Коротко и понятно об экспертных системах
Система является интеллектуальной, если она обладает знаниями и умеет использовать их для достижения сформулированной цели. Знания – это то, без чего нет интеллектуальной системы. Экспертные системы явились первыми действительно интеллектуальными системами и, в конечном счете, интеллектуальность определила их коммерческий успех.
Разработки универсальных программ, использующих общие методы решения широкого класса задач, существенных практических результатов не принесли, но появилось понимание крайней ограниченности применения формально-математических методов в этой области. В 70-е годы была разработана и принята принципиально новая концепция: чтобы сделать систему интеллектуальной, ее нужно снабдить множеством высококачественных специальных знаний о некоторой предметной области. Процесс создания экспертных систем на первых этапах заключается в специфическом взаимодействии эксперта (экспертов) и инженера по знаниям с целью «извлечения» из эксперта и встраивания в систему процедур, стратегий эмпирических правил, которые он использует для решения задач.
Эксперт – это человек, который благодаря обучению и опыту может делать то, что мы все, остальные люди делать не умеем; эксперты работают не просто профессионально, но быстро и эффективно. Они хорошо умеют распознавать в проблемах, с которыми сталкиваются, примеры тех типовых проблем, с которыми они уже знакомы. Очень важно подчеркнуть, что эксперт должен не только знать, но и уметь. Именно этим свойством отличаются базы данных от баз знаний – базы знаний активны.
Экспертные системы как отдельное направление выделилось из общего русла исследований по искусственному интеллекту в начале 80-х г.г. Основным предметом исследований нового направления являются знания – их приобретение, представление и использование. Специалисты, работающие в этой области все чаще используют для ее наименования термин «инженерия знаний».
Очень значимым отличием экспертных систем от классических программ, работа которых основана на точных данных является то, что экспертные системы могут ошибаться. Причина ошибок лежит в том, что знания специалистов, как и знания, заложенные в экспертные системы, не точны. Важно, по крайней мере, чтобы экспертные системы ошибались не чаще, чем ошибается человек-эксперт.
Т.о. можно сформулировать следующее определение экспертной системы. Экспертная система – это вычислительная система, в которую включены знания специалистов о некоторой узкой предметной области в форме базы знаний. Экспертные системы должны уметь принимать решения вместо специалиста в заданной предметной области.
Характерными чертами экспертной системы являются:
Экспертные системы применяются для решения только трудных практических (не игрушечных) задач. По качеству и эффективности решения экспертные системы не уступают решениям эксперта-человека. Решения экспертных систем обладают прозрачностью, т.е. могут, быть объяснены пользователю на качественном уровне (в отличие от решений, полученных с помощью числовых алгоритмов, и в особенности от решений полученных статистическими методами). Это качество экспертных систем обеспечивается их способностью рассуждать о своих знаниях и умозаключениях. Экспертные системы способны пополнять свои знания в ходе взаимодействия с экспертом. Необходимо отметить, что в настоящее время технология экспертных систем используется для решения различных типов задач (интерпретация, предсказание, диагностика, планирование, конструирование, контроль, отладка, инструктаж, управление) в самых разнообразных проблемных областях, таких, как финансы, нефтяная и газовая промышленность, энергетика, транспорт, фармацевтическое производство, космос, металлургия, горное дело, химия, образование, целлюлозно-бумажная промышленность, телекоммуникации и связь и др.
Экспертные системы
Экспертные системы (ЭС, англ. expert system) — это компьютерная система, способная частично заменить специалиста-эксперта в разрешении проблемной ситуации. Современные экспертные системы начали разрабатываться исследователями искусственного интеллекта в 1970-х годах, а в 1980-х получили коммерческое подкрепление. Предшественники экспертных систем были предложены в 1832 году С. Н. Корсаковым, создавшим механические устройства, так называемые «интеллектуальные машины», позволявшие находить решения по заданным условиям, например, определять наиболее подходящие лекарства по наблюдаемым у пациента симптомам заболевания.
В информатике экспертные системы рассматриваются совместно с базами знаний как модели поведения экспертов в определённой области знаний с использованием процедур логического вывода и принятия решений, а базы знаний — как совокупность фактов и правил логического вывода в выбранной предметной области деятельности.
Похожие действия выполняет такой программный инструмент как «Мастер» (англ. Wizard). Мастера применяются как в системных программах так и в прикладных для упрощения интерактивного общения с пользователем (например, при установке ПО). Главное отличие мастеров от экспертных систем — отсутствие базы знаний — все действия жёстко запрограммированы. Это просто набор форм для заполнения пользователем.
