Один з актуальних напрямів інформатики -- інтелектуалізація інформаційних технологій. Це означає, що користувач, застосовуючи комп'ютерні технології, зможе не тільки одержувати відомості на основі обробки даних, але і використовувати накопичений досвід і знання професіоналів.

Інтелектуальні системи і технології застосовуються для тиражування професійного досвіду і рішення складних наукових, виробничих і економічних задач, наприклад, аналіз інвестицій, планування рекламної кампанії, прогнозування ринку.

Експертні системи -- це сфера діяльності, що бурхливо розвивається. По всій країні провідні університети, науково-дослідні центри і комерційні корпорації намагаються на практиці реалізувати переваги, які обіцяють експертні системи.

В нашій країні сучасний стан розробок з області експертних систем можна охарактеризувати як стадію зростаючого інтересу серед економістів, фінансистів, викладачів, інженерів, медиків, психологів, програмістів, лінгвістів. На жаль, цей інтерес має поки достатньо слабе матеріальне підкріплення -- явний брак підручників і спеціальної літератури, відсутність символьних процесорів і робочих станцій штучного інтелекту, обмежене фінансування досліджень в цій області.

Тому розповсюджуються "підробки" під експертні системи у вигляді численних діалогових систем і інтерактивних пакетів прикладних програм, які дискредитують в очах користувачів цей надзвичайно перспективний напрям. Процес створення експертної системи вимагає участі висококваліфікованих фахівців в області штучного інтелекту, яких поки випускає невелика кількість вищих учбових закладів країни.

Сучасні експертні системи широко використовуються для тиражування досвіду і знань провідних фахівців практично у всіх сферах економіки. Традиційно знання існують в двох видах -- колективний досвід і особистий досвід.

Ця проблема є актуальною, тому що набула висвітлення у працях багатьох зарубіжних та вітчизняних науковців і дослідників. Серед них, Н.В. Макарова, В.Ф. Ситник, В.С. Крисевич, Ж. Лор?єр, Д. Уотермен та багато інших. Такі науковці як Н.В. Макарова, Т.О. Гаврилова приділяли багато уваги розгляданню класифікації експертних систем та їх структурі. Т.О. Таран у своїх працях розглядав термінологічний апарат експертних систем та їх архітектуру. Д. Уотермен у своїй книзі розглядає основні організації, котрі розробляють експертні системи, намагається уявити собі їх можливі застосування в майбутньому і приводить список джерел додаткової інформації. Е.В. Попов в своїй книзі намагається ввести читача в проблематику експертних систем, та розглядає знання які необхіхні для функціонування експертних систем та способи їх представлення.

Об'єктом дослідження є експертні системи.

Предметом дослідження є їх застосування в інформаційній діяльності організації або установи.

Мета дослідження - дослідити застосування в інформаційній діяльності організації або установи експертних систем.

На основі об'єкта, предмета та мети дослідження було сформульовано наступні завдання:

- проаналізувати терміносистему дослідження;

- розглянути поняття та сутність інформаційної діяльності;

- розглянути сутність експертних систем та проаналізувати їх;

- проаналізувати інформаційну діяльність організації або установи, її сутність та складові;

- розглянути можливості застосування в інформаційній діяльності організації або установи експертних систем.

У процесі написання курсової роботи були використані наступні методи:

- На теоретичному рівні: аналіз та синтез, інформаційний, історичний, структурний підходи, дедукція та індукція та інші;

- На емпіричному рівні: огляд літератури.

Робота складається з реферату, вступу, двох розділів, висновків та списку використаних джерел. Основний текст містить сторінок, список використаних джерел налічує найменувань.

Розділ 1. ТЕОРЕТИЧНИЙ АСПЕКТ ПРОБЛЕМИ ДОСЛІДЖЕННЯ

1.1 Аналіз терміносистеми дослідження

Термін інтелект (intelligence) походить від латинського intellectus, що означає розум; розумові здібності людини. Психологи не прийшли до єдиного визначення цього поняття. Звичайно дається визначення інтелекту, поняття визначається через перелік його властивостей.

ШІ в трактуванні Джорджа Ф. Люгера визначається як область комп'ютерної науки, що займається автоматизацією розумної поведінки. І. Річ вважає, що ШІ - це область досліджень, яка направлена на створення комп'ютерів, виконуючих такі функції, які в даний час людина виконує краще. Тут мовиться про функції, пов'язані з умінням сприймати, аналізувати, міркувати, використовувати знання, планувати свої дії і т.і., в яких природний вияв інтелекту. Причому ці функції зараз добре виконуються людиною і погано - комп'ютером. Дж.Ален вважає, що ШІ - це наука про створення машин, які будуть вирішувати задачі, які можуть вирішувати люди. В трактуванні М.Т.Джонса ШІ - це процес створення машин, здатних діяти таким чином, що сприйматимуться людиною як розумні [10, c.7].

