3.5. Этапы разработки экспертных систем

В настоящее время сложилась определенная технология разработки ЭС, которая включает следующие шесть этапов (рис.3.6):

• идентификация,

• концептуализация,

• формализация,

• выполнение,

• тестирование,

• опытная эксплуатация.

На этапе идентификации определяются задачи, которые подлежат решению, выявляются цели разработки, определяются эксперты и типы пользователей. Идентификация задачи заключается в составлении неформального (вербального) описания, в котором указываются: общие характеристики задачи; подзадачи, выделяемые внутри данной задачи; ключевые понятия (объекты), их входные (выходные) данные; предположительный вид решения, а также знания, относящиеся к решаемой задаче.

Результатом данного этапа является ответ на вопрос, что надо сделать и какие ресурсы необходимо задействовать (идентификация задачи, определение участников процесса проектирования и их роли, выявление ресурсов и целей).На выходе этапа – требования к экспертной системе.

Рис.3.6 Этапы разработки ЭС.

На этапе концептуализации проводится содержательный анализ проблемной области и решаемой задачи, выявляются используемые понятия и их взаимосвязи, определяются методы решения задачи.

Этот этап завершается созданием модели предметной области, включающей основные концепты и отношения. На этапе концептуализации определяются следующие особенности задачи: типы доступных данных; исходные и выводимые данные, подзадачи общей задачи; используемые стратегии и гипотезы; виды взаимосвязей между объектами, типы используемых отношений (иерархия, причина — следствие, часть — целое и т.п.); процессы, используемые в ходе решения; состав знаний, используемых при решении задачи; типы ограничений, накладываемых на процессы, используемые в ходе решения; состав знаний, используемых для обоснования решений. На выходе - понятия и их взаимосвязи.

На этапе формализации выбираются инструментальные средства разработки, определяются способы представления всех видов знаний, формализуются основные понятия, определяются способы интерпретации знаний, разрабатывается программная оболочка (прототип), моделируется работа системы, оценивается адекватность системы.

Выходом этапа формализации является описание того, как рассматриваемая задача может быть представлена в выбранном или разработанном формализме. Сюда относится указание способов представления знаний (фреймы, сценарии, семантические сети и т.д.) и определение способов манипулирования этими знаниями (логический вывод, аналитическая модель, статистическая модель и др.) и интерпретации знаний. В конце этапа имеем структуру системы.

На этапе выполнения осуществляется создание одного или нескольких прототипов ЭС, решающих требуемые задачи, наполнение экспертом базы знаний. В связи с тем, что основой ЭС являются знания, данный этап является наиболее важным и наиболее трудоемким этапом разработки ЭС. Процесс приобретения знаний разделяют на извлечение знаний из эксперта, формализацию знаний, обеспечивающую эффективную работу системы, и представление знаний в виде, понятном ЭС. Процесс приобретения знаний осуществляется инженером по знаниям на основе анализа деятельности эксперта по решению реальных задач. На выходе этапа – программная реализация всех структурных элементов экспертной системы (рис.3.2).

Этап тестирования. В ходе данного этапа производится оценка выбранного способа представления знаний в ЭС в целом. Для этого инженер по знаниям совместно с экспертом подбирает тестовые примеры, обеспечивающие проверку возможностей разработанной ЭС. При подготовке тестовых примеров следует классифицировать их по под проблемам предметной области, выделяя стандартные случаи, определяя границы трудных ситуаций и т.п. Степень соответствия решения тестового примера полученного экспертной системой и известного решения характеризует качество разработки системы. Главным в оценке работы системы является полнота и безошибочность работы правил вывода.

На этом этапе опытной эксплуатации проверяется пригодность ЭС для конечного пользователя. Пригодность ЭС для пользователя определяется в основном удобством работы с ней и ее полезностью. Под полезностью ЭС понимается ее способность в ходе диалога определять потребности пользователя, выявлять и устранять причины неудач в работе, а также удовлетворять указанные потребности пользователя (решать поставленные задачи). В свою очередь, удобство работы с ЭС подразумевает естественность взаимодействия с ней (общение в привычном, не утомляющем пользователя виде), гибкость ЭС (способность системы настраиваться на различных пользователей, а также учитывать изменения в квалификации одного и того же пользователя) и устойчивость системы к ошибкам (способность не выходить из строя при ошибочных действиях неопытного пользователях).

В ходе разработки ЭС почти всегда осуществляется ее модификация. Выделяют следующие виды модификации системы: переформулирование понятий и требований, переконструирование представления знаний в системе и усовершенствование прототипа.