Реферат: Экспертные системы

Экспертные системы

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВПО "Российский государственный профессионально-педагогический университет"

Машиностроительный факультет

Кафедра сертификации, метрологии и управлении качеством в машиностроении

Реферат

по Информатике

Экспертные системы

Работу выполнил: Ерохина Т.В.

Группа: ЗКМ-104С

Работу проверил: Садчиков И.А.

Екатеринбург 2015

Оглавление

Введение

. Экспертные системы и их особенности

.1 Что такое экспертная система

.2 Достоинства и недостатки экспертных систем

.3 Структура экспертной системы

. Модели представления знаний

.1 Логическая модель представления знаний

.2 Продукционная модель представления знаний

.3 Представление знаний фреймами

.4 Представление знаний семантическими сетями

. Области применения экспертных систем

Список использованной литературы

Введение

Экспертные системы возникли как значительный практический результат в применении и развитии методов искусственного интеллекта - совокупности научных дисциплин, изучающих методы решения задач интеллектуального (творческого) характера с использованием ЭВМ.

Область искусственного интеллекта имеет более чем сорокалетнюю историю развития. С самого начала в ней рассматривался ряд весьма сложных задач, которые, наряду с другими, и до сих пор являются предметом исследований: автоматические доказательства теорем, машинный перевод, распознавание изображений и анализ сцен, планирование действий роботов, алгоритмы и стратегии игр.

Экспертная система - это набор программ, выполняющий функции эксперта при решении задач из некоторой предметной области. Экспертные системы выдают советы, проводят анализ, дают консультации, ставят диагноз. Практическое применение экспертных систем на предприятиях способствует эффективности работы и повышению квалификации специалистов. Главным достоинством экспертных систем является возможность накопления знаний и сохранение их длительное время. В отличие от человека к любой информации экспертные системы подходят объективно, что улучшает качество проводимой экспертизы.

При создании экспертных систем возникает ряд затруднений. Это, прежде всего, связано с тем, что заказчик не всегда может точно сформулировать свои требования к разрабатываемой системе. Также возможно возникновение трудностей чисто психологического порядка: при создании базы знаний системы эксперт может препятствовать передаче своих знаний, опасаясь, что впоследствии его заменят "машиной". Но эти страхи не обоснованы, так как экспертные системы не способны обучаться, они не обладают здравым смыслом, интуицией. Но в настоящее время ведутся разработки экспертных систем, реализующих идею самообучения.

1. Экспертные системы и их особенности

Целесообразность использования экспертных систем (ЭС) характерна для организаций социального обеспечения, поскольку в данной проблемной области при решении большинства задач (планирование финансово-экономических показателей, консультация по различным организационно-правовым вопросам) приходится опираться на опыт и знания специалистов-экспертов.

Экспертная система позволяет накапливать, систематизировать и сохранять знания, профессиональный опыт тех экспертов, которые решают конкретные задачи наилучшим образом. Накопленные в ЭС знания могут быть использованы на практике неограниченное число раз.

Рисунок 1. Экспертная система в микроскопии МС 100 (TS), Expert Set.

Рассмотрим особенности экспертных систем.

1. ЭС ограничена определенной предметной областью.

. ЭС способна "рассуждать" при сомнительных исходных данных.

. ЭС способна "объяснить" цепочку сделанных ею рассуждений.

. Факты и механизм (программа) формирования выводов четко отделены друг от друга.

. ЭС строится так, чтобы имелась возможность постепенного ее наращивания (расширения) и модернизации.

. В результате работы ЭС формируется диагноз, рекомендация, совет, как нужно поступать в конкретной ситуации или предположение о том, что произошло с исследуемым объектом.

Экспертные системы имитируют процессы принятия решения людьми-экспертами и в состоянии компетентно решать сложные проблемы. Кратко опишем некоторые ЭС, что позволит еще раз наглядно представить сферы использования "электронных советников".

MYCIN (Стэндфордский университет, США) - одна из первых и наиболее известных ЭС, разработана в середине 70-х годов двадцатого столетия. Система предназначена для диагностики инфекционных заболеваний.

JUDITH - одна из первых юридических ЭС, позволявшая юристам получать экспертные заключения по гражданским делам. Разработана в 1975 г. в Гейдельбергском и Дармштадтском университетах (Германия).

INTERNIST(США). ЭС диагностирует несколько сотен болезней с точностью, которая сопоставима с точностью диагноза, сделанного квалифицированным врачом.

