Лекция № 4

5. Проблемы приобретения (извлечения) знаний

Существует несколько проблем инженерии знаний, приводящих к тому, что передача знаний сопряжена с трудностями. Процесс извлечения экспертных знаний нечетко определен и обычно предполагает тесное взаимодействие инженера по знаниям и эксперта в конкретной предметной области. Процесс извлечения знаний часто представляется искусством, так как для этого нет каких-либо формальных процедур или подходящих способов. Однако существует целый ряд неформальных методов, обычно используемых для этой цели специалистам в области инженерии знаний.

Самые распространенные из этих методов:

- интервьюирование специалистов (экспертов);

- анализ протоколов.

Так как оба этих метода имеют много общего, анализ протоколов можно рассматривать как структурированное интервьюирование и потому оказывается более формализованным методом, чем простое интервьюирование, которое обычно проводится специалистом в области инженерии знаний, задающим вопросы эксперту или ставящим перед ним проблемы, подлежащие решению.

От эксперта, в свою очередь, ждут таких ответов или решений, которые удачно объясняют некоторые факты, правила и эвристики, относящиеся к предметной области. Аналогично анализ протоколов предполагает наблюдение специалистом по представлению знаний за процессом решения проблем экспертом в предметной области. Часто эксперту предполагают порассуждать вслух, и попытаться дать словесное описание процесса своей умственной деятельности.

Итак, эксперт должен описать четыре или пять типичных случаев, и подобрать всю документацию, связанную с этими случаями. Затем объяснить инженеру по знаниям, как он подходит к рассмотрению каждого из них, и представить ему пошаговый протокол с описанием каждого шага решения каждой конкретной проблемы.

При возможности процесс рассуждения эксперта формируется в виде эмпирических правил типа “ЕСЛИ-ТО”. Это позволит объяснить процедуру принятия решений экспертом и определить те факты и связи, которые имеют существенное значение для рассуждения эксперта.

Таким образом, одной из форм представления знаний эксперта может быть таблица вида:

№ шага ЕСЛИ (условие) ТО (действие)

Кроме того, целесообразно при описании процедуры принятия решения экспертом отвечать на следующие вопросы:

- существует ли неопределенность при задании фактов или правил?

- являются ли факты достоверными и точными?

- является ли знание полным и достаточным для решения проблемы?

- какие вопросы необходимо задать, чтобы получить это знание?

6. Основные типы экспертных систем

6.1. Эксперты выполняют несколько характерных задач, которые являются типичными. В связи с этим классификация экспертных систем (ЭС) может осуществляться в соответствии с выполняемыми ими задачами.

Необходимо ответить, что конкретная ЭС может относиться сразу к нескольким типам, так как используется для решения нескольких типов задач. В предлагаемой ниже табл. 1 приведены некоторые основные типы ЭС.

Таблица 1

Тип ЭС	Решаемые задачи
Интерпретирующая	Построение описаний ситуации по наблюдаемым данным
Прогнозирующая	Вывод вероятных сведений из заданных ситуаций
Диагностирующая	Заключение о нарушениях в системе по результатам наблюдений, измерении
Контролирующая	Диагностика неисправностей в реальном времени
Планирующая	Разработка плана действий
Проектирующая	Построение конфигураций проектируемого объекта при заданных ограничениях
Обучающая	Управление познавательной деятельностью обучаемого, диагностика его ошибок

6.2. Интерпретирующие ЭС выводят описания ситуаций по наблюдаемым данным. К этой категории относится распознавание, анализ изображении и многие виды анализа информации. Интерпретирующие системы объясняют наблюдаемые данные, приписывая им символьный смысл, описывающий ситуацию или состояния системы, обуславливающие эти данные. Наиболее распространенными системами, решающими задачи интерпретации на сегодня являются ЭС, применяемые в медицине.

