Этапы разработки экспертных систем
Разработка ЭС 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 вообще приводит к отрицательному результату.
Использовать ЭС следует только тогда, когда разработка ЭС возможна, оправдана и методы инженерии знаний соответствуют решаемой задаче. Чтобы разработка ЭС была возможной для данного приложения, необходимо одновременное выполнение, по крайней мере, следующих требований (1, стр. 67):
1) существуют эксперты в данной области, которые решают задачу значительно лучше, чем начинающие специалисты;
2) эксперты сходятся в оценке предлагаемого решения, иначе нельзя будет оценить качество разработанной ЭС;
3) эксперты способны вербализовать (выразить на естественном языке) и объяснить используемые ими методы, в противном случае трудно рассчитывать на то, что знания экспертов будут «извлечены» и вложены в ЭС;
4) решение задачи требует только рассуждений, а не действий;
5) задача не должна быть слишком трудной (т.е. ее решение должно занимать у эксперта несколько часов или дней, а не недель);
6) задача хотя и не должна быть выражена в формальном виде, но все же должна относиться к достаточно «понятной» и структурированной области, т.е. должны быть выделены основные понятия, отношения и известные (хотя бы эксперту) способы получения решения задачи;
|
|
|
7) решение задачи не должно в значительной степени использовать «здравый смысл» (т.е. широкий спектр общих сведений о мире и о способе его функционирования, которые знает и умеет использовать любой нормальный человек), так как подобные знания пока не удается (в достаточном количестве) вложить в системы искусственного интеллекта.
Использование ЭС в данном приложении может быть, возможно, но не оправдано. Применение ЭС может быть оправдано одним из следующих факторов
· решение задачи принесет значительный эффект, например экономический;
· использование человека-эксперта невозможно либо из-за недостаточного количества экспертов, либо из-за необходимости выполнять экспертизу одновременно в различных местах;
· использование ЭС целесообразно в тех случаях, когда при передаче информации эксперту происходит недопустимая потеря времени или информации;
· использование ЭС целесообразно при необходимости решать задачу в окружении, враждебном для человека.
Приложение соответствует методам ЭС, если решаемая задача обладает совокупностью следующих характеристик:
1) задача может быть естественным образом решена посредством манипуляции с символами (т.е. с помощью символических рассуждений), а не манипуляций с числами, как принято в математических методах и в традиционном программировании;
|
|
|
2) задача должна иметь эвристическую, а не алгоритмическую природу, т.е. ее решение должно требовать применения эвристических правил. Задачи, которые могут быть гарантированно решены (с соблюдением заданных ограничений) с помощью некоторых формальных процедур, не подходят для применения ЭС;
3) задача должна быть достаточно сложна, чтобы оправдать затраты на разработку ЭС. Однако она не должна быть чрезмерно сложной (решение занимает у эксперта часы, а не недели), чтобы ЭС могла ее решать;
4) задача должна быть достаточно узкой, чтобы решаться методами ЭС, и практически значимой.
При разработке ЭС, как правило, используется концепция «быстрого прототипа». Суть этой концепции 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.
|
|
|
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.
|
|
|
В ходе работ по созданию ЭС сложилась определенная технология их разработки, включающая шесть следующих этапов (рис. 1.4):
идентификацию, концептуализацию, формализацию, выполнение, тестирование, опытную эксплуатацию. На этапе идентификации определяются задачи, которые подлежат решению, выявляются цели разработки, определяются эксперты и типы пользователей.
На этапе концептуализации проводится содержательный анализ проблемной области, выявляются используемые понятия и их взаимосвязи, определяются методы решения задач.
На этапе формализации выбираются ИС и определяются способы представления всех видов знаний, формализуются основные понятия, определяются способы интерпретации знаний, моделируется работа системы, оценивается адекватность целям системы зафиксированных понятий, методов решений, средств представления и манипулирования знаниями.
На этапе выполнения осуществляется наполнение экспертом базы знаний. В связи с тем, что основой ЭС являются знания, данный этап является наиболее важным и наиболее трудоемким этапом разработки ЭС. Процесс приобретения знаний разделяют на извлечение знаний из эксперта, организацию знаний, обеспечивающую эффективную работу системы, и представление знаний в виде, понятном ЭС. Процесс приобретения знаний осуществляется инженером по знаниям на основе анализа деятельности эксперта по решению реальных задач.
Заключение
В результате выполнения данной проекты, посвященной проблемам построения экспертных систем, были получены следующие выводы.
Экспертные системы обладают следующими основными характеристиками:
· экспертная система ограничена определенной сферой экспертизы;
· она способна рассуждать при сомнительных данных;
· она способна объяснить цепочку рассуждений понятным способом;
· она строится так, чтобы имелась возможность постепенного наращивания системы;
· чаще всего она основана на использовании правил;
· на выходе она выдает совет – не таблицы из цифр, не красивые картинки на экране, а четкий совет;
· экспертная система обладает способностью самообучаться.
Написание экспертных систем требует сравнительно больших трудозатрат и материальных ресурсов. Чтобы избежать дорогостоящих и безуспешных попыток необходимо определить, является ли проблема подходящей для решения с помощью экспертной системы:
• Потребность в решении должна соответствовать затратам на ее разработку. Суммы затрат и полученная выгода должны быть реалистическими.
• Невозможно использовать знания человека – эксперта там, где это необходимо. Если экспертные знания широко распространены, то маловероятно, что стоит разрабатывать экспертную систему. Однако, в таких областях, как разведка нефти и медицина, могут быть редкие специализированные знания, которыми можно недорого снабдить экспертную систему, и не использовать очень высоко оплачиваемого эксперта.
Проблема может быть решена с использованием символических методов рассуждения.
Проблема хорошо структурирована и не требует применения знаний, основанных на здравом смысле. Знания, основанные на здравом смысле, хорошо известны, поэтому их незачем фиксировать и представлять.
Проблема не может быть легко решена с использованием более традиционных вычислительных методов. Если имеется хорошее алгоритмическое решение проблемы, не следует использовать экспертную систему.
Существуют ли эксперты в данной проблемной области. Поскольку экспертная система проектируется для успешной работы, весьма существенно, чтобы эксперты желали помогать при ее проектировании. Кроме того, необходима поддержка администрации и потенциальных пользователей.
Проблема имеет подходящий размер и область применения. Как правило, проблема требует применения знаний высоко специализированных экспертов, но человек-эксперт должен тратить на ее решение короткое время, (максимум час).
Должно быть ясно, что только малый диапазон проблем соответствует технологии экспертных системы. Однако при использовании для подходящих проблем, экспертные системы могут приносить огромные прибыли. Например, были разработаны экспертные системы, помогающие анализировать данные, полученные при разведке нефти, и для помощи в конфигурировании компьютерных систем. Обе эти системы активно используются, экономя большое количество средств.
Как при проектировании большинства прикладных программ, если пользователь не доволен разработанной системой, то затрачиваются дополнительные деньги, так что разработка должна включать близкое сотрудничество с потенциальными пользователями. Базисный цикл развития должен включать быструю разработку начального прототипа и итерационного процесса испытания и изменения прототипа совместно с экспертами (чтобы проверить правильность правил) и пользователем (чтобы проверить, имеется ли вся необходимая информация, удовлетворены ли они эффективностью системы и объяснениями).
Экспертная система, пусть даже с элементами искусственного интеллекта, останется лишь инструментом грамотного пользователя: инженера, изобретателя, учёного, способным многократно повысить эффективность их работы.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 165; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!