1.7. Экспертные системы
В качестве примера системы автоматизированного моделирования рассмотрим экспертные системы (ЭС).
Необходимо знать, что ЭС – это программные системы для ПК, моделирующие действия эксперта-человека при решении задач различного предметного назначения, на основе накопленных знаний, составляющих базу знаний (БЗ).
ЭС включает в себя, как правило, три основных системных элемента: базу знаний, машину вывода, интерфейс пользователя (рис. 1.14). База знаний (БЗ) содержит информацию о том, что известно о предметной части исследования в настоящий момент. Знания обычно представляются в виде фактов, процедур и правил манипулирования фактами, а также в виде информации о том, когда и как следует применять.
Рис. 1.14. Элементы экспертной системы
БЗ представляет собой более высокий уровень абстракции в записи информации, чем база данных, вследствие своего символьного, а не числового или буквенного содержания. Она создается людьми (экспертами). Группа экспертов обеспечивает загрузку в БЗ фактов, наблюдений и способов анализа ситуаций, которые записываются в виде символьных логических правил. Характерной чертой БЗ является возможность накапливания знаний в процессе функционирования ЭС. В современных ЭС, как правило, используются три основных способа представления знаний – это правила, семантические сети и фреймы.
Необходимо знать, что представление знаний, основанное на правилах, построено на использовании выражений виде ЕСЛИ (условие) – ТО (действие). Например: «ЕСЛИ значение критерия Фишера Fp в статистических исследованиях ТП меньше критического Fp<Fkp, ТО статистические данные однородны (они принадлежат одной генеральной совокупности) и др.». Правила обеспечивают естественный способ описания процессов, управляемых сложной и быстро изменяющейся внешней средой.
Семантическая сеть представляется в виде графа, вершинами которого являются описания конкретных объектов и соответствующих понятий, дугами – отношения между понятиями, отображающими связи, существующие между предметами и их свойствами.
Фрейм – это единица (квант, атом) информации, которая минимально необходима для описания объекта (предмета). Фреймы представляют собой локальные семантические сети иерархического типа. На самом верхнем уровне фрейма представляется фиксированная информация – факты, касающиеся состояния объекта, которые считаются истинными. На последующих уровнях расположено множество так называемых слотов. Слоты могут заполняться в процессе функционирования ЭС, что обеспечивает свойство адаптивности и настраиваемости данных.
Нужно помнить, что фреймовые представления знаний обеспечивают модульную структуру БЗ.
Машина вывода предназначена для обработки информации БЗ в соответствии с запросами пользователя, формирования и вывода решений.
Задача интерфейса пользователя состоит в организации обмена информации между системой (тоже машиной вывода) и пользователем. В мощных ЭС существует интерфейс на естественном языке, в менее мощных – разрабатываются специальные языки.
Компьютерную часть системы представляют компоненты технического и программного обеспечений.
Необходимо помнить, что ЭС – это человеко-машинные (автоматизированные) системы. Главное их отличие от обычных программных систем (САПР, АСУ и др.) заключается в том, что они манипулируют знаниями, а не данными.