3. Методика разработки базы знаний с применением программных средств экспертной системы ReSolver

Инструмент программного обеспечения ReSolver – это средство разработки баз знаний, называемое здесь оболочкой экспертной системы ReSolver. В базе знаний ReSolver применена модель представления знаний совокупности продукционных правил типа «ЕСЛИ - ТО». В общем виде под продукцией понимается выражение следующего вида:

(i); Q; Р; А=>В; N.

Здесь i -имя продукции;

Q - сфера применения продукции (предметная область знаний);

А=>В - ядро продукции:

IF A <antecedent> THEN B <consequent>;

Р - условие применимости ядра продукции ;

N - постусловие продукции.

В продукционном правиле ядро продукции состоит из двух частей: условной части (антецедент) и заключения (консеквент). Антецедент состоит из элементарных предложений, описывающих условную часть правила (например, значения переменных), соединенных логическими связками (И, ИЛИ). Консеквент включает одно или несколько предложений, которые выражают некоторый факт или указание на некоторое действие, подлежащее исполнению. Пример правила, которое выводит новую информацию на основе существующей информации: «ЕСЛИ клиент обратился за кредитом И клиент еще не оплатил свой кредит в согласованные сроки платежа И долг большой ТО Риск кредита высокий».

Для обработки знаний в условиях неопределенности каждому правилу следует сопоставить коэффициент уверенности.

Правила в ReSolver формируются в виде «дерева решений» - графа, в котором существует единственный путь между любыми двумя вершинами. Каждый внутренний узел дерева решений представляет некоторое свойство, например, кредитную историю или доход. Каждому возможному значению этого свойства соответствует ветвь дерева. Узлы-листья отражают результаты классификации, в частности, низкий или средний риск.

Разработка базы знаний в ReSolver предполагает выполнение следующих этапов.

1. Определение параметров создаваемой ЭС (наименования, способа задания коэффициента уверенности).

2. Описание всех возможных целей (Goals), которые мог бы достичь эксперт, решая поставленную задачу.

3. Составление вопросов, которые будут использоваться для описания проблемы, или задание переменных (описание признаков).

4. Построение базы правил в форме дерева решений и набора продукционных правил.

5. Проверка достоверности базы знаний.

6. Контроль эффективности работы системы в режиме консультации.

Далее представлено подробное описание перечисленных этапов.

1. После запуска ReSolver на экране появится заставка с логотипом ReSolver Inc. Интерфейс пользователя в программе англоязычный, в тексте даются пояснения значений элементов интерфейса. Доступными в начале работы являются лишь два пункта меню – “File” и “Help”. Пункт меню “File” дает возможность либо открыть уже существующий файл (Open), либо создать новый (New). Выбрав пункт “New”, пользователь получает возможность ввести имя файла, в котором будет содержаться создаваемая система.

После ввода имени файла на экране появится окно (рис. 1.2), при помощи которого разработчик системы дает ей название в соответствии с рассматриваемой предметной областью (Subject), определяет автора (Author).

Рис. 1.2. Определение начальных параметров системы

В этом окне пользователь должен задать также способ определения коэффициента уверенности (Confidence Mode):

“0-10” – система должна выбрать одно или несколько решений из набора возможных, для каждого из которых можно определить степень уверенности в его точности.

“Increment/Decrement” – система должна дать положительное или отрицательное заключение. При движении системы к заключению она добавляет или вычитает 1 от базового значения. В результате, если базовое значение отрицательное, то и заключение – отрицательное и наоборот.

“Yes/No” – если система должна дать односложный ответ на определенный вопрос и т.д.

Используя копки Starting/Ending, разработчик может задать текст, который система будет выдавать на экран в начале и в конце работы.

Более подробную информацию можно получить в меню Help.

Введя всю требуемую информацию, разработчик получает возможность непосредственно приступить к созданию БЗ.

