10545

09.04.01-УММ-М.1.2.5-ПИС-ЛК06-Этапы и методы создания и применения экспертных систем. Оболочки экспертных систем.

Использование оболочек экспертных систем при созданий конкретных экспертных систем.

•более простого интегрирования с другим программным обеспечением и системами

•быстрого создания прототипа системы, чтобы продолжить проектирование

совместно с конечным пользователем

Объекты, используемые в прикладных программах, написанных в среде G2,

описывают свойства и действия динамических операций. Эти объекты легко определяются, а затем многократно используются. Синтаксические ошибки в описаниях объектов, правил и процедур исправляются мгновенно. Результат – быстрая разработка прикладных систем реального времени.

Объекты в G2 – это мощный и интуитивный способ представления материальных и абстрактных сущностей в прикладных программах. Мощность объектно-

ориентированного подхода к разработке программ, позволяет быстро и легко:

•встроить модули и объекты из других прикладных программ;

•графически определить объекты, их свойства и действия;

•создать новые образцы объектов, имитируя существующие объекты.

Объекты или класс объектов определенные один раз могут использоваться многократно. Любой объект или группа объектов могут иметь несколько экземпляров. Каждый экземпляр наследует все свойства и поведение

первоначального объекта(ов). Объекты, правила, и процедуры можно группировать в библиотеки, которые будут общими для всех прикладных программ. Для

моделирования широкого разнообразия действий типа производственных

процессов, сетевых топологий, информационных маршрутизаций, или логических потоков объекты можно объединять графически на экране компьютера.

ВG2 можно эффективно создавать и применять общие знания, создавая универсальные правила, процедуры, формулы и зависимости, которые являются применимыми для полных классов объектов. В результате сокращается время на

разработку и увеличивается эффективность приложений.

ВG2 для представления знаний используется структурный естественный язык, что

позволяет облегчить чтение, редактирование и поддержку баз знаний. Это

облегчает использование и редактирование приложений пользователем

непрограммистом. Для создания и редактирования баз знаний используется Редактор Баз Знаний.

Для представления знаний эксперта о проблемной области используются правила. Правила могут быть как общими, то есть относящимся ко всему классу, так и

специфическим, относящимся к конкретным экземплярам класса. Правила

возбуждаются автоматически в следующих случаях:

•появились новые данные (вывод от фактов к цели);

•требуется найти данные (вывод от цели к фактам) для автоматического вызова

других правил, процедур, или формул;

•требуется определить значения переменных;

•каждые n секунд для оценивания правила в указанном интервале времени.

09.04.01-УММ-М.1.2.5-ПИС-ЛК06-Этапы и методы создания и применения экспертных систем. Оболочки экспертных систем.

Использование оболочек экспертных систем при созданий конкретных экспертных систем.

Подобно правилам, процедуры в G2 выполняются в реальном времени. Процедуры,

правила, и модели выполняются одновременно согласно их приоритетам. Процедуры

могут использоваться для эффективного представления поведения объектов. Для

процедур можно определить состояния ожидания и выполнять обработку информации параллельно. В результате это позволяет формировать мощные прикладные системы

реального времени проще и быстрее, чем с помощью традиционных инструментальных

средств программирования.

Работа в реальном времени, операционные решения и реакции зачастую должны быть

выполнены мгновенно. Среда G2 предназначена для эффективной работы в реальном

времени. Прикладные программы в G2 могут одновременно выполнять рассуждения

относительно многократно выполняемых действий в реальном масштабе времени, перерабатывая тысячи правил, выполняя процедуры и модели, согласно их приоритетов. Для хранения хронологий данных и событий и для рассуждения от-

носительно поведения через какое-то время используются пе- ременные типа время.

G2 может сохранять мгновенные снимки состояния прикладной программы во время

ее выполнения. Поэтому, в случае сбоя питания, G2 может выполнить "перезапуск из

памяти" самого последнего сохраненного состояния.

G2 графика может моделировать знание, представляя объекты, связи и зависимости между объектами. G2 может рассуждать в терминах связи, следуя сети связанных

объектов для определения причин и результатов. Графическая связность объектов

G2 позволяет расширить прикладную программу используя графическое

объединение аналогов. Графика включает встроенные диаграммы(графики), таблицы

и рисунки и т.д.

G2 также работает с утилитами графического интерфейса Windows. Эти утилиты

используют все преимущества объек- тно-ориентированных возможностейG2.

G2 позволяют динамически моделировать системы и процессы, используя объекты, правила, процедуры и формулы. Во время разработки модели используются вместо объектов реального мира, что позволяет непрерывно проверять прикладные про-

граммы в течение их разработки. Модели могут использоваться на этапе эксплуатации как часть прикладной программы G2 для сравнения фактических и

модельных знаний.

