1.3.4.2. Экспертные системы, методика построения

В настоящее время сложилась определенная технология разработки ЭС, которая включает следующие шесть этапов:

1. Идентификация.

2. Концептуализация.

3. Формализация.

4. Разработка прототипа.

5. Экспериментальная эксплуатация.

6. Разработка продукта.

7. Промышленная эксплуатация.

1.3.4.3. Этап-1: "Идентификация"

На этапе идентификации производится:

– неформальное осмысление задач, которые должна решать создаваемая ЭС;

– формирование требований к ЭС;

– определение ресурсов, необходимых для создания ЭС.

В результате идентификации функционально определяется что должна делать ЭС и что необходимо для ее создания.

Идентификация задачи заключается в составлении неформального (вербального, т.е. словесного) описания, в котором указываются:

– общие характеристики задачи;

– подзадачи, выделяемые внутри данной задачи;

– ключевые понятия (объекты), их входные и выходные данные;

– предположительный вид решения;

– знания, относящиеся к решаемой задаче.

В процессе идентификации задачи инженер по знаниям и эксперт работают в тесном контакте.

Начальное неформальное описание задачи, данное экспертом, затем используется инженером знаний для уточнения терминов и ключевых понятий.

Эксперт корректирует описание задачи, объясняет, как решать ее и какие рассуждения лежат в основе того или иного решения.

После нескольких циклов, уточняющих описание, эксперт и инженер по знаниям получают окончательное неформальное описание задачи.

При создании ЭС основными видами ресурсов являются:

– источники знаний (эксперты);

– инженеры знаний и программисты;

– инструментальные программные средства (экспертные оболочки);

– вычислительные средства;

– время разработки;

– объем финансирования.

1.3.4.4. Этап-2: "Концептуализация"

На данном этапе проводится содержательный анализ проблемной области, выявляются используемые понятия и их взаимосвязи, определяются методы решения задач.

Этот этап завершается созданием модели предметной области, включающей основные концепты и отношения между ними. 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 ПО, 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.

Существует два подхода к процессу построения модели предметной области:

1. Атрибутивный подход (атрибутами называют существенные признаки) предполагает наличие полученной от экспертов информации в виде цепочек: "Класс (градация классификационной шкалы) – объект обучающей выборки – атрибут (описательная шкала) – значение атрибута (градация описательной шкалы)". Этот подход развивается в рамках направления, получившего название формирование знаний или "машинное обучение" (machine learning).

2. Структурный или когнитивный подход, основан на выделении элементов предметной области, их взаимосвязей и семантических (смысловых) отношений.

Атрибутивный подход требует полной информации о предметной области: об объектах, их атрибутах и о значениях атрибутов, а также дополнительной обучающей информации о принадлежности конкретных объектов к обобщенным классам, задаваемой экспертом. Отметим, что атрибутивный подход в экспертных системах имеет очень много общего с методами, применяемыми в распознавании образов.

Структурный подход к построению модели предметной области предполагает выделение следующих когнитивных элементов знаний:

1. Понятия.

2. Взаимосвязи.

3. Метапонятия.

4. Семантические отношения.

Выделяемые понятия предметной области должны образовывать систему, под которой понимается совокупность понятий, обладающая следующими свойствами:

– минимальностью (уникальностью, отсутствием избыточности);

– полнотой (достаточно полным описанием различных процессов, фактов, явлений предметной области);

– достоверностью (адекватностью, валидностью – соответствием выделенных единиц смысловой информации их реальным наименованиям).

Существует ряд методов выявления иерархической системы понятий и метапонятий (включая отношения между ними), позволяющей адекватно отразить предметную область:

1. Метод локального представления.

2. Метод вычисления коэффициента использования.

3. Метод формирования перечня понятий.

4. Ролевой метод.

5. Метода составления списка элементарных действий.

6. Методе составление оглавления учебника.

7. Текстологический метод.

8. Метод свободных ассоциаций для определения "смыслового расстояния" между понятиями.

9. Методе "сортировки карточек".

10. Метод обнаружения регулярностей.

11. Методы семантического дифференциала и репертуарных решеток.

Перечисленные методы применяются на этапе концептуализации при построении модели предметной области. Подробнее они описаны в упомянутой выше работе С.Л. Сотника.