2. Первым этапом создания БЗ является описание всех возможных целей (goals). Такие цели содержатся в заключительной части правил (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Выбор целей на примере выбора конфигурации компьютера

Представленное выше окно появится после заполнения окна “Параметры” (Parameters). Функции кнопок в окне “Goals” представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1. Функции кнопок в окне “Goals”

Кнопка	Выполняемое действие
NEW	Создать новую цель
EDIT	Отредактировать текущую цель
DELETE	Удалить текущую цель
FIND	Найти цель
WHERE	Где используется текущая цель
MOVE	Изменить последовательность целей
HELP	Вызвать справку

3. Вторым этапом создания БЗ является составление вопросов (questions), которые будут использоваться, чтобы помочь пользователю задать значения входных переменных в описании проблемы (рис. 1.4). Альтернативный способ задания переменных с применением опции меню “Переменные” (Variables) используется, в основном, для описания количественных, а не качественных признаков; в иных случаях удобнее определять значения переменных из ответов на вопросы, задаваемые пользователю. Функции кнопок в окне “questions” представлены в табл. 1.2.

Рис. 1.4. Определение вопросов для выбора конфигурации компьютера

Таблица 1.2. Функции кнопок в окне “Questions”

Кнопка	Выполняемое действие
NEW	Создать новый вопрос
EDIT	Отредактировать текущий вопрос
DELETE	Удалить текущий вопрос
FIND	Найти вопрос
WHERE	Где используется текущий вопрос
SCREEN	Создать экран для ввода данных (кнопка позволяет создавать интерфейс пользователя параллельно с созданием базы знаний)
HELP	Вызвать справку

На каждый вопрос пользователю предоставляются варианты ответов (choices), выбираемые в зависимости о конкретной ситуации принятия решений. Каждый ответ на вопрос определяет значение переменной в условной части правила принятия решений – пункты, которые система будет выбирать в каждой развилке дерева решений (рис. 1.5). Функции редактирования вопросов с помощью кнопок интерфейса в окне “Questions” представлены в табл. 1.2.

Рис. 1.5. Определение альтернатив для выбора конфигурации компьютера

4. Следующим этапом создания базы знаний является построение базы правил на основе введенных ранее вопросов и целей. Построение дерева решений начинается в окне Trees (рис. 1.6).

Таблица 1.3. Функции кнопок в окне “Trees”

Кнопка	Выполняемое действие
NEW	Создать новое дерево
EDIT	Отредактировать существующее дерево
CONVERT	Конвертация дерева решений в отдельные правила
DELETE	Удалить выбранное дерево

Рис. 1.6. Формат экрана для выбора существующего или создания нового дерева решений

Нажав кнопку “New” и введя название нового дерева, разработчик получает доступ к окну, изображенному на рис. 1.7. Двойным щелчком на прямоугольнике красного цвета вызывается окно “Добавление элемента” (Add Element).

Рис. 1.7. Построение дерева решений

В окне “Добавление элемента” (Add Element) имеются 2 основные области:

• выбор элемента IF (условие) для добавления – кнопка позволяет добавлять в дерево узлы ветвления,

• выбор элемента THEN (заключение) – кнопка позволяет добавлять в дерево узлы заключений.

Дерево решений строится соответственно логике принятия решений, применяемой экспертом на практике. Например, дерево решений, изображенное на рисунке 1.8, предназначено для выдачи заключения о конфигурации компьютера.

Рис. 1.8. Фрагмент дерева решений для выбора конфигурации компьютера

Меню “Правила” (Rules) позволяет создавать правила принятия решений. Построение правил начинается в окне Rules (рис. 1.12).

Таблица 1.4 Функции кнопок в окне “Rules”

Кнопка	Выполняемое действие
NEW	Создать новое правило
EDIT	Отредактировать существующее правило
DELETE	Удалить выбранное правило
Move	Переместить выбранное правило
Help	Вызов справки

Нажав кнопку “New” разработчик получает доступ к окну создания правила, изображенному на рисунке 1.9.

В правиле имеются условная часть (IF) и заключение (THEN). Для того чтобы добавить элемент в правило, необходимо переместить курсор в редактируемую область и в разделе “Add” выбрать требуемый элемент. Правило может содержать: вопросы (Question), переменные или математические формулы (Var/Math), цели (Goals), команды (Command). Так, для добавления вопроса в часть условия необходимо переместить курсор “Add” в поле IF и щелкнуть по кнопке “Question” в разделе “Add”. Из предложенного перечня вопросов (раздел Select question) и вариантов ответов (раздел Select choice) нужно выбрать один из вопросов с вариантом ответа (рис. 1.10) и нажать кнопку “OK”. Для добавления целей в часть заключения требуется переметить курсор в поле THEN и в разделе “Add” нажать кнопку “Goal”. В появившемся окне (рис. 1.11) выбрать требуемое заключение и коэффициент уверенности.

