Назначение экспертных систем

Требования пользователя к результату задачи, решаемой с  помощью поиска, можно характеризовать  количеством решений и свойствами результата и (или) способом его получения. Параметр "количество решений" может  принимать следующие основные значения: одно решение, несколько решений, все  решения. Параметр "свойства" задает ограничения, которым должен удовлетворять  полученный результат или способ его получения. Так, например, для  системы, выдающей рекомендации по лечению  больных, пользователь может указать  требование не использовать некоторое  лекарство (в связи с его отсутствием  или в связи с тем, что оно  противопоказано данному пациенту). Параметр "свойства" может определять и такие особенности, как время  решения ("не более чем", "диапазон времени" и т.п.), объем памяти, используемой для получения результата, указание об обязательности (невозможности) использования каких-либо знаний (данных) и т.п.

Итак, сложность  задачи, определяемая вышеприведенным  набором параметров, варьируется  от простых задач малой размерности  с неизменяемыми определенными  данными и отсутствием ограничений  на результат и способ его получения  до сложных задач большой размерности  с изменяемыми, ошибочными и неполными  данными и произвольными ограничениями  на результат и способ его получения. Из общих соображений ясно, что  каким-либо одним методом нельзя решить все задачи. Обычно одни методы превосходят другие только по некоторым  из перечисленных параметров.

Рассмотренные ниже методы могут работать в статических  и динамических проблемных средах. Для того чтобы они работали в  условиях динамики, необходимо учитывать  время жизни значений переменных, источник данных для переменных, а  также обеспечивать возможность  хранения истории значений переменных, моделирования внешнего окружения  и оперирования временными категориями  в правилах.

Существующие  методы решения задач, используемые в экспертных системах, можно классифицировать следующим образом:

 методы поиска  в одном пространстве - методы, предназначенные  для использования в следующих  условиях: области небольшой размерности,  полнота модели, точные и полные  данные;

 методы поиска  в иерархических пространствах  - методы, предназначенные для работы  в областях большой размерности;

 методы поиска  при неточных и неполных данных ;

 методы поиска, использующие несколько моделей,  предназначенные для работы с  областями, для адекватного описания  которых одной модели недостаточно.

Предполагается, что перечисленные методы при  необходимости должны объединяться для того, чтобы позволить решать задачи сложность которых возрастает одновременно по нескольким параметрам.

Инструментальный  Комплекс Для Создания Статических Экспертных Систем (На Примере  Интегрированного Комплекса  Эко)

Рассмотрим особенности  инструментальных средств для создания статических ЭС на примере комплекса  ЭКО, разработанного в РосНИИ ИТ и  АП. Наиболее успешно комплекс применяется  для создания ЭС, решающих задачи диагностики (технической и медицинской), эвристического оценивания (риска, надежности и т.д.), качественного прогнозирования, а также обучения.

Комплекс ЭКО  используется: для создания коммерческих и промышленных экспертных систем на персональных ЭВМ, а также для  быстрого создания прототипов экспертных систем с целью определения применимости методов инженерии знаний в некоторой  конкретной проблемной области.

На основе комплекса  ЭКО было разработано более 100 прикладных экспертных систем. Среди них отметим  следующие:

 поиск одиночных  неисправностей в персональном  компьютере;

 оценка состояния  гидротехнического сооружения (Чарвакская  ГЭС);

 подготовка  деловых писем при ведении  переписки с зарубежными партнерами;

 проведение  скрининговой оценки иммунологического  статуса;

 оценка показаний  микробиологического обследования  пациента, страдающего неспецифическими  хроническими заболеваниями легких;

Средства  представления знаний и стратегии управления

Комплекс ЭКО  включает три компонента.

Ядром комплекса  является интегрированная оболочка экспертных систем ЭКО, которая обеспечивает быстрое создание эффективных приложений для решения задач анализа в статических проблемных средах типа 1 и 2.

