2. Экспертные системы, как одно из направлений развития искусственного интеллекта.

Экспертная система – это интеллектуальная вычислительная система, в которую включены знания опытных специалистов (экспертов) о некоторой предметной области, и которая в пределах этой области способна принимать экспертные решения (давать советы, ставить диагноз).

С помощью ЭС решаются задачи, относящиеся к классу неформализованных или слабо формализованных задач. Алгоритмические решения таких задач или не существуют или такие решения не приемлемы на практике из-за сложности разрешающих алгоритмов. Поэтому ЭС используют логический вывод и эвристический поиск решения.

Преимущества экспертных систем перед человеком-экспертом:

1. Не действует человеческий фактор (нет предубеждений, нет болезней и др.);

2. Не делают поспешных выводов;

3. Работают систематизировано, рассматривая все детали, выбирая наилучшую альтернативу из всех возможных;

4. База знаний может быть очень большой. Знания, введенные один раз, сохраняются навсегда. Человек же имеет ограниченную базу знаний, и если знания долго не используются, то они забываются и утрачиваются навсегда;

5. Устойчивы к помехам, не поддаются влиянию внешних факторов;

6. Не заменяют специалистов, а являются инструментом в его руках.

Основные элементы экспертной системы:

1. База данных (рабочая память) предназначена для хранения исходных и промежуточных данных решаемой в текущий момент задачи.

2. База знаний в ЭС предназначена для хранения долгосрочных данных, описывающих рассматриваемую область и правил, описывающих целесообразные преобразования данных этой области.

Правила служат для представления эвристических знаний (эвристик), т.е. неформальных правил рассуждения, вырабатываемых экспертом на основе опыта его деятельности. Правило определяет, что следует делать в данной конкретной ситуации, и состоит из двух частей: условия, которое может выполняться или нет, и действия, которое следует произвести, если условие выполняется. Все используемые в экспертной системе правила образуют систему правил.

База знаний основывается на одной или нескольких моделях представления знаний, которые можно разделить на универсальные (могут применяться в различных предметных областях) и специализированные (разработанные для конкретной предметной области). К типичным относятся следующие универсальные модели: продукционная, фреймовая, модель семантической сети.

База знаний накапливается в процессе ее построения и может пополняться и модифицироваться инженерами знаний (когнитологами) постоянно.

3. Решатель (другое название – машина логического вывода) – это программа, моделирующая (имитирующая) ход рассуждений эксперта на основании знаний, имеющихся в базе знаний, и данных, введенных пользователем.

Решатель – это «мозг» экспертной системы. С помощью решателя обрабатываются введенные данные и делаются соответствующие выводы.

Основные элементы решателя:

• Интерпретатор - выполняет выбранное задание, применяя соответствующие правила из БЗ;

• Планировщик - управляет процессом выполнения задания, оценивая эффект применения различных правил.

В основе любой экспертной системы лежит дедуктивный метод (вывод по правилам логики)

4. Интеллектуальный интерфейс пользователя - программный комплекс, позволяющий пользователю формировать запросы на языке, близком к естественному, и получать ответы в простой и понятной форме.

ЭС работает в двух режимах: режиме приобретения знаний и режиме решения задач. В режиме приобретения знаний эксперт общается с экспертной системой при посредничестве инженера знаний, в режиме решения задач в общении с экспертной системой участвует пользователь, которого интересует результат и способ его получения.

5. Подсистема приобретения знаний – предназначена для добавления в базу знаний новых правил и модификации имеющихся. Другое название подсистемы - интеллектуальный редактор базы знаний - программа, предоставляющая возможность создавать и пополнять базу знаний в интерактивном режиме. В ее задачу входит приведение правила к виду, позволяющему подсистеме вывода применять это правило в процессе работы. Интеллектуальный редактор включает в себя шаблоны представления знаний, подсказки и другие сервисные средства, облегчающие работу с базой. Хотя подготовленный эксперт может самостоятельно работать с интеллектуальным редактором, в ряде случаев требуется участие инженера по знаниям – специалиста в области искусственного интеллекта, который на основе общения с экспертом занимается формализацией знаний и их помещением в базу.

Источниками знаний экспертной системы могут быть учебники, справочники, материалы конкретных исследований, знания эксперта-профессионала в определенной предметной области, а также автоматическая генерация знаний, которая позволяет часть правил получать автоматически.

6. Подсистема объяснений – программа, позволяющая продемонстрировать, каким образом получен результат, то есть показать цепочку рассуждений электронного эксперта. Подсистема объяснений облегчает инженеру по знаниям выявление ошибок и модернизацию экспертной системы.

В разработке ЭС участвуют представители следующих специальностей:

1. Эксперт в проблемной области, задачи которой будет решать ЭС;

2. Инженер по знаниям - специалист по разработке ЭС;

3. Программист по разработке инструментальных средств, предназначенных для ускорения разработки ЭС.

Особенности экспертных систем.

1. ЭС ограничена определенной предметной областью.

2. ЭС способна рассуждать при сомнительных исходных данных.

3. Машинное обучение - это модификация своей БЗ в процессе работы интеллектуальной системы, адаптация к проблемной области. Аналогична человеческой способности «набирать опыт».

4. Автоматическое доказательство (вывод) - способность системы выводить новые знания из старых, находить закономерности в БЗ. Некоторые авторы считают, что БЗ отличается от базы данных наличием механизма вывода.

5. Интроспекция - это контроль согласованности правил в БЗ, нахождение противоречий, нестыковок в БЗ, слежение за правильной организацией БЗ.

6. Доказательство заключения - способность системы «объяснить» ход её рассуждений по нахождению решения, причем «по первому требованию».

7. В результате работы ЭС формируется не решение задачи, а ставится диагноз, дается рекомендация, совет, как нужно поступать в конкретной ситуации или предположение о том, что произошло с исследуемым объектом.