5.3. Экспертные системы

До сих пор мы почти не говорили об ЭВМ, хотя трудно себе представить какую-либо практически используемую модель в металлургии и машиностроении иначе, чем в виде программы для ЭВМ того или иного класса. Студентов большинства технических вузов с первого курса учат про­граммированию, однако, редко учат целенаправленно строить модели.

Чем же характеризуются экспертные системы»? Вот какие функции они выполняют:

• хранение знаний в определенной предметной области (например, в металлургии и машиностроении): факты, описание событий и закономерностей; обладание комплексом логических средств для выведения новых знаний, а также для выявления закономерностей, обнаружения противоречий; постановка по запросу задачи, уточнение поста­новки и нахождение решения;

• объяснение пользователю, каким образом получено решение задачи.

Кроме этого, в обязанности системы входят еще две дополнительные функции, которые желательны, но не обязательны:

• вызывать доверие (быть «дружелюбной»), т. е. сообщать такую информацию, которая повышает доверие пользователя к экспертной системе;

• иметь возможность рассказать о себе и о своей собственной структуре.

Еще одна отличительная особенность экспертной системы заключается в том, что она открыта для обучения, «впитывает» знания.

В памяти экспертной системы должен храниться большой объем знаний по той или иной предметной области (медицине, металлургии и т. п.). Эти знания могут включать информацию, взятую из учебников и монографий, сведения, полученные от опытных и компетентных в данной области специалистов, а также информацию, накопленную в процессе эксплуатации экспертной системы данным пользователем.

Так что же такое экспертные системы? Это — про­граммы, предназначенные для решения задач, обычно считающихся трудными и требующих наличия знаний. Их называют «основанными на знаниях», потому что их действия в значительной мере зависят от оперирования фактами и эвристическими приемами, которыми пользуются эксперты.

Для каждой экспертной системы характерны три основных элемента: распорядитель знаниями; база знаний; ситуационная модель.

Распорядитель знаниями, как правило, обращается к информации, содержащейся в базе знаний, для ин­терпретации текущих данных в ситуационной модели. Чем обширнее и полнее база знаний, тем меньше на грузка на логику выводов, которая имеется у распорядителя знаниями при подготовке ответа на запрос. Следовательно, способности системы определяются скорее глубиной её знаний, чем способностью рассуждать. Однако это справедливо, если пользователь заинтересован в получении полезного ответа на свой первоначальный вопрос.

Помимо оперирования базами знаний распорядитель также участвует в пополнении знаний (развитии базы знаний за счет их пополнения и модификации) и выдаче объяснений.

Экспертная система может работать на нескольких уровнях: относительно поверхностно, если требуется быстрый ответ, и более тщательно, если необходимо провести сложный анализ.

Что же такое «база знаний», которая является одной из основных частей любой экспертной системы? Термин «знания» в работах по искусственному интеллекту так же значителен, как термин «данные» в области програм­мирования.

Переход от данных к знаниям есть логическое след­ствие развития и усложнение информации, обрабаты­ваемой на ЭВМ.

Рассмотрим особенности знаний, которые отличают их от данных.

1. Знания отличаются тем, что в них всегда присут­ствует возможность содержательной интерпретации.

Данные, помещенные в ЭВМ, могут содержательно интерпретироваться соответствующей программой.

2. Наличие классифицирующих отношений. Между отдельными единицами знаний можно установить такие отношения, как «элемент - множество», «тип—подтип», «ситуация—подситуация», отражающие характер взаимосвязи, что позволяет компактно хранить информацию. Для данных приходится многократно описывать одни и те же сведения.

3. Наличие ситуативных связей для знаний. Эти связи определяют ситуативную совместимость отдельных событий или фактом, а так же такие отношения, как одновременность, расположение в одной области про­странства, нахождение в состоянии механического взаимодействия и т. п. Ситуативные связи дают возможность строить процедуры анализа знаний на совме­стимость, противоречивость и другие, которые трудно реализовать при хранении традиционных массивов данных.

Появление знаний как информационных объектов определило переход от баз данных к базам знаний. Центральным вопросом при создании базы знаний, является выбор способа представления (т. е. описания) знаний, а по существу,— модели представления знаний. Совокупность модели представления знаний и связанных с ней процедур образует систему представления знаний. Разработкой таких систем должны заниматься специалисты новой профессии — так называемые инженеры знаний. Пока их нигде в мире не готовят...

Экспертные системы могут «впитать» в себя все те локальные модели, которые создавались и создаются в металлургии и машиностроении. Ведь сами модели — это определенные знания, а системы позволяют на их основе получать новые знания. Это – во-первых. Во-вторых, с по­мощью экспертных систем существенно облегчится сама процедура построения моделей, так как система является экспертом в предметной области и будет много знать о том объекте, который нужно моделировать.

Наконец, с помощью систем такого плана можно решать задачи творческого характера, теорию решения которых развивают в основном российские ученые.

Вопросы для самоподготовки

1. Перечислите основные задачи инженерной деятельности?

2. В чем заключается аналитическая работа при проектировании?

3. С какой целью делается технико – экономический анализ обьекта проектирования?

4. Какие методы используются при технико-_ экономическом анализе?

5. Назначение экспертных систем?