При разработке средств представления знаний оболочки преследовались две основные цели: эффективное решение достаточно широкого и практически значимого  класса задач средствами персональных компьютеров; гибкие возможности по описанию пользовательского интерфейса и проведению консультации в конкретных приложениях. При представлении  знаний в оболочке используются специализированные (частные) -утверждения типа "атрибут - значение" и частные правила, что позволяет исключить ресурсоемкую операцию сопоставления по образцу  и добиться эффективности разрабатываемых  приложений. Выразительные возможности  оболочки удалось существенно расширить  за счет интегрированности, обеспечиваемой путем вызова внешних программ через  сценарий консультации и стыковки с  базами данных (ПИРС и dBase IV) и внешними программами. В оболочке ЭКО обеспечивается слабая структуризация БЗ за счет ее разделения на отдельные компоненты - для решения  отдельных подзадач в проблемной среде - модели (понятию "модель" ЭКО  соответствует понятие "модуль" базы знаний системы G2).

С точки зрения технологии разработки ЭС оболочка поддерживает подходы, основанные на поверхностных  знаниях и структурировании процесса решения.

Оболочка функционирует  в двух режимах: в режиме приобретения знаний и в режиме консультации (решения  задач). В первом режиме разработчик  ЭС средствами диалогового редактора  вводит в БЗ описание конкретного  приложения в терминах языка представления  знаний оболочки. Это описание компилируется  в сеть вывода с прямыми адресными  ссылками на конкретные утверждения  и правила. Во втором режиме оболочка решает конкретные задачи пользователя в диалоговом или пакетном режиме. При этом решения выводятся от целей к данным (обратное рассуждение).

Для расширения возможностей оболочки по работе с  глубинными знаниями комплекс ЭКО может  быть дополнен компонентом К-ЭКО (конкретизатором знаний), который позволяет описывать закономерности в проблемных средах в терминах общих (абстрактных) объектов и правил. К-ЭКО используется на этапе приобретения знаний вместо диалогового редактора оболочки для преобразования общих описаний в конкретные сети вывода, допускающие эффективный вывод решений средствами оболочки ЭКО. Таким образом, использование конкретизатора обеспечивает возможность работы с проблемными средами типа 2 (см. гл.З).

Третий компонент  комплекса - система ИЛИС, позволяющая создавать ЭС в статических проблемных средах за счет индуктивного обобщения данных (примеров) и предназначенная для использования в тех приложениях, где отсутствие правил, отражающих закономерности в проблемной среде, возмещается обширным экспериментальным материалом. Система ИЛИС обеспечивает автоматическое формирование простейших конкретных правил и автономное решение задач на их основе; при этом используется жесткая схема диалога с пользователем. Поскольку при создании реальных приложений эксперты представляют, как правило, и знания о закономерностях в проблемной среде, и экспериментальный материал (для решения частных подзадач), возникает необходимость в использовании правил, сформированных системой ИЛИС, в рамках более сложных средств представления знаний. Комплекс ЭКО обеспечивает автоматический перевод таких правил в формат оболочки ЭКО. В результате удается получить полное (адекватное) представление реальной проблемной среды, кроме того, задать гибкое описание организации взаимодействия ЭС с конечным пользователем.

Инструментальный  комплекс для создания экспертных систем реального  времени (на примере  интегрированной  среды g2-gensym corp., Сша)

История развития ИС для создания ЭС реального времени  началась в 1985 г., когда фирма Lisp Machine Inc. выпустила систему Picon для символьных ЭВМ Symbolics. Успех этого ИС привел к тому, что группа ведущих разработчиков  Picon в 1986 г. образовала частную фирму Gensym, которая, значительно развив идеи, заложенные в Picon, в 1988 г. вышла на рынок с ИС под названием G2, версия 1.0. В настоящее время функционирует версия 4.2 и готовится к выпуску версия 5.0.

