Лабораторна робота № 5.2. (4 год.) Побудова ймовірнісної ес в середовищі “Малої експертної системи”

Мета: Навчитися аналізувати, описувати і реалізувати ймовірнісну ЕС Байєсового логічного виведення за допомогою “Малої експертної системи”.

Теоретичні відомості

1. Система логічного виведення Байєса

Спрощена схема ЕС байєсової логичного виведення має три складові:

1. База знань.

2. Машина (блок) логічного висновку.

3. Інтерфейс користувача.

Для побудови ЕС сучасними засобами розробки потрібно побудовати базу знань на основі певної моделі подання знань, а інтерфейс користувача і машина логічного висновку звичайно є складовими частинами засобу розробки.

В основу Байєсової моделі подання знань покладена теорема умовної імовірності Байєса:

P_{апостер} = Py * P_апр / ( Py * P_апр + Pn * ( 1 – P_апр ) )

P_апр – апріорна (додослідна) імовірність виникнення події А незалежно від інших подій.

Py – імовірність виникнення події В як ознаки виникнення події А.

Pn – імовірність виникнення події В без виникнення події А (внаслідок інших подій).

P_{апостер} – апостеріорна (післядослідна) імовірність виникнення події А з врахуванням події В як ознаки виникнення події А.

2. Мала експертна система

Мала експертна система (МЕС) – це засіб розробки ЕС, призначений для побудови на основі Байєсової (умовної) імовірності експертних систем і проведення консультацій з ними.

Для роботи з ЕС в МЕС призначені два інструментальні засоби - Мала експертна система 2.0 і Редактор баз знань (РБЗ).

Побудова експертної системи у середовищі МЕС полягає в побудові бази знань ЕС у РБЗ (або у зовнішньому текстовому редакторі).

Машина логічного висновку і інтерфейс користувача є складовими частинами оболонки МЕС і використовуються як готові блоки ЕС для проведення консультацій.

3. Порядок побудови бази знань Малої експертної системи і проведення консультації

Для побудови бази знань МЕС і проведення консультації необхідно виконати наступні дії.

1. Визначити предметну область і її елементи.

2. У вікні РБЗ побудувати базу знань обраної предметної області по приведених нижче правилах і зберегти її у файлі з розширенням .mkb в папку Бази знань МЕС.

База знань МЕС складається з трьох зон. Кожна зона повинна закінчуватись одним порожнім рядком.

1.1. Назва бази знань, автор та інша текстова інформація, яка буде виводитись як заголовок консультації.

1.2. Зона свідоцтв. В ній перший рядок є назвою цієї зони (свідоцтва, показники, симптоми і т.п.), при консультації не виводиться. Наступні рядки – це свідоцтва - питання, на які в процесі консультації треба відповісти вводом коефіцієнтів впевненості (від -5 до +5) або вводом ймовірностей (0 -1).

1.3. Зона наслідків, або висновків (в оригіналі рос. исходов). Кожен її рядок має наступну структуру:

Наслідок1, Рапр, 1, Py, Pn, 2, Py, Pn, 3, Py, Pn, 4, Py, Pn, ........

Рапр - апріорна (додослідна) імовірність,

1, Py, Pn, 1 – номер свідоцтва1 з зони свідоцтв, Py - імовірність виникнення свідоцтва 1 як ознаки виникнення наслідка1, імовірність виникнення свідоцтва1 без виникнення наслідка1 (в результаті інших подій). Інші елементи рядка (2, Py, Pn, 3, Py, Pn і т. п.) мають таку ж структуру. .

Наприклад: Грип, 0.01, 1, 0.9, 0.01, 2, 1, 0.01, 3, 0, 0.01

Тут наслідок – Грип.

0.01 – імовірність (Рапр) захворювання будь-якої людини грипом.

1, 0.9, 0.01 – симптом1, наприклад, закладений ніс. При відповіді „так” на це питання імовірність захворювання пацієнта грипом є 0.9 і з імовірністю 0.01 це може бути наслідком інших подій. При відповіді „ні” грип малоймовірний.

2, 1, 0.01 – симптом 2 обов’язковий для грипа (Py=1) і малоймовірний при інших подіях.

3, 0, 0.01 – симптом 3 повинен бути відсутній при грипі (Py=0).

3. Для проведення консультації треба запустити на виконання Малу експертну систему 2.0, відкрити файл потрібної бази знань і виконати діалог у середовищі МЕС (рис 2-5).

Рис.5.1. Інтерфейс користувача МЕС

1 – Вікно активних свідоцтв (питань), потрібних для консультації.

2 – Вікно свідоцтв (питань), відключених з консультації.

3 – Вікно результатів консультації (наслідків).

4 – Вікно вводу відповідей – ймовірностей або коефіцієнтів впевненості.

5 – Перемикач типу відповідей – ймовірностей або коефіцієнтів впевненості.

6 – Вікно відображення всіх відповідей з ймовірностями (коефіцієнтами впевненості).

7 – Вікно з поточним питанням, на яке потрібно відповісти у вікні 4.

На початку у вікні 1 відображаються всі свідоцтва бази знань, у вікні 2 – апріорні імовірності всіх наслідків. Часто доцільно всі свідоцтва перевести з вікна 1 в вікно 2 і повернути в вікно 1 тільки потрібні (кнопками між вікнами 1 та 2).

Перемикачем 5 можна обрати імовірності.

Консультація починається натисканням кнопки , або меню Консультація - Почати консультацію, або клавішею F3.

Питання – свідоцтва по черзі переводяться з вікна 1 в вікно 7, відповіді на них (імовірності) вводяться в вікно 4. По закінченні цього у вікні 3 відображається результат консультації – всі наслідки бази знань з постапріорними (результуючими) ймовірностями. До уваги приймаються наслідки з найбільшими ймовірностями.

Реалізація байєсової моделі Малої експертної системи