Информация, как сырье и как товар: абсолютная, относительная и аналитическая информация. Данные, информация, знания

В запросе требуется  осуществить поиск по условию, которое  должно быть доопределено в ходе решения  задачи. Формулирование запроса осуществляется в диалоге с пользователем, последовательность шагов которого выполняется в  максимально удобной для пользователя форме. Запрос к базе данных может  формулироваться и с помощью  естественно-языкового интерфейса.

Естественно-языковой интерфейс предполагает трансляцию естественно-языковых конструкций  на внутримашинный уровень представления  знаний.

Естественно-языковый интерфейс используется для:

-доступа к интеллектуальным  базам данных;

-контекстного поиска  документальной текстовой информации;

-голосового ввода  команд в системах управления;

-машинного перевода c иностранных языков.

Гипертекстовые системы  предназначены для реализации поиска по ключевым словам в базах текстовой  информации. Механизм поиска работает прежде всего с базой знаний ключевых слов, а уже затем непосредственно  с текстом.

Системы контекстной  помощи можно рассматривать, как  частный случай интеллектуальных гипертекстовых и естественно-языковых систем. В  системах контекстной помощи пользователь описывает проблему (ситуацию), а  система с помощью дополнительного  диалога ее конкретизирует и сама выполняет поиск относящихся  к ситуации рекомендаций. Такие системы  относятся к классу систем распространения  знаний (Knowledge Publishing) и создаются  как приложение к системам документации (например, технической документации по эксплуатации товаров).

Системы когнитивной  графики позволяют осуществлять интерфейс пользователя с ИИС  с помощью графических образов, которые генерируются в соответствии с происходящими событиями.

8. Самообучающаяся  система - это ИИС,  которая на основе  примеров реальной  практики автоматически  формирует единицы  знаний

В основе самообучающихся  систем лежат методы автоматической классификации примеров ситуаций реальной практики (обучения на примерах). Примеры  реальных ситуаций накапливаются за некоторый исторический период и  составляют обучающую выборку. Эти  примеры описываются множеством признаков классификации. Причем обучающая  выборка может быть:

- “с учителем”,  когда для каждого примера  задается в явном виде значение  признака его принадлежности  некоторому классу ситуаций (классообразующего  признака);

- “без учителя”, когда по степени близости  значений признаков классификации  система сама выделяет классы  ситуаций.

В результате обучения системы автоматически строятся обобщенные правила или функции, определяющие принадлежность ситуаций классам, которыми обученная система  пользуется при интерпретации новых  возникающих ситуаций. Таким образом, автоматически формируется база знаний, используемая при решении  задач классификации и прогнозирования. Эта база знаний периодически автоматически  корректируется по мере накопления опыта  реальных ситуаций, что позволяет  сократить затраты на ее создание и обновление.

9. Идентификация проблемной  области

Этап идентификации  проблемной области - определение требований к разрабатываемой ЭС, контуров рассматриваемой  проблемной области (объектов, целей, подцелей, факторов), выделение ресурсов на разработку ЭС.

Этап идентификации  проблемной области включает определение  назначения и сферы применения экспертной системы, подбор экспертов и группы инженеров по знаниям, выделение  ресурсов, постановку и параметризацию решаемых задач.

Начало работ по созданию экспертной системы инициируют руководители компаний. Обычно необходимость  разработки экспертной системы связана  с затруднениями лиц, принимающих  решение, что сказывается на эффективности  функционирования проблемной области. Как правило, назначение экспертной системы связано с одной из следующих областей:

- обучение и консультация  неопытных пользователей;

- распространение  и использование уникального  опыта экспертов;

- автоматизация работы  экспертов по принятию решений;

- оптимизация решения  проблем, выдвижение и проверка  гипотез.