Основное предназначение программных продуктов фирмы Gensym (США) - помочь предприятиям сохранять  и использовать знания и опыт их наиболее талантливых и квалифицированных  сотрудников в интеллектуальных системах реального времени, повышающих качество продукции, надежность и безопасность производства и снижающих производственные издержки. О том, как фирме Gensym удается  справиться с этой задачей, говорит  хотя бы то, что сегодня ей принадлежат 50% мирового рынка экспертных систем, используемых в системах управления.

С отставанием  от Gensym на 2 - 3 года другие фирмы начали создавать свои ИС для ЭС РВ. С  точки зрения независимых экспертов NASA, проводивших комплексное исследование характеристик и возможностей некоторых  из перечисленных систем, в настоящее  время наиболее продвинутым ИС, безусловно, остается G2 (Gensym, США); следующие места  со значительным отставанием (реализовано  менее 50% возможностей G2) занимают RTWorks - фирма Talarian (США), COMDALE/C (Comdale Techn. - Канада), COGSYS (SC - США), ILOG Rules (ILOG - Франция).

Классы задач, для которых предназначена G2 и  подобные ей системы:

 мониторинг  в реальном масштабе времени;

 системы управления  верхнего уровня;

 системы обнаружения  неисправностей;

 диагностика;

 составление  расписаний;

 планирование;

 оптимизация;

 системы - советчики оператора;

 системы проектирования.

Инструментальные  средства фирмы Gensym являются эволюционным шагом в развитии традиционных экспертных систем от статических предметных областей к динамическим. Немалую долю успеха фирме Gensym обеспечивают основные принципы, которых она придерживается в  своих новых разработках:

 проблемно/предметная  ориентация;

 следование  стандартам;

 независимость  от вычислительной платформы;

 совместимость  снизу-вверх с предыдущими версиями;

 универсальные  возможности, не зависимые от  решаемой задачи;

 обеспечение  технологической основы для прикладных  систем;

 комфортная  среда разработки;

 поиск новых  путей развития технологии;

 распределенная  архитектура клиент-сервер;

 высокая производительность.

Основным достоинством оболочки экспертных систем G2 для российских пользователей является возможность  применять ее как интегрирующий  компонент, позволяющий за счет открытости интерфейсов и поддержки широкого спектра вычислительных платформ легко  объединить уже существующие, разрозненные средства автоматизации в единую комплексную систему управления, охватывающую все аспекты производственной деятельности - от формирования портфеля заказов до управления технологическим  процессом и отгрузки готовой  продукции. Это особенно важно для  отечественных предприятий, парк технических  и программных средств которых  формировался по большей части бессистемно, под влиянием резких колебаний в  экономике.

Кроме системы G2, как базового средства разработки, фирма Gensym предлагает комплекс проблемно/предметно-ориентированных  расширений для быстрой реализации сложных динамических систем на основе специализированных графических языков, включающих параметризуемые операторные  блоки для представления элементов  технологического процесса и типовых  задач обработки информации. Набор  инструментальных сред фирмы Gensym, сгруппированный  по проблемной ориентации, охватывает все стадии производственного процесса и выглядит следующим образом:

 интеллектуальное  управление производством - G2, G2 Diagnostic Assistant (GDA), NeurOn-Line (NOL), Statistical Process Control (SPC), BatchDesign_Kit;

 оперативное  планирование - G2, G2 Scheduling Toolkit (GST), Dynamic Scheduling Packadge (DSP);

 разработка  и моделирование производственных  процессов - G2, ReThink, BatchDesign_Kit;

 управление  операциями и корпоративными  сетями - G2, Fault Expert.

Несмотря на то, что первая версия системы G2 появилась  не так давно - в 1988 г., ее даже в богатой  Америке никто не назовет дешевой. G2 можно назвать бестселлером на рынке программных продуктов - на начало 1996 г. в мире было установлено  более 5000 ее копий. Фирма Gensym обслуживает  более 30 отраслей - от аэрокосмических  исследований до производства пищевых  продуктов. Список пользователей G2 выглядит как справочник Who-Is-Who в мировой  промышленности. 25 самых крупных  индустриальных мировых корпораций используют G2. На базе G2 написано более 500 действующих приложений.