Модели можно также использовать для проведения анализа и ответа на вопросы "что если", определения, например, лучших рабочих условий или лучших проектов. Модели

можно также использовать для предсказания важных параметров действий в ре-

альном времени, например, качество изделия или затрат.

Поскольку G2 имеет способность объединять опытное знание с аналитическими

методами, большие индустриальные компании используют прикладные программы,

основанные на G2 для минимизации потребления энергии, максимизации производительности, оптимизации ресурсов и управления процессами в окружающей среде. Способность G2 обрабатывать события, критичные ко времени выполнения и развитый интерфейс, помогают операторам избежать аварийных ситуаций, которые могут приводить к ухудшению качества изделия (программы), задержкам графика, по

09.04.01-УММ-М.1.2.5-ПИС-ЛК06-Этапы и методы создания и применения экспертных систем. Оболочки экспертных систем.

Использование оболочек экспертных систем при созданий конкретных экспертных систем.

- вреждению оборудования, и другим существенным затратам.

G2 разработан для эффективного управления сложными, динамическими проблемами.

Технологии G2 позволяют:

•эффективно выполнить прикладные программы критичные ко времени выполнения;

•использовать архитектуру клиент/ сервер;

•использовать эффективный интерфейс с базами данных вреальном масштабе

времени;

•улучшить принятие решений, эффективно применяя знания экспертов совместно с рассуждениями, основанными на правилах моделях;

•облегчить редактирование прикладных программ, благодаря использованию

структурированного естественного языка и возможностей удаленного

доступа;

•быстро поставить сетевые прикладные программы;

•многократно использовать знания, хранящиеся в библиотеках.

Шлюз G2 позволяет прикладным программам, чтобы связаться с помощью интерфейса

с широким разнообразием систем передачи и обработки данных в реальном масштабе

времени и с базами данных. Шлюз может осуществлять буферизацию данных,

обработку протокола, подтверждение связи, восстановление данных и многие другие

функции. Межсетевой проект позволяет одновременно получать сообщения от многих источников данных. Шлюз действует как сервер данных для G2. Шлюз может выполняться на той же платформе, что и G2.

Все это позволяет с помощью данной оболочки создавать практически любые

большие приложения значительно быстрее, чем с использованием традиционных

методов программирования, и снизить трудозатраты на сопровождение готовых

приложений и их перенос на другие платформы.

09.04.01-УММ-М.1.2.5-ПИС-ЛК06-Этапы и методы создания и применения экспертных систем. Оболочки экспертных систем.

Использование оболочек экспертных систем при созданий конкретных экспертных систем.

Учебник создан в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом по направлению бакалавриата «Информационные системы и технологии». Рассмотрены современное состояние теоретических и прикладных вопросов

представления знаний в информационных системах, идеология построения

интеллектуальных систем, математический аппарат представления знаний, возможности и пути использования искусственного интеллекта при проектировании

информационных систем. Изложены новые аспекты представления знаний на основе

искусственных нейронных сетей, расчетно-логических систем, генетических

алгоритмов, мультиагентных систем. Приведены примеры практической реализации

представления знаний на базе декларативного языка Пролог. Для студентов

учреждений высшего профессионального образования. Может быть полезен разработчикам и пользователям информационных систем; преподавателям и научным

сотрудникам, сферой интересов которых является интеллектуализация различных

предметных областей; менеджерам и руководителям различного ранга, желающим

самостоятельно ознакомиться с современным состоянием информационных

технологий.

Подробнее: https://lavkababuin.com/predstavlenie-znaniy-v-informacionnyh-sistemah-2-e- izd-ster-650564/

[4] Остроух, А. В. Интеллектуальные информационные системы и технологии

[Электронный ресурс] : монография / А. В. Остроух, А. Б. Николаев. Санкт-Петербург:

Лань, 2019. - 308 с.

В монографии изложены концептуальные основы и методы представления знаний в интеллектуальных системах. Рассмотрены различные подходы, применяемые при

проектировании и разработке интеллектуальных систем и технологий в

транспортном комплексе, а также рассмотрены тенденции развития систем

искусственного интеллекта.

Монография может быть использована для формирования профессиональной

компетентности студентов высших учебных заведений, аспирантов и научных сотрудников обучающихся и ведущих научные исследования в области разработки и

практического применения систем искусственного интеллекта по укрупнённой

группе направлений подготовки "Информатика и вычислительная техника".

Подробнее: https://www.labirint.ru/books/692861/

Ссылки на открытые ресурсы (он-лайн-курсы, видеоуроки и т.д.)

[5]

iСписок рекомендуемой литературы может быть более широким по сравнению со списком литературы, указанным в рабочей программе

09.04.01-УММ-М.1.2.5-ПИС-ЛК07-Применение оболочки для создания экспертных систем CLIPS 6.31

Прикладные интеллектуальные системы

Конспект лекции 7. Применение оболочки для создания экспертных систем

CLIPS 6.31

Аннотация: В лекции рассказывается о применении оболочки для создания экспертных систем CLIPS 6.31.