Другие подобные программы — поисковые или справочные (энциклопедические) системы. По запросу пользователя они предоставляют наиболее подходящие (релевантные) разделы базы статей (представления об объектах областей знаний, их виртуальную модель).
В настоящее время «классическая» концепция экспертных систем, сложившаяся в 70-80 годах прошлого века, переживает серьёзный кризис, по всей видимости связанный с её глубокой ориентацией на общепринятый в те годы текстовый человеко-машинный интерфейс, который в настоящее время в пользовательских приложениях почти полностью вытеснен графическим (GUI). Кроме того, «классический» подход к построению экспертных систем плохо согласуется с реляционной моделью данных, что делает невозможным эффективное использование современных промышленных СУБД для организации баз знаний таких систем. Все приводимые в литературных и интернет-источниках примеры «известных» или «распространённых» экспертных систем на самом деле относятся к 80-м годам прошлого столетия и в настоящее время давно не существуют, либо безнадёжно устарели и поддерживаются лишь немногочисленными энтузиастами.[источник не указан 1069 дней] С другой стороны, нередко в качестве маркетингового хода экспертными системами объявляются современные программные продукты, в «классическом» понимании таковыми не являющиеся (например, компьютерные справочно-правовые системы). Предпринимаемые энтузиастами попытки объединить «классические» подходы к разработке экспертных систем с современными подходами к построению пользовательского интерфейса (проекты CLIPS Java Native Interface, CLIPS.NET и др.) не находят поддержки среди крупных компаний-производителей программного обеспечения и по этой причине остаются пока в экспериментальной стадии.
Сейчас экспертные системы в различных отраслях набирают все большую популярность. Юристы, экономисты, hr-менеджеры и врачи с настороженностью следят за разработками в данной сфере.
Фактически, Экспертная система — это симуляция действий эксперта при решении определенной задачи.
Основные характеристики экспертных систем:
— Ядро, которое представлено базой знаний;
— накопление и организация знаний;
— формализованный высококачественный опыт;
— возможности к прогнозированию.
Доктор, диагностирующий заболевания и назначающий курс лечения, делает это хорошо при наличии хорошего специализированного образования и накопленного опыта в медицине.
Поэтому качество экспертной системы сводится к качеству формализованных знаний и унификацией используемого опыта.
В настоящий момент мало принимать эффективные решения, крайне важна скорость их принятия.
Экспертная система способна обрабатывать огромный объем знаний за доли секунд, что порой может спасти жизнь человека либо компании.
Однако, надо понимать, что экспертная система оперирует базой знаний, которая достаточно ограничена, в то время как человек может пользоваться большим спектром органов чувств, символьной, графической и др. видами информации.
У экспертных систем существуют границы возможностей и пока данные системы ведут себя не совсем надежно на границах применимости либо в нестандартных ситуациях.
Однако, экспертные системы пытаются разрабатывать со способностью к обучению и способностью к аргументации методов принятия решения.
Этапы разработки экспертных систем
1. Идентификация области применения и круга решаемых задач;
2. Получение знаний;
3. Содержательный анализ проблемной области, определяются методы решения задач;
4. Формализация — перевод в формализованный язык, код;
5. Реализация — прототип системы.
В заключение стоит заметить, что экспертные системы уже эффективно используются во многих отраслях, и сейчас многие корпорации мира занимаются разработкой, тестированием и внедрением аналогичных систем в более сложных сферах нашей профессиональной жизни.
Экспертная система
В информатике экспертные системы рассматриваются совместно с базами знаний как модели поведения экспертов в определенной области знаний с использованием процедур логического вывода и принятия решений, а базы знаний — как совокупность фактов и правил логического вывода в выбранной предметной области деятельности.
Похожие действия выполняет такой программный инструмент как Мастер (англ. Wizard ). Мастера применяются как в системных программах так и в прикладных для упрощения интерактивного общения с пользователем (например, при установке ПО). Главное отличие мастеров от ЭС — отсутствие базы знаний — все действия жестко запрограммированы. Это просто набор форм для заполнения пользователем.
Другие подобные программы — поисковые или справочные (энциклопедические) системы. По запросу пользователя они предоставляют наиболее подходящие (релевантные) разделы базы статей (представления об объектах областей знаний, их виртуальную модель).
Содержание
Структура ЭС интеллектуальных систем
[2] представляет следующую структуру ЭС:
База знаний состоит из правил анализа информации от пользователя по конкретной проблеме. ЭС анализирует ситуацию и, в зависимости от направленности ЭС, дает рекомендации по разрешению проблемы.
Как правило, база знаний экспертной системы содержит факты (статические сведения о предметной области) и правила — набор инструкций, применяя которые к известным фактам можно получать новые факты.
В рамках логической модели баз данных и базы знаний записываются на языке Пролог с помощью языка предикатов для описания фактов и правил логического вывода, выражающих правила определения понятий, для описания обобщенных и конкретных сведений, а также конкретных и обобщенных запросов к базам данных и базам знаний.
Конкретные и обобщенные запросы к базам знаний на языке Пролог записываются с помощью языка предикатов, выражающих правила логического вывода и определения понятий над процедурами логического вывода, имеющихся в базе знаний, выражающих обобщенные и конкретные сведения и знания в выбранной предметной области деятельности и сфере знаний.
Обычно факты в базе знаний описывают те явления, которые являются постоянными для данной предметной области. Характеристики, значения которых зависят от условий конкретной задачи, ЭС получает от пользователя в процессе работы, и сохраняет их в рабочей памяти. Например, в медицинской ЭС факт «У здорового человека 2 ноги» хранится в базе знаний, а факт «У пациента одна нога» — в рабочей памяти.
База знаний ЭС создается при помощи трех групп людей:
Режимы функционирования
ЭС может функционировать в 2-х режимах.
Экспертные системы
Экспертная система (ЭС, Expert system) — предиктивная система, включающая в себя знания об определенной слабо структурированной и трудно формализуемой узкой предметной области и способная предлагать и объяснять пользователю разумные решения. Экспертная система состоит из базы знаний, механизма логического вывода и подсистемы объяснений. Экспертная система включает в себя большое число структурных составляющих меньшего размера.
Содержание
Развитие ЭС
В начале восьмидесятых годов в исследованиях по искусственному интеллекту сформировалось самостоятельное направление, получившее название «экспертные системы» (ЭС). Целью исследований в этом новом направлении была разработка программ, которые при решении задач, сложных для эксперта-человека, получают результаты, не уступающие по качеству и эффективности решениям, получаемым экспертом. Для обозначения этой дисциплины также часто используют термин «инженерия знаний», введенный Е.Фейгенбаумом как «привнесение принципов и инструментария исследований из области искусственного интеллекта в решение трудных прикладных проблем, требующих знаний экспертов». На протяжении 1960—1985 гг. успехи в деле освоения искусственного интеллекта (ИИ) касались в основном исследовательских разработок, которые демонстрировали пригодность ИИ для практического использования. В 1988—1990 гг. экспертные системы стали активно применяться в коммерческих приложениях. На заре появления используемые для их создания языки программирования, технологии разработки приложений и используемого делали интеграцию ЭС с традиционными программными системами довольно сложной, а порой даже невыполнимой задачей. Однако в настоящее время средства разработки ЭС используются в полном соответствии с современными технологическими тенденциями традиционного программирования, что решает проблемы, возникающие при создании составных приложений.
Место в ИТ-инфрастрктуре
Назначение
Само название «Экспертные системы» подразумевает возможность замены эксперта-человека программным решением. Это позволяет предприятиям сокращать затраты на оплату труда специалистов, а самим специалистам обращаться при решении любых вопросов в рамках своей деятельности непосредственно к программе. Такие возможности сокращают время решения проблемы и позволяют молодым специалистам обучаться прямо на своем рабочем месте. Примером простейшей экспертной системы могут служить виртуальные «помощники» в пакетах ПО операционных систем компьютеров. Такие алгоритмы решения типовых вопросов избавляют разработчиков от излишней, непомерной и неоправданной нагрузки по общению с конечным пользователем.
Экспертные системы и системы искусственного интеллекта имеют основное отличие от систем обработки данных тем, что в них в основном используются символьный способ представления, символьный вывод и эвристический поиск решения. Экспертные системы предназначены для решения только сложных практических задач. По качеству и эффективности решения экспертные системы не должны уступать решениям эксперта-человека. Решения экспертных систем. могут быть объяснены пользователю на качественном уровне, то есть обладают прозрачностью. Прозрачность экспертных систем обеспечивается их способностью рассуждать о результатах своей работы и базах знаний. Важным свойством экспертных систем является и то, что они способны обучаться. ЭС решают задачи:
Такие задачи возникают в самых разных областях научных, деловых и промышленных областях. Программные средства, основанные на технологии экспертных систем, получили значительное распространение в мире. Важность экспертных систем состоит в следующем:
Неформализованные задачи
Особое внимание следует уделить неформализованным задачам, потому что именно для их решения и создавались экспертные системы. Неформализованные задачи обычно обладают следующими свойствами:
Неформализованные задачи представляют большой и очень важный класс задач. Задачи такого плана являются наиболее массовым классом задач, решаемых ЭВМ.
Архитектура клиент-сервер
Существуют инструментальные средства искусственного интеллекта, поддерживающие распределенные вычисления по архитектуре клиент-сервер. Это предоставляет следующие преимущества:
Преимущества
Существует ряд преимуществ экспертных систем как перед человеком-оператором, так и перед обычными алгоритмическими базами данных:
Перспективы развития
По мнению ведущих специалистов в области программирования, в недалекой перспективе ЭС будут играть важную роль в таких сферах, как:
Экспертная система. Классификация. Обзор существующих экспертных систем
Рубрика: Информационные технологии
Дата публикации: 21.10.2016 2016-10-21
Статья просмотрена: 11966 раз
Библиографическое описание:
Дошина, А. Д. Экспертная система. Классификация. Обзор существующих экспертных систем / А. Д. Дошина. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 21 (125). — С. 756-758. — URL: https://moluch.ru/archive/125/34485/ (дата обращения: 27.12.2021).
Keywords: expert system, structure expert system, classification of expert systems.
Экспертная система (ЭС, англ.expert system) — компьютерная система, способная частично заменить специалиста-эксперта в разрешении проблемной ситуации. Современные экспертные системы взяли свое начало в 1970-х годах с трудов исследователей искусственного интеллекта, а в 1980-х получили коммерческое подкрепление. Первые подобия экспертных систем были предложены в 1832 году С. Н. Корсаковым, создавшим механические устройства, так называемые «интеллектуальные машины», позволявшие отыскать решения по некоторым условиям. Примером такой системы является система, позволяющая подбирать необходимые медицинские препараты по симптомам заболевания пациента.
В сфере информационных технологий экспертные системы рассматриваются в совокупности с базами знаний как модели поведения экспертов в определенной области знаний с использованием процедур логического вывода и принятия решений, а базы знаний — как совокупность фактов и правил логического вывода в выбранной предметной области деятельности.
Подобные задачи выполняет программный продукт, называемый «Мастер» (англ. Wizard). Мастера применяются в прикладных и системных программах для упрощения интерактивного общения с пользователем. Основным отличием данных программ — это отсутствие базы знаний — все действия запрограммированы.
Другие подобные программы — поисковые или справочные (энциклопедические) системы. Они предоставляют релевантные, т. е. подходящие запросу пользователя, разделы базы статей.
В настоящее время «классическая» концепция экспертных систем 70–80 годов переживает серьезный кризис, связанный с её сильной ориентацией на текстовый человеко-машинный интерфейс, почти полностью вытесненный графическим интерфейсом (GUI). Помимо этого, «классическая» концепция экспертных систем плохо согласуется с реляционной моделью данных, что создает сложности в работе с современными промышленными системами управления базами данных (СУБД). Время от времени энтузиастами предпринимаются попытки объединить «классический» и современный подход к построению пользовательского интерфейса, но они не находят поддержки среди крупных компаний-производителей.
Структура ЭС
В состав ЭС входят следующие элементы:
‒ Интеллектуальный редактор базы знаний
‒ Инженер по знаниям
‒ Рабочая (оперативная) память
‒ Решатель (механизм вывода)
База знаний содержит в себе правила анализа информации по проблеме, полученной от пользователя. ЭС анализирует эту информацию и дает рекомендации по разрешению конкретной проблемы.
База знаний состоит из двух составляющих:
факты — статические сведения о предметной области;
правила — набор инструкций, который позволяет выводить новые факты, исходя из уже известных.
В рамках логической модели базы знаний формируются на языке Пролог с помощью предикатов для описания фактов и правил логического вывода.
Обычно факты в базе знаний описывают те явления, которые являются постоянными для данной предметной области. Данные, зависящие от условий конкретной задачи, ЭС получает от пользователя в процессе работы и сохраняет в рабочей памяти.
База знаний ЭС создается при помощи трех групп людей:
Режимы функционирования
ЭС может функционировать в 2-х режимах:
Классификация ЭС
По решаемой задаче:
По связи среальным временем:
Статические — решающие задачи в условиях, не изменяющихся во времени исходных данных и знаний.
Квазидинамические — интерпретируют ситуацию, которая меняется с некоторым фиксированным интервалом времени.
Динамические — решающие задачи в условиях изменяющихся во времени исходных данных и знаний.
Этапы разработки ЭС
‒ Этап идентификации проблем — определяются задачи, которые подлежат решению, выявляются цели разработки, определяются эксперты и типы пользователей.
‒ Этап извлечения знаний — проводится содержательный анализ проблемной области, выявляются используемые понятия и их взаимосвязи, определяются методы решения задач.
‒ Этап структурирования знаний — выбираются ИС и определяются способы представления всех видов знаний, формализуются основные понятия, определяются способы интерпретации знаний, моделируется работа системы, оценивается адекватность целям системы зафиксированных понятий, методов решений, средств представления и манипулирования знаниями.
‒ Этап формализации — осуществляется наполнение экспертом базы знаний. В связи с тем, что основой ЭС являются знания, данный этап является наиболее важным и наиболее трудоемким этапом разработки ЭС. Процесс приобретения знаний разделяют на извлечение знаний из эксперта, организацию знаний, обеспечивающую эффективную работу системы, и представление знаний в виде, понятном ЭС. Процесс приобретения знаний осуществляется инженером по знаниям на основе анализа деятельности эксперта по решению реальных задач.
‒ Реализация ЭС — создается один или несколько прототипов ЭС, решающие требуемые задачи.
‒ Этап тестирования — производится оценка выбранного способа представления знаний в ЭС в целом.
Наиболее известные ЭС
CLIPS — весьма популярная оболочка для построения ЭС. CLIPS является продукционной системой. Реализация вывода использует алгоритм Rete. CLIPS является одной из наиболее широко используемых инструментальных сред для разработки экспертных систем благодаря своей скорости, эффективности и бесплатности.CLIPS разработан для применения в качестве языка прямогологического вывода(forward chaining) и в своей оригинальной версии не поддерживает обратного вывода (backward chaining). Как и другие экспертные системы, CLIPS имеет дело с правилами и фактами.
OpenCyc — мощная динамическая ЭС с глобальной онтологической моделью и поддержкой независимых контекстов. OpenCyc является сокращенным открытый вариантомбазы знаний Cyc. В БД OpenCyc содержится 47000 понятий и 300000 фактов.
WolframAlpha — база знаний и набор вычислительных алгоритмов, интеллектуальный «вычислительный движок знаний». Wolfram Alpha вычисляет ответы на большое количество разнообразных вопросов. Для подбора ответов механизм использует встроенные модели из разных областей знаний, заполненные данными и алгоритмами, которые и представляют собой реальные познания.
MYCIN — наиболее известная диагностическая система, которая предназначена для диагностики и наблюдения за состоянием больного при менингите и бактериальных инфекциях. Также Mycin использовалась для диагностики заболеваний свертываемости крови. MYCIN оперировала с помощью довольно простоймашины вывода, и базы знаний из
HASP/SIAP — интерпретирующая система, которая определяет местоположение и типы судов в Тихом океане по данным акустических систем слежения. Данные имеют вид сонограмм, являющихся аналоговыми записями спектров принятой датчиками звуковой энергии. Для их интерпретации система применяет знания о характерных особенностях сонограмм различных типов кораблей.
Акинатор — интернет-игра. Игрок должен загадать любого персонажа, а Акинатор должен его отгадать, задавая вопросы. База знаний автоматически пополняется, поэтому программа может отгадать практически любого известного персонажа. На каждом вопросе Акинатор пытается выбрать такой вопрос, который отсеет наибольшее количество вариантов. Каждый раз после вашего ответа у Акинатора «в голове» остаётся список персонажей, которые соответствуют вашим ответам.
IBMWatson — суперкомпьютер фирмы IBM, способный понимать вопросы, сформулированные на естественном языке, и находить на них ответы в базе данных. В первую очередь Watson стали учить медицине, а конкретно, онкологии. Архитектура Watson такова, что позволяет осуществлять параллельные и распределенные вычисления, т. е. сразу работать с множеством задач в параллельном режиме. Watson способен работать с супербольшими данными, т. е. структурированной и неструктурированной информацией.
Вывод
В настоящее время экспертные системы используются во многих областях нашей жизни: банковское дело, бухгалтерский учет, медицинские обследования и т. д. Но использование экспертных систем неоднозначно. Наряду с тем, что они облегчают работу, при неумелом и не спланированном использовании экспертные системы могут только усложнить ситуацию. Это обусловлено тем, что универсальная экспертная система, не включающая в себя спецификации определенных компаний, не может дать гарантированно правильный ответ.
Несмотря на некоторые недостатки, за экспертными системами будущее. Постоянное совершенствование подобных систем неизбежно приведет к активному их использованию во всех сферах человеческой жизни. Конечно, компьютер не сможет полностью заменить человека, потому что только человек способен находить творческие, нестандартные решения, но сможет сильно облегчить работу эксперта.