После предварительного определения контуров разрабатываемой  экспертной системы инженеры по знаниям  совместно с экспертами осуществляют более детальную постановку проблем  и параметризацию системы. К основным параметрам проблемной области относятся  следующие:

- класс решаемых  задач (интерпретация, диагностика,  коррекция, прогнозирование, планирование, проектирование, мониторинг, управление);

- критерии эффективности  результатов решения задач (минимизация  использования ресурсов, повышение  качества продукции и обслуживания, ускорение оборачиваемости капитала  и т.д.);

- критерии эффективности  процесса решения задач (повышение  точности принимаемых решений,  учет большего числа факторов, просчет большего числа альтернативных  вариантов, адаптивность к изменениям  проблемной области и информационных  потребностей пользователей, сокращение  сроков принятия решений);

- цели решаемых  задач (выбор из альтернатив,  например, выбор поставщика или  синтез значения, например, распределение  бюджета по статьям);

- подцели (разбиение  задачи на подзадачи, для каждой  из которых определяется своя  цель);

- исходные данные (совокупность используемых факторов);

- особенности используемых  знаний (детерминированность/ неопределенность, статичность/динамичность, одноцелевая/  многоцелевая направленность, единственность/ множественность источников знаний).

10. Формализация базы  знаний

На этапе формализации базы знаний осуществляется выбор метода представления знаний. В рамках выбранного формализма осуществляется проектирование логической структуры базы знаний.

Этап формализации базы знаний - выбор метода представления  знаний, в рамках которого проектируется  логическая структура базы знаний.

Логическая модель предполагает унифицированное описание объектов и действий в виде предикатов первого порядка.

Логическая модель отражает логические связи между  элементами данных вне зависимости  от их содержания и среде хранения.

Логическая модель данных может быть реляционной, иерархической  или сетевой. Пользователям выделяются подмножества этой логической модели, называемые внешними моделями, отражающие их представления о предметной области. Внешняя модель соответствует представлениям, которые пользователи получают на основе логической модели, в то время как  концептуальные требования отражают представления, которые пользователи первоначально  желали иметь и которые легли  в основу разработки концептуальной модели. Логическая модель отображается в физическую память, такую, как диск, лента или какой-либо другой носитель информации.

11. Этапы проектирования  экспертной системы

Этапы создания экспертных систем: идентификация, концептуализация, формализация, реализация, тестирование, внедрение. На начальных этапах идентификации  и концептуализации, связанных с  определением контуров будущей системы, инженер по знаниям выступает  в роли ученика, а эксперт - в роли учителя, мастера. На заключительных этапах реализации и тестирования инженер  по знаниям демонстрирует результаты разработки, адекватность которых проблемной области оценивает эксперт. На этапе  тестирования это могут быть совершенно другие эксперты. На этапе тестирования созданные экспертные системы оцениваются  с позиции двух основных групп  критериев: точности и полезности. Следующий  этап жизненного цикла экспертной системы - внедрение и опытная эксплуатация в массовом порядке без непосредственного  контроля со стороны разработчиков  и переход от тестовых примеров к  решению реальных задач. Важнейшим  критерием оценки становятся соотношение  стоимости системы и ее эффективности. На этом этапе осуществляется сбор критических замечаний и внесение необходимых изменений. В результате опытной эксплуатации может потребоваться  разработка новых специализированных версий, учитывающих особенности проблемных областей. На всех этапах разработки инженер по знаниям играет активную роль, а эксперт - пассивную. По мере развития самообучающихся свойств экспертных систем роль инженера по знаниям уменьшается, а активное поведение заинтересованного в эффективной работе экспертной системы пользователя-эксперта возрастает.

Прототип экспертной системы - это расширяемая (изменяемая) на каждом последующем этапе версия базы знаний с возможной модификацией программных механизмов. После каждого  этапа возможны итеративные возвраты на уже выполненные этапы проектирования, что способствует постепенному проникновению  инженера по знаниям в глубину  решаемых проблем, эффективности использования  выделенных ресурсов, сокращению времени  разработки, постоянному улучшению  компетентности и производительности системы. Пример разработки экспертной системы гарантирования (страхования) коммерческих займов CLUES (loan-uderwriting expert systems).

