- •1 Направления искусственного интеллекта и понятие иис – 2 ч. [1; 2; 9]
- •1.1 Основные направления искусственного интеллекта и их характеристика. (Гаврилова)
- •1.1.1 Основные направления искусственного интеллекта и их характеристика. (Андрейчикова)
- •1.2 Состояние работ в области экспертных систем и направлениям искусственного интеллекта. (Попов)
- •1.3 Понятие интеллектуальной информационной системы (иис). (Андрейчикова)
- •1.5 Классификация иис. (Андрейчикова)
- •2 Понятие экспертных систем. – 2 ч. [1; 2; 3; 9]
- •2.1 2.2 2.3 Экспертные системы (эс). Назначение экспертных систем. Формальные основы экспертных систем. (Попов)
- •Назначение экспертных систем
- •Формальные основы экспертных систем
- •3 Архитектура экспертных систем и этапы разработки - 2 ч. [2; 8; 9]
- •3.3 Этапы разработки экспертных систем. (Попов)
- •5 Методы и модели представления знаний. (Попов)
- •5.1 Формальная логическая модель представления знаний. (Попов)
- •5.2. Семантическая модель представления знаний. (Попов)
- •5.3 Фреймовая модель представления знаний. (Попов)
- •5.4 Продукционная модель представления знаний. (Попов)
- •5.6 Модель представления знаний: “прецеденты”.
- •5.5 Модель доски объявлений для представления знаний.
- •5.7 Гибридные модели представления знаний
- •6 Методы поиска решений в эс
- •7 Понятие и определение нечетких знаний – 2 ч. [3; 14]
- •7.1 Нечеткие знания
- •7.2 Понятие лингвистической переменной, определение ее значения
- •7.3 Понятие нечеткого множества
- •7.4 Определение нечеткого множества (через базовую шкалу и функцию принадлежности)
- •7.5 Понятие функции принадлежности
- •7.6 Операции с нечеткими знаниями
- •8 Стратегии получения знаний - 2 ч. [3]
- •8.1 Извлечение знаний из данных, приобретение знаний, формирование знаний. Теоретические аспекты извлечения знаний.
- •Теоретические аспекты извлечения знаний
- •Психологический аспект извлечения знаний
- •Лингвистический аспект извлечения знаний
- •Гносеологический аспект извлечения знаний
- •Теоретические аспекты структурирования знаний
- •Историческая справка
- •Иерархический подход
- •Традиционные методологии структурирования
- •Объектно-структурный подход (осп)
- •9 Проектирование экспертных систем - 2ч. [1; 3]
- •9.1 Этапы проектирования экспертной системы: идентификация, концептуализация, формализация, реализация, тестирование, опытная эксплуатация.
- •9.4 Технология проектирования и разработки промышленных эс.
- •9.5 Характеристика этапов разработки эс.
- •9.6 Технология быстрого прототипирования эс.
- •9.7 Характеристика стадий разработки прототипа эс.
- •10 Понятие нейроинформатики, история развития
- •Задача обучения нейронной сети на примерах.
- •12.1 Интерфейс вывода нейросетевого блока
- •12.2 Интерпретатор нейросетевого блока
- •12.3 Блок «Учитель» нейроимитатора
- •12.4 Блок «Оценка»
- •4.3.8. Конструктор нейронной сети
- •12.7 Блок «Констрастер»
- •4.3.9. Контрастер нейронной сети
- •42. Схема работы интеллектуального компонента прогнозирования временных рядов показателей.
- •44. Персептрон Розенблатта.
- •46.Карта самоорганизации Кохонена.
- •45 Многослойный перцептрон и его обучение
3 Архитектура экспертных систем и этапы разработки - 2 ч. [2; 8; 9]
3.2 Архитектура статических и динамических экспертных систем. 2.4. Составные части экспертной системы: база знаний, механизм вывода, механизмы приобретения и объяснения знаний, интеллектуальный интерфейс. (Попов)
Типичная статическая ЭС состоит из следующих основных компонентов (рис. 1.1):
• решателя (интерпретатора);
• рабочей памяти (РП), называемой также базой данных (БД);
• базы знаний (БЗ);
• компонентов приобретения знаний;
• объяснительного компонента;
• диалогового компонента.
База данных (рабочая память) предназначена для хранения исходных и промежуточных данных решаемой в текущий момент задачи. Этот термин совпадает по названию, но не по смыслу с термином, используемым в информационно-поисковых системах (ИПС) и системах управления базами данных (СУБД) для обозначения всех данных (в первую очередь долгосрочных), хранимых в системе.
База знаний (БЗ) в ЭС предназначена для хранения долгосрочных данных, описывающих рассматриваемую область (а не текущих данных), и правил, описывающих целесообразные преобразования данных этой области.
Решатель, используя исходные данные из рабочей, памяти и знания из БЗ, формирует такую последовательность правил, которые, будучи примененными к исходным данным, приводят к решению задачи.
Компонент приобретения знаний автоматизирует процесс наполнения ЭС знаниями, осуществляемый пользователем-экспертом.
Объяснительный компонент объясняет, как система получила решение задачи (или почему она не получила решение) и какие знания она при этом использовала, что облегчает эксперту тестирование системы и повышает доверие пользователя к полученному результату.
Рис. 1.1. Структура статической ЭС
Диалоговый компонент ориентирован на организацию дружественного общения с пользователем как в ходе решения задач, так и в процессе приобретения знаний и объяснения результатов работы.