План лекции:

1.Краткая история и характеристика CLIPS

2.Основные элементы программирования

3.Факты

4.Правила

5.Дополнительные средства CLIPS

6.Задания для самостоятельной работы.

Ключевые слова: экспертная система, CLIPS 6.31, правила, факты, стратегии, функции.

09.04.01-УММ-М.1.2.5-ПИС-ЛК07-Применение оболочки для создания экспертных систем CLIPS 6.31

СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИИ:

1. Краткая история и характеристика CLIPS

Название языка CLIPS - аббревиатура от C Language Integrated Production System.

Язык был разработан в Центре космических исследований NASA (национальное Аэрокосмическое Агентство США)

СLIPS является одним из распространенных инструментальных средств разработки экспертных систем (ЭС). Представляя собой логически полную среду, содержащую встроенный редактор и средства отладки, СLIPS является оболочкой ЭС. Первая версия системы вышла в 1984 году и представляла собой интерпретатор порождающих правил. Процедурный язык и объектно-ориетированное расширение CLIPS были включены в этот программный продукт только в 1990–х годах. Существующая в настоящее время версия может эксплуатироваться на платформах UNIX, DOS, Windows и Macintosh. Она является хорошо документированным общедоступным продуктом (адрес в Интернет - http://www.cosmic.uga.edu/) и доступна по сети FTP.

Принципиальным отличием данной системы от аналогов является то, что она полностью реализована на языке С. Причем исходные тексты ее программ опубликованы в сети Интернет.

В СLIPS используется оригинальный LISP-подобный язык программирования, ориентированный на разработку ЭС. Кроме того, СLIPS поддерживает еще две парадигмы программирования: объектно-ориентированную и процедурную. Аспекты объектно-ориентированного программирования в СLIPS нами рассматриваться не будут.

Широкое распространение системы CLIPS объясняется тем, что CLIPS представляет собой комбинацию продукционного и объектно-ориентированного и фреймового подходов и обладает следующими ее преимуществами:

-относительная дешевизна;

-использование множества опробованных на практике конструкций из других инструментальных средств;

-наличие четко сформулированного синтаксиса, позаимствованного у LISP;

-высокая производительность;

-возможность использования внешних функций, написанных на других языках программирования;

-включение средств, позволяющих комбинировать правила и объекты.

СLIPS использует продукционную модель представления знаний и поэтому содержит три основных элемента:

1.базу фактов;

2.базу правил;

3.блок вывода.

База фактов представляет исходное состояние проблемы. Блок вывода CLIPS сопоставляет факты и правила и выясняет, какие из правил можно активизировать. Это выполняется циклически, причем каждый цикл состоит из трех шагов:

1.сопоставление фактов и правил;

2.выбор правила, подлежащего активизации;

09.04.01-УММ-М.1.2.5-ПИС-ЛК07-Применение оболочки для создания экспертных систем CLIPS 6.31

3. выполнение действий, предписанных правилом.

Такой трехшаговый циклический процесс называют «циклом распознавание – действие».

2. Основные элементы программирования

СLIPS предоставляет три основных элемента для написания программ:

1.Простые типы данных;

2.Функции для манипулирования данными;

3.Конструкторы для пополнения БЗ, для создания фактов, функций, правил, классов.

2.1Простые типы данных

Для представления информации в СLIPS предусмотрено восемь простых типов данных.

Простые типы данных:

Для представления числовой информации используются типы f1оаt и integer, символьной - symbol, string . Остановимся на рассмотрении этих четырех типов данных.

При записи числа могут использоваться только цифры (0-9), десятичная точка (.), знак (+) или (-) и (е) при экспоненциальном представлении. Число сохраняется либо как целое, либо как действительное. Любое число, состоящее только из цифр, перед которыми может стоять знак, сохраняется как целое (тип integer представляется внутри СLIPS как тип языка С lоng integer ). Все остальные числа сохраняются как действительные (f1оаt - С double f1оаt).

Количество значащих цифр зависит от аппаратной реализации. В этой же связи могут возникать ошибки округления.

Как в любом языке программирования, особенную осторожность необходимо проявлять при сравнении чисел с плавающей точкой, а также при сравнении с ними целых чисел.

Последовательность символов, которая не удовлетворяет числовым типам, обрабатывается как тип данных symbol.

Тип данных symbol в СLIPS - последовательность символов, состоящая из одного или нескольких любых печатных символов кода АSСII. Как только в последовательности символов встречается символ-разделитель, данное типа symbol заканчивается.