6.3. Прогнозирующие системы логически выводят вероятные следствия из заданных ситуаций. К этой категории относятся - предсказание погоды, оценки объемов производства, прогноз спроса на определенную продукцию, направления развития производства и т. п.. Трудности при прогнозировании вытекают из необходимости интегрировать неполную информацию (в противном случае задача сводилась бы к расчету, а не к экспертизе), собранную из разнообразных источников, поскольку “индикаторы будущего” могут находиться повсюду. Модели прогнозирования должны быть условными, т. е. должны учитывать зависимость результатов от вариации входных данных и от исхода непредсказуемых событий даже близкого будущего. Наконец, прогнозы должны нести конструктивную информацию

6.4. ЭС диагностики судят о нарушениях в работе системы по наблюдениям. К этой категории относится диагностика в медицине, электронных схемах, различного промышленного оборудования и т. д. Обычно системы диагностики соотносят наблюдаемые нарушения поведения систем с обусловившими их причинами, опираясь на один из двух методов. В первом, по существу, используется некоторая таблица ассоциативных связей между типами поведения и диагнозами. Во втором методе - совместное использование знаний о том, как устроена система (объект) и знаний о слабых местах объекта и его элементов, позволяет строить предположения о неисправностях, совместимых с наблюдаемыми данными.

Диагностика - типичная функция экспертных систем, получившая широкое распространение.

6.5. Контролирующая ЭС обеспечивает непрерывную интерпретацию данных и сигнализацию при необходимости вмешательства в контролируемый процесс. Функция контроля по существу является диагностической, однако на ее выполнение накладываются дополнительные ограничения - работа в реальном времени и высокая степень надежности для предотвращения “ложной тревоги”.

Основные затруднения контроля связаны с тем, что симптомы критических ситуаций могут варьироваться во времени и при изменении окружающих условий. Именно поэтому осуществление эффективного контроля требует высокой степени понимания и компетентности.

6.6. Планирующая ЭС формирует программу действий, направленных на достижение заранее заданных целей. План должен учитывать ограниченность ресурсов и противоречия в целях, неполноту данных и возможности изменения их во времени. Планирование опирается на результаты прогнозов, поэтому на него распространяются требования и проблемы прогнозирования.

Трудности формирования плана вытекают из объема и сложности задачи, обилия подробностей и неясностей, а также большого числа будущих исполнителей плана. Все это придает особую значимость способностям экспериментировать с альтернативными планами, устанавливать приоритеты и сосредотачиваться на наиболее важных моментах, подготавливаться к непредвиденным обстоятельствам, составлять и координировать фрагменты плана, ориентированные как на достижение определенных подцелей, так и на отдельных его исполнителей. Планирование в самых разнообразных прикладных областях - от решения математических задач до военных действий - реализуется большим числом экспертных систем.

6.7. Проектирующая ЭС обеспечивает подготовку спецификации на создание “объекта”, удовлетворяющего заданным требованиям. Очевидно, что проектирование и планирование имеют много общего. Поэтому целый ряд требований и проблем, перечисленных ранее, справедливы и здесь: это - условности и трудности оценки последствий проектных решений, проблемы многовариантности, координации и др.

Автоматизация проектирования является областью активной деятельности создателей экспертных систем. В этой области есть ряд внедренных и экспериментальных разработок, которые решают типичные машиностроительные задачи, синтезируют программы или химические соединения, строят новые понятия и законы.

6.8. Обучающая ЭС обеспечивает адаптивное управление познавательной деятельностью обучаемого на каждом шаге обучения с учетом предыстории обучения. Она генерирует учебные воздействия, адекватные знаниям обучаемого. Обеспечивает диагностику его ошибок. Предоставляет возможность обучаемому задавать вопросы типа “КАК?” и “ПОЧЕМУ?” в заданной предметной области обучения и синтезирует ответы на них. Существует ряд обучающих ЭС в различных предметных областях обучения, обеспечивающих минимизацию времени обучения при сохранении требуемого качества подготовки.

Контрольные вопросы.

1. На какие вопросы целесообразно отвечать при описании процедуры принятия решения экспертом?

2. Что объясняют интерпретирующие системы?

3. Раскройте понятие прогнозирующих систем.

4. Назовите назначение ЭС диагностики.

5. Объясните суть контролирующей ЭС.

6. Что формирует планирующая ЭС?

7. Что обеспечивает проектирующая ЭС?

8. Охарактеризуйте обучающую ЭС.

15