Основные понятия. В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с эксперта­ми в самых различных областях человеческой деятельности — это врачи

Тема 4.4 Экспертные системы

В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с эксперта­ми в самых различных областях человеческой деятельности — это врачи, преподаватели, адвокаты, переводчики, секретари, про­граммисты и т.д. Имея огромный багаж знаний, касающихся конк­ретной предметной области, а также довольно большой опыт в этой области, они умеют точно сформулировать и правильно ре­шить задачу.

В течение последних десятилетий многочисленные попытки исследователей были направлены на создание систем, способных заменить специалиста в конкретной предметной области, т. е. ре­шать задачи в отсутствие экспертов. Эти системы получили назва­ние экспертных систем (ЭС).

В ходе исследований выяснилось, что среди задач, решаемых экспертами, формализованные задачи составляют лишь малую часть, в то время как основная их масса относится к числу нефор­мализованных. Поэтому процедурный подход к созданию экспер­тных систем нашел ограниченное

применение, уступив место методам инженерии знаний.

Вообще надо сказать, что на сегодняшний день термины «ин­женерия» знаний и «экспертные системы» используются как си­нонимы, так же как стали фактическими синонимами термины «экспертная система» и «система, основанная на знаниях».

Одним из наиболее популярных определений ЭС является сле­дующее: «Под ЭС понимается система, объединяющая возможно­сти компьютера со знаниями и опытом эксперта в такой форме, что система может предложить разумный совет или осуществить разумное решение поставленной задачи. Дополнительно желаемой характеристикой такой системы, которая многими рассматрива­ется как основная, является способность системы пояснять по требованию ход своих рассуждений в понятной для спрашиваю­щего форме».

Приведенное определение, а также сформулированные выше общие принципы построения систем, основанные на знаниях, позволяют выделить ряд базовых структурных элементов ЭС. Как и любая система, основанная на знаниях, ЭС обязательно содер­жит в своем составе базу знаний и механизм логических выводов — «мозг» ЭС. В ЭС, построенных на базе продукционной модели, зачастую для представления фактических знаний используется от­дельный механизм — база данных, а в базе знаний остаются лишь правила. Кроме того, для ведения базы знаний и дополнения ее при необходимости знаниями, полученными от эксперта, требу­ется отдельный модуль редактирования базы знаний.

Другим важным компонентом ЭС является пользовательский интерфейс, необходимый для правильной передачи ответов пользо­вателю в удобной для него форме. Кроме того, пользовательский интерфейс необходим и эксперту для осуществления манипуля­ций со знаниями.

И, наконец, в ЭС должен присутствовать модуль, который спо­собен при помощи механизма логического вывода предложить разумный совет или осуществить разумное решение поставлен­ной задачи, сопровождая его по требованию пользователя раз­личными комментариями, поясняющими ход проведенных рас­суждений. Модуль, реализующий эти функции, называется модулем советов и объяснений. Следует отметить, что механизм объяс­нений играет весьма важную роль, позволяя повысить степень доверия пользователя к полученному результату. Кроме того, он важен не только для пользователя системы, но и для эксперта, который с его помощью определяет, как работает система и как используются предоставленные им знания.

Базовая структура ЭС показана на рис.1. Перечисленные струк­турные элементы являются наиболее характерными для большин­ства ЭС, хотя в реальных условиях некоторые из них могут отсут­ствовать.

Так как терминология в области разработки ЭС постоянно модифицируется, определим основные термины, которые исполь­зованы здесь.

Пользователь — специалист предметной области, для которого предназначена система. Обычно его квалификация недостаточно высока, и поэтому он нуждается в помощи и поддержке своей деятельности со стороны ЭС.

Инженер по знаниям — специалист в области интеллектуальных систем, выступающий в роли промежуточного буфера между экс­пертом и базой знаний. Синонимы: когнитолог, инженер-интерпре­татор, аналитик.

Интерфейс пользователя — комплекс программ, реализующих диалог пользователя с ЭС как на стадии ввода информации, так и при получении результатов.

Рисунок 1 Структура экспертной системы

Модуль логического вывода — программа, моделирующая ход рассуждений эксперта на основании знаний, имеющихся в БЗ. Синонимы: дедуктивная машина, машина вывода, решатель.

Модуль объяснения выводов — программа, позволяющая пользо­вателю получить ответы на вопросы: «Как была получена та или иная рекомендация?» и «Почему система приняла такое реше­ние?» Ответ на вопрос «как» — это трассировка всего процесса получения решения с указанием использованных фрагментов БЗ, то есть всех шагов цепи умозаключений. Ответ на вопрос «поче­му» — ссылка на умозаключение, непосредственно предшество­вавшее полученному решению, т.е. отход на один шаг назад. Раз­витые подсистемы объяснений поддерживают и другие типы воп­росов.

Редактор базы знаний — программа, представляющая инжене­ру по знаниям возможность создавать БЗ в диалоговом режиме. Включает в себя систему вложенных меню, шаблонов языка пред­ставления знаний, подсказок («Help» — режим) и других сервис­ных средств, облегчающих работу, с базой.