Примеры реализации экспертных систем
Перечислим некоторые из предметных областей, в которых применяются ЭС в настоящее время: военное дело, геология, инженерное дело, информатика, компьютерные системы, космическая техника, математика, медицина, метеорология, промышленность, сельское хозяйство, управление процессами, физика, химия, электроника, юриспруденция. Медицина наиболее популярна; именно в этой области было разработано больше ЭС, чем во всякой другой, хотя химия ненамного отстает от нее, и разрыв быстро сокращается.
В медицине соответствующие исследования начались с системы MYCIN, одной из первых и наиболее известных ЭС. MYCIN –это ЭС, разработанная для медицинской диагностики и принятия решения. В частности, она предназначена для работы в области диагностики и лечения заражения крови и медицинских инфекций. Система ставит соответствующий диагноз, исходя из представленных ей симптомов, и рекомендует курс медикаментозного лечения любой из диагностированных инфекций. Она состоит в общей сложности из 450 правил, разработанных с помощью группы по инфекционным заболеваниям Стэндфордского университета. Ее основополагающим моментом является использование вероятностного подхода.
Система MYCIN справляется с задачей принятия решения путем назначения показателя определенности каждому из своих 450 правил. Поэтому можно представлять MYCIN как систему, содержащую набор правил вида “ЕСЛИ... ТО” с определенностью, которую предоставили люди – эксперты и которую изложили в правилах, указав свою степень доверия к каждому правилу по шкале от 1 до 10.
|
|
|
Установив эти правила и связанные с ними показатели определенности, MYCIN идет по цепочке назад от возможного исхода, чтобы убедиться, можно ли верить такому исходу. Установив все необходимые исходные предпосылки, MYCIN формирует суждение по данному исходу, рассчитанное на основе показателей определенности, связанных со всеми правилами, которые нужно использовать.
Допустим, чтобы получить исход Z, требуется определить предпосылки X и Y, дающие возможность вывести Z. Но правила для определения X и Y могут иметь связанные с ними показатели определенности Р и Q. Если значения Р и Q были равны 1,0, то исход Z не вызывает сомнения. Если Р и Q меньше 1,0 (как это бывает), то исход Z не последует наверняка. Он может получиться лишь с некоторой степенью определенности.
MYCIN не выдает диагноз и не раскрывает его точный показатель неопределенности. Система выдает целый список диагнозов, называя показатель определенности для каждого из них. Все диагнозы с показателями выше определенного специфического для каждого диагноза уровня принимаются как в той или иной степени вероятные, и пользователю вручается список возможных исходов.
|
|
|
Стандартные фразы и грамматические формы были без труда приспособлены к программе, и в результате получился существенно вырожденный диалект английского языка, легко поддающийся программированию.
Врачи остались очень довольны таким результатом, потому что они говорили, используя очень небольшой набор слов английского языка (по крайней мере, когда сообщали о своей работе).
В химии работы по ЭС начались с новаторского проекта DENDRAL, начатого в Стэнфордском университете в середине 60-х гг. и посвященного разработке методов ИИ для определения топологических структур органических молекул. Современные работы по ЭС в области химии включают вывод структуры молекул, синтез органических молекул и планирование экспериментов в молекулярной биологии.
В самых общих чертах процесс принятия решения следующий. Пользователь дает системе DENDRAL некоторую информацию о веществе, а также данные спектрометрии (инфракрасной, ядерного магнитного резонанса и масс-спектрометрии), и та, в свою очередь, выдает диагноз в виде соответствующей химической структуры.
Можно для простоты представить систему DENDRAL состоящей из двух частей, как если бы в одной ЭС были две самостоятельные системы. Первая из них содержит набор правил для выработки возможных химических структур. Вводимая информация состоит из ряда заключений, сделанных химиком, и позволяет судить, какие структуры вероятны в том или ином случае.
|
|
|
На выходе первой системы имеется не один простой ответ. Обычно это целая серия возможных структур – программа не в состоянии точно сказать, какая из них верна. Затем DENDRAL “берет” каждую из этих структур по очереди и использует вторую ЭС, чтобы определить для каждой из них, каковы были бы результаты спектрального анализа, если бы это вещество существовало и было на самом деле исследовано по спектрограмме.
Процесс, часто именуемый “генерация и проверка”, позволяет постоянно сокращать число возможных рассматриваемых вариантов, чтобы в любой момент оно было как можно меньше. В отличие от некоторых экспертных систем DENDRAL задумана не как “игрушка”. Она не используется лишь для проверки теоретических основ ЭС, а реально применяется для определения химических структур.