Рис. 1.9. Создание правила

Рис. 1.10. Добавление условия в правило

Рис. 1.11. Добавление цели в правило

Для редактирования правила используются кнопки в разделе “Edit” (рис. 1.9, табл. 1.5).

Таблица 1.5 Функции кнопок в разделе “Edit”

Кнопка	Выполняемое действие
Change	Изменить выбранный элемент правила
DELETE	Удалить выбранный элемент правила
And/or	Изменить оператор соединения элементов правила
Copy	Копировать в буфер выбранный элемент правила
Paste	Вставить из буфера элемент правила

Правила строятся соответственно логике принятия решений, применяемой экспертом на практике. Например, правило, изображенное на рисунке 1.12, предназначено для выдачи заключения о конфигурации компьютера и соответствует условиям выбора, приведенным на рисунке 1.8.

Рис. 1.12. Формирование правил принятия решения

5. Меню “Проверка достоверности” (Validation). Эксперт ReSolver проверяет систему на наличие логических ошибок (рис. 1.13). Чтобы проверить вашу систему, щелкните кнопкой “Проверка системы” (Check system). Если эта кнопка имеет красную границу, правила редактировались после предыдущей проверки.

Рис. 1.13. Окно проверки системы на наличие логических ошибок

ReSolver сначала делает быстрый контроль системы. Если ошибки найдены при быстром контроле, ReSolver спрашивает, продолжать ли полную проверку.

Полный контроль большой системы может занимать значительное время, поэтому обычно, если ошибки найдены при быстром контроле, лучше исправить их перед выполнением полного контроля. При полном систематическом испытании системы будет выполняться проверка всех возможные комбинации значений переменных в условной части правил и заключений.

Целью проверки является выявление противоречий в правилах. Поскольку в дереве решений используются только те комбинации логических условий, которые допустимы в рассматриваемой области знаний, фактическое количество проверок часто меньше максимального. Если число проверок для полного систематического контроля очень велико, Resolver предложит Вам вариант случайных испытаний.

Случайное испытание не такое полное, как систематическое, но позволяет проверить большую систему. Любые найденные ошибки будут показаны в окне Эксперта (рис. 1.14). На экране показано сообщение об ошибке, заключающейся в незаконченности дерева решений (не указаны цели).

Рис. 1.14.Отображение найденных в системе ошибок

Чтобы получить более детальные сведения относительно ошибки, щелкните кнопкой Детали (Details). Будет показано другое окно с дополнительными деталями относительно ошибки. Так, для ошибки “Goals Not Used” система определяет перечень неиспользованных заключений (рис. 1.15).

Рис. 1.15. Перечень неиспользуемых в системе заключений

Как только система была проверена, генерируется файл отчета. Этот файл носит название < системное имя >. ERR. Его можно просмотреть и отпечатать (рис. 1.16). Это можно сделать в ReSolver, щелкнув кнопкой Отчет (Report).

Рис. 1.16. Файл отчета об ошибках системы

Файл Отчет содержит информацию относительно найденных ошибок, использованных переменных, целей и разработанных правил. Эта информация может быть использована для анализа эффективности работы по созданию базы знаний.

После проверки дерева решений оно может быть преобразовано в правила, составляющие содержание базы знаний.

6. Запуск системы, проверка ее эффективности. После устранения выявленных в работе системы ошибок возможен ее запуск командой Options, Run. В режиме консультации пользователь отвечает на вопросы экспертной системы и/или непосредственно вводит значения переменных. В результате обработки введенных фактов на основе правил в составленной базе знаний система формирует заключение, предлагаемое пользователю в качестве решения (рис. 1.17). Согласие эксперта с предлагаемым пользователю ЭС решением подтверждает эффективность разработанной системы.

Рис. 1.17. Работа ЭС в режиме консультации