются общие и специализированные исполняе­мые утверждения.

Тип 4. Динамическая проблемная среда: динамическая предмет­ная область; сущности представляются совокупностью атрибутов и их значений; состав сущностей неизменяемый; БЗ не структурирована; решаются динамические задачи анализа, используются специализиро­ванные исполняемые утверждения.

Тип 5. Динамическая проблемная среда: динамическая предмет­ная область, сущности представляются в виде объектов; изменяемый состав сущностей; БЗ структурирована; решаются динамические задачи анализа и синтеза; используются общие и специализированные ис­полняемые утверждения.

---

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 499; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!