В геологии первой была ЭС PROSPECTOR, разработанная в Стэнфордском исследовательском институте в середине 70-х гг. PROSPECTOR – это ЭС, поддерживающая решения при поиске коммерчески оправданных месторождений полезных ископаемых.
|
|
|
Система PROSPECTOR, по аналогии с MYCIN, содержит большое число правил, относящихся к различным объектам, а также возможных исходов, выведенных на их основе. В этой системе используется также “движение по цепочке назад” и вероятности. Методы этой системы являются одними из лучших среди всех разработанных методов для любой из существующих ныне систем.
Самый простой случай – правила, выражающие логические отношения. Это правила типа “ЕСЛИ х, ТО z”, где событие “z” непосредственно вытекает из “х”. Они остаются столь же простыми, если сопоставить “х” вероятность.
Если у “х” всего один аргумент, то это правило существенно упрощается. Обычно вместо “х” мы представляем более сложное логическое выражение, например: (х И у) или (х ИЛИ у).
Если элементы отношения связаны с помощью логического И и отдельным элементам этого отношения сопоставлены определенные вероятности, то система PROSPECTOR выбирает минимальное из этих значений и присваивает эту минимальную вероятность рассматриваемому возможному исходу. Поэтому, когда вероятность х = 0,1, вероятность у = 0,2, вероятность исхода z = 0,1. Легко видеть, почему выбран такой метод: чтобы “z” было истинным, и “х”, и “у” должны быть истинными. Это является “жестким” ограничением, поэтому следует брать минимальное значение.
Система PROSPECTOR пользуется методом, основанным на применении формулы Байеса с целью оценки априорной и апостериорной вероятностей какого-либо события.
В целом правила в системе PROSPECTOR записываются в виде ЕСЛИ..., ТО (LS, LN),причем каждое правило устанавливается с отношением правдоподобия как для положительного, так и для отрицательного ответа.
Система PROSPECTOR предлагает пользователю шкалу ответов в диапазоне от -5 до +5. Нижний предел – это определенно “Да”, верхний – определенно “Нет”. Обычно ответ пользователя находится где-то между крайними значениями, и PROSPECTOR корректирует его, учитывая LS и LN с помощью линейной интерполяции. Это легко представить себе в виде линейной шкалы, где LN – крайнее левое, а LS – крайнее правое значение.
В области компьютерных систем типичным образцом может служить ЭСXCON, одна из первых и наиболее успешно применяемых разработок этого рода. Она была начата корпорацией DEC и Университетом Карнеги–Меллон в конце 70-х гг. как исследовательский проект, а сейчас XCON достигла уровня коммерческой системы и используется для проектирования конфигураций компьютеров. Современные разработки ЭС в этой области связаны с диагностикой неисправностей, проектированием компьютерных конфигураций и управлением процессом производства компьютеров.
В электронике преобладают исследования и разработки, связанные с диагностикой неисправностей и проектированием СБИС. Система AGE, разработанная в начале 80-х гг. фирмой Белл, типичная диагностическая система в данной области. Она используется для обнаружения неисправностей в телефонной сети и определения их характера. В настоящее время работы по ЭС в области электроники связаны с обучающими системами, помогающими находить отказы в электрических цепях и проектировать электронно-цифровые схемы.
В инженерном деле типичный образец ЭС — это DELTA, система диагностики неисправностей, разработанная компанией “Дженерал Электрик” в середине 80-х гг. “Дженерал Электрик” планирует использовать DELTA на коммерческой основе для помощи обслуживающему персоналу при поиске неисправностей в дизель-электрических локомотивах. В настоящее время разрабатываются другие системы диагностирования неисправностей и обучения операторов сложных систем управления (рис. 3.9).
Рис. 3.9. ЭС в инженерном деле
В военном деле усилия были сконцентрированы на интерпретации, прогнозировании и планировании. Одна из первых военных ЭС, названная HASP/SIAP, разрабатывалась совместно со Стэнфордским университетом и System Control Technology в начале 70-х гг. Эта система определяет типы кораблей, интерпретируя данные от сети гидрофонов, прослушивающих некоторые акватории океана. В настоящее время потенциальные военные приложения ЭС включают интерпретацию информации от датчиков, прогноз боевых действий и тактическое планирование.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 1075; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!