Биотехнические системы и технологии (Семенова ФИБС БТС 11 семестр) / Лекции 1-6

Типичные категории способов применения медицинских ЭС

Медицинские ЭС разрабатываются для решения разного рода проблем, но основные типы их деятельности можно сгруппировать в категории, приведенные в таблице.

Этапы разработки ЭС

Переформулирование

Этап 1. Идентификация

Определяются задачи, которые подлежат решению. Планируется ход разработки прототипа экспертной системы, определяются: нужные ресурсы (время, люди, ЭВМ и т.д.), источники знаний (книги, дополнительные специалисты, методики), имеющиеся аналогичные экспертные системы, цели (распространение опыта, автоматизация рутинных действий и др.), классы решаемых задач и т.д. Этап идентификации – это знакомство и обучение коллектива разработчиков.

На этом же этапе разработки экспертных систем проходит извлечение знаний. Инженер по знаниям помогает эксперту выявить и структурировать знания, необходимые для работы экспертной системы, с использованием различных способов: анализ текстов, диалоги, экспертные игры, лекции, дискуссии, интервью, наблюдение и другие. Извлечение знаний – это получение инженером по знаниям более полного представления о предметной области и методах принятия решения в ней.

Этап 2. Концептуализация

Выявляется структура полученных знаний о предметной области. Определяются: терминология, перечень главных понятий и их атрибутов, структура входной и выходной информации, стратегия принятия решений и т.д. Концептуализация – это разработка неформального описания знаний о предметной области в виде графа, таблицы, диаграммы либо текста, которое отражает главные концепции и взаимосвязи между понятиями предметной области.

Этап 3. Формализация

На этапе формализации все ключевые понятия и отношения, выявленные на этапе концептуализации, выражаются на некотором формальном языке, предложенном (выбранном) инженером по знаниям. Здесь он определяет, подходят ли имеющиеся инструментальные средства для решения рассматриваемой проблемы или необходим выбор другого инструментария, или требуются оригинальные разработки.

Этап 4. Реализация

Создается прототип экспертной системы, включающий базу знаний и другие подсистемы. На данном этапе применяются следующие инструментальные средства: программирование на обычных языках (Паскаль, Си и др.), программирование на специализированных языках, применяемых в задачах искусственного интеллекта и др. Четвертый этап разработки экспертных систем в какой-то степени является ключевым, так как здесь происходит создание программного комплекса, демонстрирующего жизнеспособность подхода в целом.

Этап 5. Тестирование

Прототип проверяется на удобство и адекватность интерфейсов ввода-вывода, эффективность стратегии управления, качество проверочных примеров, корректность базы знаний. Тестирование – это выявление ошибок в выбранном подходе, выявление ошибок в реализации прототипа, а также выработка рекомендаций по доводке системы до промышленного варианта.

Этап 6. Опытная эксплуатация

Проверяется пригодность экспертной системы для конечных пользователей. По результатам этого этапа может потребоваться существенная модификация экспертной системы.

Данные и знания

Данные представляют собой описания и значения объектов, представленных в заданной форме, например в виде значений констант и переменных.

Знания – это представленная на естественном языке в соответствии с предметной областью совокупность данных, фактов и правил вывода, включающая информацию о свойствах объектов, закономерностях процессов

и явлений, а также правилах использования этой информации в целях

констатации фактов или принятия решений.

Под данными понимают отдельные факты, характеризующие объекты, процессы и явления предметной области, а также их свойства. При обработке на ЭВМ данные трансформируются и проходят различные этапы. Рассматривают данные как результат измерений и наблюдений, данные на

материальных носителях информации (таблицы, протоколы, справочники),

модели (структуры), данные в виде диаграмм, графиков, функций, а также данные в компьютере на языке описания данных и базы данных на машинных носителях информации.

Под знаниями понимают закономерности предметной области (принципы, связи, законы), полученные в результате практической деятельности и профессионального опыта. Знания позволяют ставить и решать задачи

предметной области и при обработке на ЭВМ трансформируются в различные

структуры.

Приобретение и формализация знаний

Приобретение знаний – это процесс передачи знаний и опыта по решению определенного класса задач от источника информации (эксперт, специальная литература, справочно-нормативные сведения, набор данных и др.) в БЗ ЭС. Процесс приобретения и структуризации знаний, т.е. представление их в виде, пригодном для загрузки в БЗ, чрезвычайно важен и сложен. В этом процессе

обычно участвуют специалисты двух направлений: эксперт и инженер по

знаниям (аналитик).

Терминология, используемая экспертом, часто оказывается не применимой для загрузки в БЗ, и при совместном взаимодействии расширяется и уточняется, структурируются предметные знания, определяются и формализуются концепции. В сложных ситуациях в осуществлении процесса приобретения знаний принимают участие также и программисты. В результате организуется цепочка взаимодействия специалистов трех направлений «эксперт – инженер по знаниям - программист». Схема приобретений знаний представлена на рис. 5. В верхней его части представлены участники процесса, а в нижней – функции, выполняемые специалистами в ходе процесса. Распределение функций между специалистами указано стрелками.