Основные положения. ЭС представляют собой класс компьютерных программ, которые выдают советы, проводят анализ, выполняют классификацию и ставят диагноз

ЭС представляют собой класс компьютерных программ, которые выдают советы, проводят анализ, выполняют классификацию и ставят диагноз. Они ориентированы на решение задач, обычно требующих проведения экспертизы человеком-специалистом. В отличие от машинных программ, использующих процедурный анализ, ЭС решают задачи в узкой предметной области (конкретной области экспертизы) на основе дедуктивных суждений.

Все ЭС состоят по крайней мере из трех основных элементов: базы знаний, машины вывода и интерфейса пользователя (рис. 3.1).

Группа экспертов или иной источник экспертизы обеспечивает загрузку в базу знаний фактов, наблюдений и способов анализа ситуаций. Пользователь запрашивает систему о конкретных проблемах через интерфейс, который допускает общение с использованием обычных выражений. В мощных интеллектуальных системах существует интерфейс на естественном языке, который позволяет задавать вопросы и получать ответы на обычном английском или русском языках. В случае обычных интеллектуальных систем пользователю предоставляется не столь изысканный, но тем не менее «дружественный» интерфейс. Информация, содержащаяся в базе знаний, обрабатывается с помощью машины вывода, которая использует эмпирические ассоциации или правила «ЕСЛИ … ТО» для формирования и проверки возможных решений. Интерфейс пользователя в доступной форме передает полученные результаты оператору.

База знаний (БЗ) содержит известные факты, выраженные в виде объектов, атрибутов и условий. Помимо описательных представлений о действительности, она включает выражения неопределенности, представляющие собой ограничения на достоверность фактов. В этом отношении база знаний отличается от традиционной базы данных (БД). При обработке информации в БД пользуются заранее определенными логическими правилами. Соответственно база знаний, представляющая более высокий уровень абстракции, имеет дело с классами объектов, а не с самими объектами.

Рис. 3.1. Структура экспертной системы

База знаний создается консультантами, авторами учебников, исследователями, либо самими экспертами, либо на основе их работы. В поисках источника для наполнения базы знаний жизненный опыт важнее, чем высокий интеллект. Эксперт, который исходит из продолжительных наблюдений за событиями в некоторой конкретной области знания, скорее всего, создаст более полезную БЗ, чем гениальный аналитик, который больше полагается на интуитивное проникновение в сущность явлений. Предположим, например, вы строите ЭС выбора компьютера для различных применений. Блестящий инженер-конструктор, отлично владеющий методами разработки интерфейсов, на практике будет менее полезен, чем консультант по применениям, который наблюдал большое количество установленных систем, выполняющих предназначенные для них задачи.

Главным в ЭС является механизм, осуществляющий поиск в БЗ по правилам рациональной логики, для получения решений. Этот механизм, называемый машиной вывода, приводится в действие при получении запроса пользователя и выполняет следующие задачи:

· сравнивает информацию, содержащуюся в запросе пользователя, с информацией базы знаний;

· ищет определенные цели или причинные связи;

· оценивает относительную определенность фактов, основываясь на соответствующих коэффициентах доверия, связанных с каждым фактом.

Как следует из ее названия, машина вывода предназначена для построения заключений. Ее действие аналогично рассуждениям эксперта-человека, который оценивает проблему и предлагает гипотетические решения. В поиске целей на основе предложенных правил машина вывода обращается к БЗ до тех пор, пока не найдет вероятный путь к получению приемлемого результата. Например, программа медицинской диагностики сначала пытается выделить болезнетворный орган или организм, анализируя список на первый взгляд не связанных симптомов, а затем определяет курс эффективной терапии.

Задача интерфейса пользователя состоит в организации обмена информацией между оператором и машиной вывода. Интерфейс с использованием естественного языка создает видимость произвольной беседы, применяя повседневные выражения в правильно построенных предложениях. Очевидно, что чем более естественен такой интерфейс, тем выше требования к внешней и оперативной памяти. Следовательно, системы, предоставляющие пользователю максимум удобств, расходуют больше ресурсов основной машины, доступных с удаленных рабочих станций.

Инструментальные средства, предназначенные для работы на персональных компьютерах, имеющих ограниченные возможности, неизбежно приносят «дружественность» интерфейса в жертву эффективности ЭС в целом.

Интерфейс прямого ввода должен уметь распознавать язык или по крайней мере достаточное количество ключевых слов и фраз, чтобы улавливать их связь с рассматриваемой проблемой и ее предполагаемыми решениями.

Более мощные ЭС объясняют, почему задан тот или иной вопрос и как был сделан соответствующий вывод. Эти объяснения получаются на основе эвристических правил, с помощью которых происходит управление взаимодействием машины вывода с БЗ.