В разработке ЭС участвуют представители следующих специальностей:
эксперт в проблемной области, задачи которой будет решать ЭС;
инженер по знаниям - специалист по разработке ЭС (используемые им технологию, методы называют технологией (методами) инженерии знаний);
программист по разработке инструментальных средств (ИС), предназначенных для ускорения разработки ЭС.
Необходимо отметить, что отсутствие среди участников разработки инженеров по знаниям (т. е. их замена программистами) либо приводит к неудаче процесс создания ЭС, либо значительно удлиняет его.
Эксперт определяет знания (данные и правила), характеризующие проблемную область, обеспечивает полноту и правильность введенных в ЭС знаний.
Инженер по знаниям помогает эксперту выявить и структурировать знания, необходимые для работы ЭС; осуществляет выбор того ИС, которое наиболее подходит для данной проблемной области, и определяет способ представления знаний в этом ИС; выделяет и программирует (традиционными средствами) стандартные функции (типичные для данной проблемной области), которые будут использоваться в правилах, вводимых экспертом.
Программист разрабатывает ИС (если ИС разрабатывается заново), содержащее в пределе все основные компоненты ЭС, и осуществляет его сопряжение с той средой, в которой оно будет использовано.
Экспертная система работает в двух режимах: режиме приобретения знаний и в режиме решения задачи (называемом также режимом консультации или режимом использования ЭС).
В режиме приобретения знаний общение с ЭС осуществляет (через посредничество инженера по знаниям) эксперт. В этом режиме эксперт, используя компонент приобретения знаний, наполняет систему знаниями, которые позволяют ЭС в режиме решения самостоятельно (без эксперта) решать задачи из проблемной области. Эксперт описывает проблемную область в виде совокупности данных и правил. Данные определяют объекты, их характеристики и значения, существующие в области экспертизы. Правила определяют способы манипулирования с данными, характерные для рассматриваемой области.
Отметим, что режиму приобретения знаний в традиционном подходе к разработке программ соответствуют этапы алгоритмизации, программирования и отладки, выполняемые программистом. Таким образом, в отличие от традиционного подхода в случае ЭС разработку программ осуществляет не программист, а эксперт (с помощью ЭС), не владеющий программированием.
В режиме консультации общение с ЭС осуществляет конечный пользователь, которого интересует результат и (или) способ его получения. Необходимо отметить, что в зависимости от назначения ЭС пользователь может не быть специалистом в данной проблемной области (в этом случае он обращается к ЭС за результатом, не умея получить его сам), или быть специалистом (в этом случае пользователь может сам получить результат, но он обращается к ЭС с целью либо ускорить процесс получения результата, либо возложить на ЭС рутинную работу). Следует подчеркнуть, что термин "пользователь" является многозначным, так как использовать ЭС кроме конечного пользователя может и эксперт, и инженер по знаниям, и программист. Поэтому когда хотят подчеркнуть, что речь идет о том, для кого делалась ЭС, используют термин "конечный пользователь".
В режиме консультации данные о задаче пользователя после обработки их диалоговым компонентом поступают в рабочую память. Решатель на основе входных данных из рабочей памяти, общих данных о проблемной области и правил из БЗ формирует решение задачи. Подчеркнем, что в отличие от традиционных программ ЭС при решении задачи не только исполняет предписанную последовательность операции, но и предварительно формирует ее. Если реакция системы не понятна пользователю, то он может потребовать объяснения: "Почему система задает тот или иной вопрос?", "как ответ, собираемый системой, получен?".
Структуру, приведенную на рис. 1.1, называют структурой статической ЭС. ЭС данного типа используются в тех приложениях, где можно не учитывать изменения окружающего мира, происходящие за время решения задачи. Первые ЭС, получившие практическое использование, были статическими. Они нашли применение в широком классе приложений.
Из общих соображений понятно, что существует огромный класс приложений, в которых требуется учитывать динамику, т. е. изменения, происходящие в окружающем мире за время исполнения приложения. На рис. 1.2 показано, что в архитектуру динамической ЭС по сравнению со статической ЭС вводятся два компонента: подсистема моделирования внешнего мира и подсистема связи с внешним окружением. Последняя осуществляет связи с внешним миром через систему датчиков и контроллеров. Кроме того, традиционные компоненты статической ЭС (база знаний и машина вывода) претерпевают существенные изменения, чтобы отразить временную логику происходящих в реальном мире событий (подробнее см. гл.9).
Подчеркнем, что структура ЭС, представленная на рис. 1.1 и 1.2, отражает только компоненты (функции), и многое остается "за кадром". На рис. 1.3 приведена обобщенная структура современного ИС для создания динамических ЭС, содержащая кроме основных компонентов те возможности, которые позволяют создавать интегрированные приложения в соответствии с современной технологией программирования.
Рис. 1.2. Архитектура статических и динамических ЭС (компоненты, подвергающиеся изменениям, заштрихованы)
Рис. 1.3. Структура современных ИС для ЭС
В основе ИС лежат объектно-ориентированная база знаний (ОО-технология БЗ) и механизм вывода, способный оперировать с правилами, в которых явным образом отражено время (РВ - механизм вывода). Во внутреннем кольце расположены компоненты, обеспечивающие моделирование, анимацию, активную графику, механизм общих правил и т.д. Во внешнем кольце отражены технологии и требования, обязательные в современных ИС для создания ЭС.