PROSPECTOR - экспертная система, которая помогает геологам в поиске новых полезных ископаемых. На основании информации, введенной в ЭВМ с географических карт, из обзоров и ответов на вопросы, которые задаются геологам, PROSPECTOR предсказывает местоположение новых залежей.

Использование этой системы позволило обнаружить залежи молибдена в Британской Колумбии (Канада).

Management Advisor(консультант менеджера). Система разработана фирмой Paladin Software, Inc. в 1986 г.; помогает руководителю в планировании его коммерческой деятельности.

XCON(Carnegie-Melon University). Система предназначена для определения конфигурации компьютеров при их продаже. Покупатель заказывает ЭВМ с определенными характеристиками, а ЭС позволяет оптимально подобрать комплектующие блоки (тип дисплея, объем ОЗУ, тип процессора, тип звуковой карты, объем видеопамяти и т. п.).

.1 Что такое экспертная система

Экспертная система (ЭС) - это компьютерная программа, которая моделирует рассуждения человека-эксперта в некоторой определенной области и использует для этого базу знаний, содержащую факты и правила об этой области, специальную процедуру логического вывода. Разработка систем, основанных на знаниях, является составной частью исследований по ИИ, и имеет целью создание компьютерных методов решения проблем, обычно требующих привлечения экспертов-специалистов. Взаимодействие эксперта, пользователя и структурных частей системы можно представить в виде следующей базовой структуры.

Определим экспертную систему (ЭС), как программную систему, использующую экспертные знания для обеспечения высокоэффективного решения задач в узкой предметной области.

Рисунок 2. Аппарат УЗИ.

ЭС выдают советы, проводят анализ, выполняют классификацию, дают консультации и ставят диагноз. Они ориентированы на решение задач, обычно требующих проведения экспертизы человеком-специалистом. В отличие от машинных программ, использующий процедурный анализ, ЭС решают задачи в узкой предметной области (конкретной области экспертизы) на основе дедуктивных рассуждений. Такие системы часто оказываются способными найти решение задач, которые неструктурированны и плохо определены. Они справляются с отсутствием структурированности путем привлечения эвристик, т. е. правил, взятых "с потолка", что может быть полезным в тех системах, когда недостаток необходимых знаний или времени исключает возможность проведения полного анализа [1].

.2 Достоинства и недостатки экспертных систем

интеллект экспертный знание семантический

Экспертные системы разрабатываются с расчетом на обучение и способны обосновать логику выбора решения, т.е. обладают свойствами адаптивности и ее аргументирования. У большинства экспертных систем имеется механизм объяснения. Этот механизм использует знания, необходимые для объяснения тою, каким образом система пришла к данному решению. Очень важным является определение области применения экспертной системы, границ ее использования и действия.

Преимущества экспертных систем по сравнению с использованием опытных специалистов состоят в следующем:

· достигнутая компетентность не утрачивается, может документироваться, передаваться, воспроизводиться и наращиваться;

· имеют место более устойчивые результаты, отсутствуют эмоциональные и другие факторы человеческой ненадежности;

· высокая стоимость разработки уравновешивается низкой стоимостью эксплуатации, возможностью копирования, а в совокупности они дешевле высококвалифицированных специалистов.

Недостатком экспертных систем:

- меньшая приспособляемость к обучению новым правилам и концепциям, к творчеству и изобретательству.

Использование экспертных систем позволяет во многих случаях отказаться от высококвалифицированных специалистов, но предполагает оставить в системе место эксперту с более низкой квалификацией. Экспертные системы служат средством для расширения и усиления профессиональных возможностей конечного пользователя [2].

.3 Структура экспертной системы

Обобщенная структура экспертной системы представлена на рисунке. Следует учесть, что реальные ЭИС могут иметь более сложную структуру, однако блоки, изображенные на рисунке, непременно присутствуют в любой действительно экспертной системе, поскольку представляют собой стандарт современной структуры ЭИС.

Основные компоненты ИТ, используемой в экспертной системе:

Пользователь - специалист предметной области, для которого предназначена система. Обычно его квалификация недостаточно высока, и поэтому он нуждается в помощи и поддержке своей деятельности со стороны ЭИС

Интерфейс пользователя - это комплекс программ, реализующих диалог пользователя с ЭИС (экспертной интеллектуальной системой) как на стадии ввода информации, так и при получении результатов Специалист использует интерфейс для ввода информации и команд в экспертную систему и получения выходной информации из нее. Команды включают в себя параметры, направляющие процесс обработки знаний. Информация обычно выдается в форме значений, присваиваемых определенным переменным. Специалист может использовать четыре метода ввода информации: меню, команды, естественный язык и собственный интерфейс.