Психологи (Нікерсон, Перкінс і Сміт, 1985) перераховують такі особливості інтелекту:

1. Здібність розділяти неідентичні стимули на класи.

2. Здібність до адаптивної зміни поведінки - до навчання.

3. Здібність до дедуктивного мислення.

4. Здібність до індуктивного мислення - до узагальнення. Це означає здатність виходити за межі даної інформації, тобто породжувати нове знання.

5. Здатність розробляти і використовувати концептуальні моделі.

6. Здібність до розуміння. Це означає уміння бачити відносини в задачах і оцінювати їх значення для вирішення задач. Оцінка розуміння - одна з самих невловимих проблем у вивченні інтелекту.

Як робоче визначення приймемо визначення інтелектуальної діяльності, дане В.К.Фіном:

1. Здібність до організації знань по їх істотності і встановленню відношення релевантности між даними, що є, і знаннями.

2. Здатність використовувати логіку в широкому значенні цього терміну.

3. Наявність рефлексії, тобто можливість оцінювати результати своєї діяльності.

4. Навчання новим знанням і корекції раніше придбаних знань.

5. Уміння породжувати гіпотези [10, c.8].

Експертна система -- це система, яка включає інформацію про поняття і об'єкти деякої області, інформацію про способи їх поведінки і взаємодії і програми логічного виведення і призначена для імітації роботи людини-експерта в цій області.

За допомогою експертних систем встановлюються діагнози захворювань, відкриваються родовища корисних копалин, визначаються причини збоїв в роботі приладів і механізмів.

В процесі роботи з експертною системою користувач має нагоду поповнювати базу даних і базу знань -- «навчати» систему. Таким чином, експертна система в своїй роботі використовує ту базу знань, яка була закладена в неї при розробці і бути поповнений в процесі експлуатації. Це -- знання і досвід людей -- фахівців в конкретній області. Своїх власних знань, отриманих без допомоги людини, експертна система в процесі роботи не придбає [3, c.121].

Оскільки термінологія в області розробки ЕС постійно модифікується, визначимо основні терміни в рамках даної області.

Інженер знань - людина, яка проектує і створює експертну систему.

Інженер по знаннях -- фахівець в області штучного інтелекту, виступаючий в ролі проміжного буфера між експертом і базою знань. Синоніми: когнитолог, інженер-інтерпретатор, аналітик.

Інженерія знань - процес створення експертної системи.

Інструмент - скорочене позначення засобу побудови експертної системи.

Штучний інтелект - розділ інформатики, пов'язаний з розробкою інтелектуальних програм для комп'ютерів.

Кінцевий користувач - людина, яка використовує закінчену експертну систему; людина, для якої розроблена система.

Пошук - продумано організований перегляд простору можливих рішень, гарантуючий ефективне знаходження необхідного рішення.

Користувач - людина, яка використовує експертну систему, наприклад кінцевий користувач, експерт, інженер знань, розробник інструменту або лаборант.

Користувач -- фахівець предметної області, для якого призначена система. Звичайно його кваліфікація недостатньо висока, і тому він потребує допомоги і підтримки своєї діяльності з боку ЕС.

Уявлення - процес формулювання або опису проблеми так, щоб її легко вирішити.

Засоби підтримки - програми і апаратура, пов'язана із засобами побудови експертної системи, які допомагають користувачу взаємодіяти з експертною системою. До них відносяться складні налагоджувальні засоби, зручні програми редагування і розвинуті пристрої графічного виведення [2, c.13].

Засіб побудови експертної системи - мова програмування і підтримуючий пакет програм, що використовується при створенні експертної системи.

Експерт - людина, яка за роки навчання і практики навчилася надзвичайно ефективно вирішувати задачі, що відносяться до конкретної предметної області.

Експертна система - комп'ютерна програма, яка використовує експертні знання для забезпечення високоефективного рішення задач у вузькій предметній області.

Інтерфейс користувача -- комплекс програм, які реалізують діалог користувача з ЕС як на стадії введення інформації, так і при отриманні результатів.

База знань (БЗ) -- ядро ЕС, сукупність знань предметної області, записані на машинному носії у формі, зрозумілій експерту і користувачу. Паралельно такому «людському» уявленню існує БЗ у внутрішньому «машинному» уявленні.

Вирішувач -- програма, моделююча хід міркувань експерта на підставі знань, що є в БЗ. Синоніми: дедуктивна машина, машина виведення, блок логічного виведення [7, c.20].

Інтелектуальний редактор БЗ -- програма, яка представляє інженеру по знаннях можливість створювати БЗ в діалоговому режимі. Включає систему вкладених меню, шаблонів мови представлення знань, підказок («help» -- режим) і інших сервісних засобів, полегшуючих роботу з базою.

За Ситником В.Ф., експертні системи - це комп'ютерна система, яка втілює в собі досвід експерта, що ґрунтується на його знаннях в певній галузі [9, c.230].

Знання - сукупність відомостей, створюючих цілісний опис, відповідний деякому рівню обізнаності про описуване питання, предмет, проблему і т.і.

Знання декларативні - знання, які записані в пам'яті інтелектуальної системи так, що вони безпосередньо доступні для використовування після звернення до відповідного поля пам'яті. У вигляді З.Д. звичайно записується інформація про властивості предметної області, факти, що мають в ній місце, і тому подібна інформація.

Знання експертні - знання, які мають в своєму розпорядженні фахівці в деякій предметній області.

Інтерфейс - сукупність технічних чи програмних засобів, забезпечуюча сполучення двох або більш елементів системи для їх сумісного функціонування в цій системі. Типовим прикладом технічного І. є набір конструктивних параметрів телефонних апаратів і телефонних каналів, дозволяючих підключити будь-який телефонний апарат до будь-якого телефонного каналу [11, c.36]

Таким чином, можна сказати що терміносистема експертних систем постійно змінюється та доповнюється новими термінами, але вже визначився певний перелік основних термінів та понять.

1.2 Поняття та сутність інформаційної діяльності

Інформаційна діяльність - діяльність, забезпечуюча збір, обробку, зберігання, пошук і розповсюдження інформації, а також формування організаційного ресурсу і організацію доступу до нього.

Отримання і обробка інформації є необхідною умовою життєдіяльності будь-якого організму. Навіть найпростіші одноклітинні постійно сприймають і використовують інформацію, наприклад про температуру і хімічний склад середовища для вибору найсприятливіших умов існування [13].

Живі істоти здатні не тільки сприймати інформацію з навколишнього середовища за допомогою органів чуття, але і обмінюватися нею між собою. Наприклад, мурашки і бджоли повідомляють родичів про місцезнаходження корму. Для цього їм доводиться застосовувати спеціальну мову, на якій цю інформацію можна передати («танець» бджіл).

Людина також сприймає інформацію за допомогою органів чуття, а для обміну інформацією між людьми служать мови. За час розвитку людського суспільства таких мов виникло дуже багато. Перш за все це рідні мови (російська, болгарська, англійська та ін.), на яких говорять численні народи світу. Роль мови для людства виключно велика. Без неї, без обміну інформацією між людьми було б неможливим виникнення і розвиток суспільства. Діяльність людини, пов'язану з процесами отримання, перетворення, накопичення і передачі інформації, називатимемо інформаційною діяльністю.

Для отримання (сприйняття) інформації у тварин і людини є органи чуття (особливі нервові клітки -- рецептори): зір, слух, нюх, дотик. У міру свого розвитку людство створювало спеціальну апаратуру, що підвищує можливості органів чуття: вимірювальні прилади, мікроскопи, підсилювачі звукових сигналів і т.і.

Першим носієм людських знань і досвіду, першим засобом обміну інформації між людьми стала людська мова.

Не дивлячись на все багатство можливостей передачі інформації, що надаються рідними мовами, описати з їх допомогою можна далеко не все. І хоча видатні поети і письменники створювали на рідних мовах яскраві образи і передавали тонкі емоції, приказка «краще один раз побачити, ніж сто разів почути» часто виявляється справедливою.

Тому людство навчилося використовувати для передачі і збереження інформації малюнки, креслення, схеми, а згодом -- фотографії, телевізійні зображення і т.і.

В даний час застосовують безліч спеціальних мов, пристосованих для передачі інформації конкретного змісту, що з'являється при рішенні певних задач. До них можна віднести мови математики, фізики, хімії і інших наукових дисциплін, дорожні знаки, мова запису шахових партій, систему знаків для внесення редакторської правки в рукопис, позначення на картах, мови спілкування з ЕОМ і інші. Кількість таких мов безперервно збільшується в прямій залежності від зростання різноманіття вирішуваних людиною задач.

Проблеми мови, її структури, зміст і т.д. вивчаються цілим рядом рідних інформатиці наук -- лінгвістикою, математичною лінгвістикою і ін. Саму інформатику мова цікавить, перш за все, як форма уявлення і засіб передачі інформації.

Перетворення, цілеспрямована обробка інформації -- найважливіший з інформаційних процесів.

У міру розвитку суспільства, науково-технічного прогресу людство створювало все нові засоби і способи збору, зберігання, передачі інформації. Але найважливіше в інформаційних процесах -- обробка і цілеспрямоване перетворення інформації -- здійснювалося до недавнього часу виключно людиною [14].

Проте постійне вдосконалення техніки і виробництва привело до різкого зростання об'єму інформації, якою доводиться оперувати людині в процесі її професійної діяльності, постійно збільшувався також об'єм інформації, необхідної для вирішення задач планування і управління виробництвом, народним господарством.

В буквальному розумінні почала виникати інформаційна криза: людство не справлялося з обробкою наростаючих об'ємів інформації старими методами. Як всяка криза вона викликала декілька інформаційних революцій і, як наслідок, появу нових інформаційних технологій [14].

В історії розвитку цивілізації відбулося декілька інформаційних революцій -- перетворень суспільних відносин через кардинальні зміни у сфері обробки інформації. Слідством подібних перетворень було придбання людським суспільством нової якості.

Перша революція пов'язана з винаходом писемності, що привело до гігантського якісного і кількісного стрибка. З'явилася можливість передачі знань від покоління до покоління.

Друга (середина XVI в.) викликана винаходом книгодрукування, яке радикально змінило індустріальне суспільство, культуру, організацію діяльності.

Третя (кінець XIX в.) обумовлена винаходом електрики, завдяки якій з'явилися телеграф, телефон, радіо, дозволяючи оперативно передавати і накопичувати інформацію в будь-якому об'ємі.

Четверта (70-ті рр. XX в.) пов'язана з винаходом мікропроцесорної технології і появою персонального комп'ютера. На мікропроцесорах і інтегральних схемах створюються комп'ютери, комп'ютерні мережі, системи передачі даних (інформаційні комунікації). Цей період характеризують три фундаментальні інновації:

перехід від механічних і електричних засобів перетворення інформації до електронних;

мініатюризація всіх вузлів, пристроїв, приладів, машин;

створення програмно-керованих пристроїв і процесів.

Остання інформаційна революція висуває на передній план нову галузь -- інформаційну індустрію, пов'язану з виробництвом технічних засобів, методів, технологій для виробництва нових знань. Найважливіша складова інформаційної індустрії -- інформаційна технологія.

Інформаційна технологія -- процес, використовуючий сукупність засобів і методів збору, обробки і передачі даних (первинної інформації) для отримання інформації нової якості про стан об'єкту, процесу або явища. Сучасна ІТ спирається на досягнення в області комп'ютерної техніки і засобів зв'язку [15].

Таким чином можна сказати, що інформаційна діяльність це невід'ємна частина людської діяльності, бо отримання і обробка інформації є необхідною умовою життєдіяльності будь-якого організму.

1.3 Сутність та аналіз експертних систем

В середині сімдесятих років в дослідженнях по штучному інтелекту сформувався самостійний напрям, що отримав назву експертні системи (ЕС). Ціль досліджень в експертних системах полягає в розробці програм (пристроїв), які при рішенні задач, важких для експерта-людини, одержують результати, не поступливі за якістю і ефективностю рішенням, одержуваними експертом. В більшості випадків експертні системи вирішують важкоформалізуючі задачі або задачі, що не мають алгоритмічного рішення. В даний час експертні системи знайшли застосування в різноманітних наочних областях (медицина, обчислювальна техніка, геологія, математика, сільське господарство, управління, електроніка, юриспруденція і ін.).

Дослідники в області експертних систем для назви своєї дисципліни використовують термін knowledge engineering (буквально "інженерія знань"), включаючи в круг вивчення власне наукові, технологічні і методологічні питання. Цей термін був введений Фейгенбаумом. Задачу даної дисципліни Фейгенбаум визначив як "привнесення принципів і інструментарію досліджень з області штучного інтелекту в рішення важких прикладних проблем, вимагаючих знань експертів".

Причини успішного практичного використовування експертних систем полягають в том, що при їх побудові були враховані попередні дослідження в області штучного інтелекту [6, c.7].

У зв'язку з тим, що основним джерелом потужності ЕС є знання, ЕС повинні мати здатність придбавати знання. Процес отримання знань можна розділити на: отримання знань від експерта; організацію знань, забезпечуючи ефективну роботу системи; представлення знань в зрозумілому системі вигляді. Процес отримання знань здійснюється на основі аналізу діяльності експерта, так званого "інженера по знаннях" (knowledge engineer). Евристичний характер знань робить їх придбання вельми трудомістким процесом. Трудомісткість цього процесу призводять до того, що він є найбільш узким місцем при створенні експертних систем і взагалі систем штучного інтелекту.

Експертні системи і системи штучного інтелекту відрізняються від систем обробки даних тим, що в них використовується символьний (а не числовий) спосіб уявлення, символьне виведення і еврестичний пошук рішення (а не готове рішення) [6, c.8].

Специфіка додатків експертних систем в порівнянні з іншими системами штучного інтелекту полягає в наступному. По-перше, експертні системи застосовуються для вирішення тільки важких практичних (не "іграшкових") задач. По-друге, за якістю і ефективністю рішення експертних систем. не поступаються рішенням експерта-людини. По-третє, рішення експертних систем володіють "прозорістю", тобто можуть бути пояснені користувачу на якісному рівні (на відміну від рішень, отриманих за допомогою числових алгоритмів, і особливо від рішень, отриманих статистичними методами) . Ця якість експертних систем забезпечується їх здатністю міркувати про свої знання і висновки. По-четверте, експертні системи здатні поповнювати свої знання в ході діалогу з експертом. Практичні успіхи експертних систем підтверджують той факт, що дана область досліджень досягла зрілого стану. Проте необхідно мати на увазі, що наукова база цієї області знань знаходиться на початковому рівні розвитку. До цих пір, не дивлячись на наявність базових принципів, створення кожного нового додатку вимагає серйозних трудовитрат (порядку декількох человеко-років) і не завжди приводить до успіху, Проте вже зараз існують методики і інструментарії, які можуть бути передані (і передаються) від одного додатку до іншого [6, c.9].

Будь-яка експертна система складається з трьох основних частин -- бази даних, бази знань і програм логічного виведення. База даних містить інформацію про поняття і об'єкти наочної області. База знань -- інформацію про їх поведінку і способи взаємодії. Аналіз конкретної ситуації, логічні виведення і складання відповідей на питання виконують програми логічного виведення. Робота цих програм побудована на принципах роботи інтелекту людини.

Серцевину експертної системи складає база знань, яка нагромаджується в процесі її побудови. Знання виражені в явному вигляді і організовані так, щоб спростити ухвалення рішень. Важливість цієї особливості експертної системи неможливо переоцінити [8, c.15].

Наслідки цього факту виходять за межі побудови програми, призначеної для вирішення деякого класу задач. Причина в том, що знання -- основа експертних систем -- є явними і доступними, що і відрізняє ці системи від більшості традиційних програм. Вони володіють такою ж цінністю, як і будь-який великий об'єм знань, і ці знання можуть широко розповсюджуватися за допомогою книг і лекцій.

Найкориснішою характеристикою експертної системи є те, що вона застосовує для вирішення проблем високоякісний досвід. Цей досвід може представляти рівень мислення самих кваліфікованих експертів в даній області, що веде до рішень творчих, точних і ефективних. Саме високоякісний досвід в поєднанні з умінням його застосовувати робить систему рентабельною, здатною заслужити визнання на ринку. Цьому сприяє також гнучкість системи. Система може нарощуватися поступово відповідно до потреб бізнесу або замовника. Це означає, що можна спочатку вкласти порівняно скромні засоби, а потім нарощувати її. можливості у міру необхідності.

Інша корисна можливість експертних систем це наявність у них прогностичних можливостей. Експертна система може функціонувати як теорія обробки інформації або моделі рішення задачі в заданій області, даючи очікувані відповіді в конкретній ситуації і показуючи, як, зміняться ці відповіді в нових ситуаціях. Експертна система може пояснити детально, яким чином нова ситуація привела до змін. Це дозволяє користувачу оцінити можливий вплив нових фактів або інформації і зрозуміти, як вони пов'язані з рішенням. Аналогічно, користувач може оцінити вплив нових стратегій або процедур на рішення, додаючи нові правила або змінюючи вже існуючі.

База знань, визначальна компетентність експертної системи, може також забезпечити нову якість: інституційну пам'ять. Якщо база знань розроблена в ході взаємодії з провідними фахівцями установи, відділу або штабу, то вона представляє поточну політику або способи дії цієї групи людей. Цей набір знань стає зведенням дуже кваліфікованих думок і довідником якнайкращих стратегій і методів, що використовуються персоналом. Провідні фахівці йдуть, але їх досвід залишається. Це важливо для ділової сфери і особливо цінно для озброєних сил і урядових органів з їх частими перетвореннями і персональними переміщеннями [8, c.17].

І останньою важливою властивістю експертних систем є те, що їх можна використовувати для навчання і тренування керівних працівників і провідних фахівців

Розкриваючи сутність експертних систем треба розкрити архітектуру експертних систем.

ЕС включає два компоненти: вирішувач (процедури виведення) і динамічно змінна база знань. Вибір як основа для реалізації вирішувача систем продукций зумовлює наявність в ЕС також і робочої пам'яті. Третій, практичний принцип пред'являє до системи наступні вимоги: здатність вести діалог про вирішувану задачу на мові, зручній користувачу (експерту), і, зокрема, придбавати в ході діалогу нові знання; здатність при рішенні задачі слідувати лінії міркування, зрозумілій користувачу (експерту); здатність пояснювати хід свого міркування на мові, зручній для користувача (експерта), що необхідно як при використовуванні, так і при вдосконаленні системи. Перша вимога реалізується лінгвістичним процесором ЕС і компонентом придбання знань, а для виконання другої і третьої вимог в ЕС вводиться пояснювальний компонент. Крім того, друга вимога накладає обмеження на спосіб рішення задачі -- хід міркування в процесі рішення повинен бути зрозумілий користувачу (експерту). Дане обмеження призводить до того, що в експертних системах, як правило, незастосовні, наприклад, статистичні методи [6, c.10].

Отже, типова експертна система має наступні компоненти: база знань, що береже безліч продукций, робоча пам'ять, що береже дані (база даних); інтерпретатор, вирішальний на основі знань, що є в системі, пред'явлену йому задачу; лінгвістичний процесор, здійснюючий діалогову взаємодію з користувачем (експертом) на природній для нього мові (природна мова, професійна мова, мова графіки, тактильна дія і т.і.); компоненту придбання знань; пояснювальна компоненту, даюча пояснення дій системи і відповідаюча на питання про те, чому деякі висновки були зроблені або знехтувані.

Експертна система працює в двох режимах: в режимі придбання знань і в режимі рішення задач. В режимі придбання знань в спілкуванні з експертною системою бере участь експерт (через посредство інженера по знаннях). В цьому режимі експерт наповнює систему знаннями (правилами), які дозволять їй в режимі рішення самостійно вирішувати задачі з області експертизи. Відзначимо, що режиму придбання знань в традиційному підході до розробки програм відповідають етапи алгоритмізації, програмування і відладки, виконувані програмістом. Таким чином, на відміну від традиційного підходу, в ЕС розробку програм здійснює не програміст, а фахівець в області експертизи, не володіючий програмуванням.

В режимі рішення задач в спілкуванні з експертною системою бере участь користувач, якого цікавить результат і (або) спосіб отримання рішення. Необхідно відзначити, що залежно від призначення ЕС користувач може або не бути фахівцем в даній проблемній області (в цьому випадку він, не уміючи отримати відповідь саму, звертається до ЕС за порадою), або бути фахівцем (в цьому випадку користувач може і сам отримати результат, але звертається до ЕС з метою прискорити процес отримання результату або з метою покласти на ЕС рутинну роботу) [6, c.12].

В режимі отримання знань експерт вводить в систему продукції про область експертизи. Продукції (в більш загальному трактуванні правила) представляються на природній для користувача мові. Об'єднання знову введених продукций з базою знань здійснюється компонентой придбання знань. Для того, щоб переконатися в достатності знань (тобто переконатися в том, що процес відладки задачі завершений), експерт дає системі тестові приклади. У випадку, якщо результат, отриманий системою, не задовольняє експерта, він за допомогою пояснювальної компоненти одержує відомості про те, як був сформований результат. Після закінчення процесу відладки система передається в експлуатацію користувачам. В режимі рішення дані про задачу користувача після обробки їх лінгвістичним процесором поступають в робочу пам'ять [7, c.13].

Важливо відзначити, що архітектура реальних експертних систем розрізняється в першу чергу по наступним характеристикам: спосіб представлення даних і знань; склад знань, що використовуються; методи роботи інтерпретатора. Вибір тих або інших характеристик при проектуванні експертної системи визначається в основному властивостями вирішуваний задачі і бажаними властивостями системи.

Розробка програмних комплексів експертних систем як за рубежем, так і в нашій країні знаходиться на рівні швидше мистецтва, ніж науки. Це зв'язано з тим, що довгий час системи штучного інтелекту упроваджувалися здебільшого під час фази проектування, а частіше всього розроблялося декілька прототипних версій програм, перш ніж був отриманий кінцевий продукт. Такий підхід діє добре в дослідницьких умовах, проте в комерційних умовах він є дуже дорогим, щоб виправдати комерційно життєвий продукт [5, c.606].

Проектування експертних систем має істотні відмінності від проектування звичайного програмного продукту. Досвід розробки ранніх ЕС показав, що використовування при їх проектуванні методології, прийнятої в традиційному програмуванні, або надмірно затягує процес створення ЕС, або взагалі приводить до негативного результату. Річ у тому, що неформализованность задач, вирішуваних ЕС, відсутність завершеної теорії ЕС і методології їх проектування приводить до необхідності модифікувати принципи і способи побудови ЕС в ході процесу проектування у міру того, як збільшуються знання розробників про проблемну область. Ураховуючи відзначені складнощі, при проектуванні ЕС використовується концепція "швидкого прототипу". Суть цієї концепції полягає в том, що розробники не намагаються відразу побудувати кінцевий продукт. На початковому етапі вони створюють прототип ЕС. Прототип повинен задовольняти двом суперечливим вимогам: з одного боку, він повинен вирішувати типові задачі конкретного додатку, а з іншою -- трудомісткість його розробки повинна бути вельми незначною, для того, щоб його можна було швидко розробити. Для задоволення вказаним вимогам, як правило, при створенні прототипу використовуються різноманітні засоби, прискорюючи процес проектування. Ці засоби в узагальненому вигляді називають інструментарієм.

Прототип повинен продемонструвати придатність методів інженерії знань для даного додатку. У разі успіху експерт за допомогою інженера по знаннях розширює знання прототипу про проблемну область. При невдачі може бути потрібно розробка нового прототипу або розробники можуть прийти до висновку про непридатність методів ЕС для даного додатку. У міру збільшення знань прототип може досягти такого стану, коли він успішно вирішує всі задачі даного додатку [6, c.14].

Оскільки процес проектування ЕС відпрацьований недостатньо, слід мати на увазі, що розробка конкретних систем може мати свої особливості. Ціль -- виділити основні проблеми проектування, з якими стикалися розробники експертних систем за п'ятнадцятирічну історію їх існування.

Перш ніж перейти до розгляду окремих етапів розробки ЕС, перерахуємо спеціальності учасників даного процесу: експерт в тій проблемній області, задачі якої вирішуватиме ЕС; інженер по знаннях -- фахівець по розробці ЕС; програміст, здійснюючий модифікацію і узгодження інструментальних засобів. Звичайно в розробці ЕС бере участь не менше чотирьох чоловік (1 експерт, 2 інженера по знаннях і 1 програміст). Необхідно особливо підкреслити, що відсутність серед учасників інженера по знаннях (тобто заміна їх програмістами) або приводить до невдачі процесу розробки ЕС, або значно подовжує цей процес.

Перейдемо до етапів побудови ЕС. На етапі ідентифікації розв'язуються наступні задачі: визначаються учасники процесу проектування і їх ролі, ідентифікується проблема, визначаються ресурси і цілі. Задача визначення учасників і їх ролей зводиться до визначення кількості експертів і інженерів по знаннях, а також форми їх взаємостосунків (наприклад, експерт може виступати або в ролі вчителя, або в ролі інформуючого). На цьому ж етапі визначаються джерела знань (книги і інструкції). Ідентифікація проблеми полягає в складанні неформального (вербального) опису вирішуваної проблеми. В цьому описі указуються загальні характеристики проблеми; підпроблеми, що виділяються усередині даної проблеми; ключові поняття і відносини: вхідні дані; гаданий вид рішення; знання, релевантні вирішуваний проблеми. Якщо початкова проблема виявляється дуже складною з погляду ресурсів, що є, то етап ідентифікації може зажадати декілька ітерацій.

При проектуванні експертної системи типовими ресурсами є: джерела знань, час розробки, обчислювальні засоби і об'єм фінансування. При визначенні ресурсів необхідно мати на увазі, що терміни розробки і упровадження експертної системи складають. Задача визначення ресурсів є вельми важливою, оскільки обмеженість якого-небудь ресурсу істотно впливає на процес проектування [6, c.15].

На етапі концептуалізації експерт і інженер по знаннях використовують ключові поняття, відносини (згадані на етапі ідентифікації) і характеристики, необхідні для опису процесу рішення проблеми. На цьому етапі визначаються наступні особливості проблеми: типи доступних даних; дані, що виводяться; підпроблеми загальної проблеми; стратегії, що використовуються, і гіпотези; види взаємозв'язків між об'єктами області; типи відносин, що використовуються; типи обмежень, що накладаються на процес рішення; склад знань, що використовуються для отримання і обгрунтовування рішення. Досвід показує, що для визначення перерахованих характеристик проблеми доцільно скласти детальний протокол дій і міркувань експерта в процесі рішення хоча б однієї конкретної задачі. Такий протокол забезпечує інженера по знаннях словником термінів і деяким приблизним уявленням про ті стратегії, які використовує експерт. Крім того, протокол допомагає відповісти на багато інших питань, виникаючих в ході розробки. На цьому етапі інженер по знаннях розглядає деякі питання, що відносяться до представлення знань і методів рішення, але говорити про вибір конкретних чинів і методів тут ще рано.

На етапі формалізації всі ключові поняття і відносини, введені на етапі концептуалізації виражаються на деякій формальній мові, запропонованій інженером по знаннях. Тут він визначає, чи підходять інструментальні засоби, що є, для вирішення проблеми, що розглядається необхідні оригінальні розробки. Виходом етапу формалізації є опис процесу рішення проблеми, що розглядається, на запропонованій формальній мові, тобто на даному етапі визначається склад і способи представлення декларативних і процедурних знань системи [6, c.17].

Процес формалізації залежить від трьох основних чинників: структури простору пошуку, характеризуючої особливості вирішуваний задача; моделі, лежачої в основі проблеми; властивостей даних проблеми, що розглядається.

Важливим кроком в процесі формалізації знань є побудова моделі досліджуваної проблеми, оскільки саме знання моделі дозволяє генерувати рішення. Якщо в процесі міркувань і аргументування експерт використовує хоча б найпростішу модель, то аналіз цієї моделі дозволить виробити важливі поняття багато кого і відносини.

Задача етапу виконання полягає в створенні одного або декількох прототипів ЕС, вирішальних задачі, що вимагаються. Потім за наслідками етапів тестування і досвідченої експлуатації на даному етапі створюється кінцевий продукт, придатний для промислового використовування. Розробка прототипу полягає в програмуванні його компонентів. Звичайна помилка розробників при створенні прототипу полягає в тому, що процес придбання знань відкладають до повного завершення програмування. Тим самим, по-перше, ця сама трудомістка частина роботи відсовується на пізні етапи, і, по-друге, в процесі накопичення знань доводиться вносити зміни у вже готові програми. Тому необхідно починати придбання знань, як тільки складена програми, дозволяючи працювати з найпростішим представленням знань і з найпростішими управляючими структурами. Такий підхід дозволяє максимально рано почати виконання окремих підзадач і знайти, що у ряді випадків для їх вирішення необхідне додаткові знання. Іншими словами, перший прототип експертної системи (ЕС-1) повинен з'явитися через декілька місяців, а не через роки після початку роботи.

Створення першого прототипу повинне підтвердити, що вибрані методи рішень і способи уявлення придатні для успішного вирішення принаймні ряду задач з області експертизи. Після завершення першого прототипу необхідно розширити коло задач, вирішуваних системою, для того, щоб зібрати побажання і зауваження, які будуть враховані в черговій версії системи (ЕС-2). Для отримання вказаної інформації необхідно розвинути версію ЕС-1, шляхом додавання в неї засобів для збору зауважень користувачів (без участі інженера по знанням), і средств зберігання бібліотеки задач, вирішених системою [6, c.18].

Для досягнення ефективного функціонування експертної системи необхідно здійснити структуризацію знань. Найважливішим засобом для структуризації знань є абстрактні поняття проміжного рівня. У багатьох випадках ці поняття можуть явно не згадуватися (а можливо, і не усвідомлюватися) експертом. Задача інженера по знаннях -- виділити такі поняття, знайшовши схожі дії експерта при обробці різних ситуацій.

В ході етапу тестування здійснюється оцінка вибраного способу представлення знань і всієї системи в цілому. Як тільки система виявляється в змозі обробити від початку до кінця два або три приклади, необхідно починати перевірку на більш широкому крузі прикладів для того, щоб визначити недоліки бази знань і управляючого механізму (процедур виведення). Задача інженера по знаннях полягає в підборі прикладів, забезпечуючих усесторонню перевірку експертної системи. Звичайно виділяють наступні джерела невдач в роботі системи: тестові приклади: введення/виведення: правила виведення; управляючі стратегії.

Страницы: 1, 2