Следующие символы служат разделителями: любой непечатный АSСII символ (включая пробел, символ табуляции, СR, LF), двойные кавычки, ( , ) , &, | , < , ~ ,

;

Символы-разделители не могут включаться в данные типа symbol за исключением символа "<", который может быть первым символом в данных типа symbol. Кроме того, данные типа symbol не могут начинаться с символа "?" или последовательности

09.04.01-УММ-М.1.2.5-ПИС-ЛК07-Применение оболочки для создания экспертных систем CLIPS 6.31

символов "$?", поскольку эти символы зарезервированы для переменных. Заметим, что СLIPS различает регистр символов. Ниже приведены примеры выражений символьного типа:

foo Не11о В76-Н1 bao_value 127А 742-42-42 @+=-%

Тип данных string - это последовательность символов, состоящая из нуля и более печатных символов и заключенная в двойные кавычки. Если внутри строки встречаются двойные кавычки, то перед ними необходимо поместить символ (\). То же справедливо и для самого (\).

Несколько примеров: "fоо" "а аnd. b" "1 number" "а\"quote"

Отметим, что строка "аbсd" не тоже самое, что аbсd. Они содержат одинаковые наборы символов, но являются экземплярами различного типа.

Не допускается использование букв русского алфавита.

2.2 Функции

Под функцией в СLIPS понимается фрагмент исполняемого кода, с которым связано уникальное имя и который возвращает полезное значение или имеет полезный побочный эффект (например, вывод информации на экран).

Существует несколько типов функций:

1.Пользовательские.

2.Системные.

3.Внешние.

Пользовательские функции определены программистом с помощью конструктора

Deffunction.

Системные функции – те функции, которые были определены изначально внутри среды Clips.

Внешние функции – функции, которые были определены вне Clips и написаны на других языках.

Хотя СLIPS и не ориентирована на численные вычисления, в ней предусмотрен ряд стандартных арифметических и математических функций. Среди них:

- + - сложение, - – вычитание; - * - умножение, / - деление;

-** - возведение в степень;

-div – целочисленное деление, мod - остаток от целочисленное деления;

- abs определение абсолютного значения;

-Sqrt вычисление квадратного корня;

-мin - нахождение минимума, мax - нахождение максимума;

-cos, sin, tan –тригонометрические функции синус, косинус, тангенс;

-acos, asin, atan - арксинус, арккосинус, арктангенс;

-pi – получение числа π;

-exp – вычисление экспоненты;

-log, log10 – вычисление натурального и десятичного логарифмов;

-deg-rad, rad-deg – преобразование из градусов в радианы и наоборот;

-round – округление числа.

Конструкция deffunction позволяет пользователю определять новые функции непосредственно в среде СLIPS с использованием синтаксиса СLIPS.

09.04.01-УММ-М.1.2.5-ПИС-ЛК07-Применение оболочки для создания экспертных систем CLIPS 6.31

Вызовы функций в СLIPS имеют префиксную форму: аргументы функции могут стоять только после ее названия.

Синтаксис вызова функции:

(имя аргумент1 аргумент2 аргумент3 …..).

Аргументами могут быть данные простых типов, переменные или вызовы других функций. Аргументы отделяются друг от друга одним или несколькими пробелами. Ниже приведены примеры вызовов функций:

2.3 Конструкторы

В СLIPS существует несколько описывающих конструкторов: defmodule, defrule, deffacts, deftemplate, defglobal, deffunction, defclass, definstances, defmessagehandler, defgeneric.

При записи все они заключаются в скобки. Определение конструктора отличается от вызова функции главным образом по производимому эффекту. Обычно вызов функции оставляет состояние среды CLIPS без изменений (за исключением, когда речь идет о функциях сброса, очистки, открытия файла и т.п.). Определение конструктора, напротив, в точности направлено на изменение состояния среды путем внесения изменений в базу знаний CLIPS. В отличие от функций конструкторы никогда не возвращают значений.

Все конструкторы (за исключением defglobal ) позволяют размещать комментарии сразу вслед за именем конструкции. Комментарии внутри конструктора заключены в двойные кавычки. Кроме того, комментарии могут вставляться в код CLIPS при помощи точки с запятой (;). Все, что следует за (;) до конца строки, будет игнорироваться CLIPS. Если (;) стоит первым символом в строке, то вся строка считается комментарием.

3.Факты

3.1Представление фактов

Факты являются одной из основных форм представления информации в системе CLIPS. Каждый факт представляет фрагмент информации, который был помещен в текущий список фактов, называемый fact-list (рабочая память). Факт представляет собой основную единицу данных, используемую правилами.

Количество фактов в списке и объем информации, который может быть сохранен в факте, ограничивается только размером памяти компьютера. Если при добавлении нового факта к списку обнаруживается, что он полностью совпадает с одним из уже включенных в список фактов, то эта операция игнорируется (хотя такое поведение можно изменить).