12. Генетические алгоритмы  и моделирование  биологической эволюции

Генетические Алгоритмы (ГА) - это адаптивные методы функциональной оптимизации, основанные на компьютерном имитационном моделировании биологической  эволюции. Основные принципы ГА были сформулированы Голландом (Holland, 1975), и хорошо описаны  во многих работах и на ряде сайтов в Internet.

Теория Дарвина  традиционно моделируется в ГА, хотя, конечно, это не исключает возможности  моделирования и других теорий эволюции в ГА.

В основе модели эволюции Дарвина лежат случайные изменения  отдельных материальных элементов  живого организма при переходе от поколения к поколению. Целесообразные изменения, которые облегчают выживание  и производство потомков в данной конкретной внешней среде, сохраняются  и передаются потомству, т.е. наследуются. Особи, не имеющие соответствующих  приспособлений, погибают, не оставив  потомства или оставив его  меньше, чем приспособленные (считается, что количество потомства пропорционально  степени приспособленности). Поэтому  в результате естественного отбора возникает популяция из наиболее приспособленных особей, которая  может стать основой нового вида, каждый конкретный генетический алгоритм представляют имитационную модель некоторой  определенной теории биологической  эволюции или ее варианта.

Работа ГА представляет собой итерационный процесс, который  продолжается до тех пор, пока поколения  не перестанут существенно отличаться друг от друга, или не пройдет заданное количество поколений или заданное время. Для каждого поколения  реализуются отбор, кроссовер (скрещивание) и мутация.

13. Этап концептуализации  проблемной области  - построение концептуальной  модели, отражающей  в целостном виде  сущность функционирования  проблемной области  на объектном (структурном), функциональном (операционном), поведенческом (динамическом) уровнях

На этапе построения концептуальной модели создается целостное  и системное описание используемых знаний, отражающее сущность функционирования проблемной области. От качества построения концептуальной модели проблемной области  во многом зависит насколько часто  в дальнейшем по мере развития проекта  будет выполняться перепроектирование базы знаний. Хорошая концептуальная модель может только уточняться (детализироваться или упрощаться), но не перестраиваться.

Результат концептуализации проблемной области обычно фиксируется  в виде наглядных графических  схем на объектном, функциональном и  поведенческом уровнях моделирования:

- объектная модель  описывает структуру предметной  области как совокупности взаимосвязанных  объектов;

- функциональная  модель отражает действия и  преобразования над объектами;

- поведенческая модель  рассматривает взаимодействия объектов  во временном аспекте.

Первые две модели описывают статические аспекты  функционирования проблемной области, а третья модель - динамику изменения  ее состояний. Естественно, что для  различных классов задач могут  требоваться разные виды моделей, а  следовательно, и ориентированные  на них методы представления знаний. Рассмотрим каждую из представленных видов моделей.

Объектная модель - отражение  на семантическом уровне фактуального знания о классах объектов, их свойств  и отношений.

Концептуальное проектирование - сбор, анализ и редактирование требований к данным. Для этого осуществляются следующие мероприятия:

- обследование предметной  области, изучение ее информационной  структуры; 

- выявление всех  фрагментов, каждый из которых  характеризуется пользовательским  представлением, информационными объектами  и связями между ними, процессами  над информационными объектами 

- моделирование и  интеграция всех представлений 

По окончании данного  этапа получаем концептуальную модель, инвариантную к структуре базы данных. Часто она представляется в виде модели "сущность-связь".

Логическое проектирование - преобразование требований к данным в структуры данных. На выходе получаем СУБД-ориентированную структуру  базы данных и спецификации прикладных программ. На этом этапе часто моделируют базы данных применительно к различным  СУБД и проводят сравнительный анализ моделей.