База знаний (БЗ) - это совокупность знаний (долгосрочных данных, а не текущих) предметной области, записанная на машинный носитель в форме, понятной эксперту и пользователю (обычно на некотором языке, приближенном к естественному). Параллельно такому "человеческому" представлению существует БЗ во внутреннем "машинном" представлении. БЗ содержит факты, описывающие проблемную область, а также логическую взаимосвязь этих фактов.

Центральное место в базе знаний принадлежит правилам. Правило определяет, что следует делать в данной конкретной ситуации, и состоит из двух частей: условия, которое может выполняться или нет, и действия, которое следует произвести, если условие выполняется. Все используемые в экспертной системе правила образуют систему правил, которая даже для сравнительно простой системы может содержать несколько тысяч правил.

Инженер по знаниям (орнитолог, инженер-интерпретатор, аналитик) - специалист в области искусственного интеллекта, выступающий в роли промежуточного буфера между экспертом и базой знаний.

Решатель - (интерпретатор, дедуктивная машина, машина вывода, блок логического вывода) - это программа, моделирующая ход рассуждений эксперта на основании знаний, имеющихся в БЗ, и производящая в определенном порядке обработку знаний (мышление). Блок логических выводов и диагноза помогает наметить пути выхода из сложившейся ситуации с помощью фактического анализа показателей

Технология работы решателя сводится к последовательному рассмотрению совокупности правил (правило за правилом). Если условие, содержащееся в правиле, соблюдается, выполняется определенное действие, и пользователю предоставляется вариант решения его проблемы.

Интеллектуальный редактор БЗ - программа, представляющая инженеру по знаниям возможность создавать БЗ в диалоговом режиме. Включает в себя систему вложенных меню, шаблонов языка представления знаний, подсказок (Help) и других сервисных средств, облегчающих работу с базой [2, 3].

Рисунок 3. Базовая структура экспертной системы.

Представленная на рисунке структура является минимальной, что означает обязательное присутствие указанных на ней блоков. Если система объявлена разработчиками как экспертная, только наличие всех этих блоков гарантирует реальное использование аппарата обработки знаний. Однако промышленные прикладные ЭИС могут быть существенно сложнее и дополнительно включать БД, блок расчета, интерфейсы обмена данными с различными пакетами прикладных программ, электронными библиотеками и т. д.

База данных содержит плановые, фактические, расчетные, отчетные и другие постоянные/оперативные показатели. Этот термин совпадает по названию, но не по смыслу с термином, используемым в системах управления базами данных (СУБД) для обозначения всех данных (в первую очередь долгосрочных), хранимых в системе.

блок расчета необходим в ситуациях, связанных с принятием управленческих решений;

блок ввода и корректировки данных используется для оперативного и своевременного отражения текущих изменений в базе данных если в системе есть блок учета, то надобность в блоке ввода и корректировки данных отпадает;

блок приобретения знаний снимает проблему самообучения системы. Он необходим для получения знаний от эксперта, поддержки базы знаний и дополнения ее при необходимости. Автоматизирует процесс наполнения ЭИС знаниями, осуществляемый пользователем-экспертом модуль создания системы служит для создания набора (иерархии) правил. Существуют два подхода, которые могут быть положены в основу модуля создания системы: использование алгоритмических языков программирования и использование оболочек экспертных систем. Для представления базы знаний специально разработаны языки Лисп и Пролог, хотя можно использовать и любой известный алгоритмический язык.

Оболочка экспертных систем - это готовая программная среда, которая может быть приспособлена к решению определенной проблемы путем создания соответствующей базы знаний. В большинстве случаев использование оболочек позволяет создавать экспертные системы быстрее и легче в сравнении с программированием [5].

В целом процесс функционирования ЭИС можно представить следующим образом: пользователь, желающий получить необходимую информацию, через пользовательский интерфейс посылает запрос к ЭИС; решатель, пользуясь базой знаний, генерирует и выдает пользователю подходящую рекомендацию, объясняя ход своих рассуждений при помощи подсистемы объяснений.

Специальности специалистов по разработке экспертных систем

В разработке ЭИС предметной области участвуют представители следующих специальностей: