Технология проектирования и разработки ЭС

Разработка программных комплексов ЭС скорее находится на уровне искусства, чем науки.

Процесс проектирования промышленной ЭС можно разделить на шесть более или менее независимых этапов: 1) выбор проблемы; 2) разработка прототипа ЭС; 3) доработка до промышленной ЭС; 4) оценка ЭС; 5) стыковка ЭС; 6) поддержка ЭС.

Этап выбора проблемы включает следующие стадии.

1. Определение проблемной области и задачи.

2. Нахождение эксперта и назначение коллектива разработчиков.

3. Определение предварительного похода к решению проблемы.

4. Анализ расходов и прибылей от разработки.

5. Подготовка подробного плана разработки.

Прототип является усеченной версией ЭС, спроектированной для проверки правильности кодирования фактов, связей и стратегий рассуждений эксперта. Объем прототипа – несколько десятков правил, фреймов или примеров.

Этап разработки прототипа состоит из следующих стадий.

1. Идентификация проблемы.

2. Получение знаний.

3. Структурирование знаний.

4. Формализация.

5. Реализация прототипа.

6. Тестирование.

Под идентификацией проблемы понимается знакомство и обучение коллектива разработчиков, а также создание неформальной постановки проблемы (продолжительность 1 – 2 недели).

Стадия получения знаний заключается в переносе компетентности от эксперта к инженеру по знаниям. Здесь используются различные методы: анализ текстов, диалоги, экспертные игры, лекции, дискуссии, интервью, наблюдения.

Этап структурирования знаний выявляет структуру полученных знаний о предметной области, т. е. определяются: терминология, список основных понятий и их атрибутов, отношения между понятиями, структура входной и выходной информации, стратегия принятия решений, ограничения стратегий (средняя продолжительность 2 – 4 недели).

На стадии формализации строится формализованное представление концепций предметной области на основе выбранного языка представления знаний. Традиционно на этом этапе используются: логические методы (исчисление предикатов первого порядка), продукционные модели, семантические сети, фреймы, объектно-ориентированные языки.

Формализация знаний – разработка базы знаний на языке представления знаний (средняя продолжительность 1 – 2 месяца).

На этапе реализации создается прототип ЭС, включающий базу знаний и остальные блоки. Для создания прототипа можно использовать следующие способы:

· программирование на языках высокого уровня типа Паскаль, Си ++;

· программирование на специализированных языках для систем искусственного интеллекта ЛИСП, ПРОЛОГ и др.;

· использование инструментальных средств разработки ЭС;

· использование «пустых» ЭС или «оболочек» типа GURU, ЭКСПЕРТ, ФИАКР.

Реализация – разработка программного комплекса, демонстрирующего жизнеспособность подхода в целом.

На стадии тестирования оценивается и проверяется работа программ прототипа с целью приведения в соответствие с реальными запросами пользователей. Прототип проверяется на удобство и адекватность интерфейсов, эффективность стратегии управления, качество проверочных примеров, корректность базы знаний.

Тестирование – выявление ошибок в подходе и реализации прототипа, выработка рекомендаций по доводке системы до промышленного варианта (средняя продолжительность 1 – 2 недели).

При разработке промышленной или коммерческой ЭС можно выделить дополнительные этапы: демонстрационный прототип→действующий прототип→промышленная система→коммерческая система.

Демонстрационный прототип – ЭС решает часть задач, демонстрируя жизнеспособность подхода (несколько десятков правил или понятий).

Действующий прототип – ЭС надежно решает все задачи на реальных примерах, но для сложной задачи требует много времени и памяти.

Промышленная система – ЭС обеспечивает высокое качество решений при минимизации требуемого времени и памяти.

Коммерческая система – промышленная система, пригодная к продаже, т. е. хорошо документирована и снабжена сервисом.

После завершения этапа разработки промышленной ЭС необходимо провести ее тестирование в отношении критериев ее эффективности. К тестированию широко привлекаются другие эксперты. ЭС оценивается главным образом для того, чтобы проверить точность работы программы и ее полезность.

Во время стыковки ЭС осуществляется проверка возможностей ее работы с другими программными средствами в среде, в которой она будет функционировать, и обучения людей, которых она будет обслуживать. Стыковка включает также обеспечение связи ЭС с существующими базами данных и другими системами на предприятии, а еще улучшение системных факторов, зависящих от времени.

Поддержка ЭС заключается в обеспечении ее постоянной работоспособности путем повышения быстродействия и переносимости в зависимости от изменений проблемной области.

2. ВОПРОСЫ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Классификация экспертных систем.

2. Экспертные системы по решаемой задаче.

3. Экспертные системы по связи с реальным временем.

4. Экспертные системы по типу ЭВМ.

5. Экспертные системы по степени интеграции.

6. Интерпретация данных в ЭС.

7. Диагностика в ЭС.

8. Проектирование в ЭС.

9. Прогнозирование в ЭС.

10. Планирование в ЭС.

11. Обучение в ЭС.

12. Статические ЭС.

13. Квазидинамические ЭС.

14. Динамические ЭС.

15. Коллектив разработчиков ЭС.

16. Пользователь ЭС.

17. Роль эксперта в ЭС.

18. Программист ЭС.

19. Инженер по знаниям ЭС.

20. Этапы процесса проектирования промышленной ЭС:

21. Стадии этапа выбора проблемы.

22. Прототип ЭС.

23. Стадии этапа разработки прототипа ЭС.

24. Идентификацией проблемы при создании ЭС.

25. Стадия получения знаний при разработке ЭС.

26. Этап структурирования знаний в процессе создания ЭС.

27. Стадия формализации при создании ЭС.

28. Этап реализации прототипа ЭС.

29. Тестирование ЭС.

30. Демонстрационный прототип ЭС.

31. Действующий прототип ЭС.

32. Промышленная ЭС.

33. Коммерческая экспертная система.

34. Поддержка ЭС.

3. Контрольные вопросы

1. Что такое транспьютерная технология?

2. Что такое персептрон?

3. Назовите области применения экспертных систем.

4. Что такое нейронная сеть?

5. Опишите продукционный способ представления знаний, его достоинства и недостатки.

6. Дайте краткую характеристику стратегий управления выводом в продукционных системах.

7. Сформулируйте принципы построения набора правил в продукционной экспертной системе.

8. Назовите этапы развития систем искусственного интеллекта.

9. Назовите особенности экспертных систем.

10. Для каких задач целесообразно применять ЭС? Приведите пример такой задачи

11. Назовите основные типы систем искусственного интеллекта?

12. Какие составляющие могут входить в продукцию?

13. Назовите инструментальные средства построения экспертной системы, дайте их краткую характеристику.

14. Какие механизмы вывода решений используются в продукционных моделях представления знаний?

15. Приведите классификацию экспертных систем по типам решаемых задач.

16. Разъясните понятие искусственного интеллекта.

17. Как представляются знания в экспертной системе?

18. Что понимается под данными в продукционной модели знаний?

19. Почему продукционная модель знаний используется в промышленных экспертных системах?

20. Что такое знания на машинных носителях информации?

4. ЭТАПЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Изучите по литературе и конспекту лекций разделы, изложенные в п.2.

2. Изучите настоящие методические указания.

3. Ответьте на все контрольные вопросы.

4. Ознакомьтесь с индивидуальным заданием.

5. В соответствии с заданием напишите программу, реализующую небольшую ЭС. Практически любой из заданных вариантов может быть реализован небольшим набором правил.

6. Оформите отчет.

5. ПЛАН ОТЧЕТА.

1. Цель работы.

2. Содержание индивидуального задания.

3. Интерфейсы ЭС.

4. Текст программы.

5. Набор правил в виде продукций.

6. Дерево прямого вывода для выбранных исходных данных.

7. Дерево обратного вывода для других исходных данных.