Лабораторная работа №1, Цель работы, Теоретическое введение - Интеллектуальные информационные системы
Изучение возможностей экспертных систем
Цель работы
Целью является проектирование и разработка фрагмента экспертной системы.
Теоретическое введение
Экспертная система - это информационная система, основанная на знаниях эксперта и позволяющая решать поставленную в рамках некоторой предметной области задачу, по крайней мере, не хуже, чем эксперт.
Ниже представлена структура ЭС. Пользователь, желающий получить информацию, через интерфейс посылает запрос к ЭС; решатель, пользуясь базой знаний, генерирует и выдает пользователю подходящую рекомендацию, объясняя ход своих рассуждений при помощи подсистемы объяснений.
Рис. 1 Структура статической ЭС
Терминология
Пользователь - специалист предметной области, для которого предназначена система.
Инженер по знаниям - специалист в области ИИ. Синонимы: когнитолог, инженер-интерпретатор, аналитик.
Диалоговый компонент - комплекс программ, реализующих диалог пользователя с ЭС.
База знаний - ядро ЭС, совокупность знаний ПО, записанных в память на языке, понятном эксперту и пользователю. Параллельно существует БЗ во внутреннем машинном представлении.
Решатель - программа, моделирующая ход рассуждений эксперта на основании знаний, имеющихся в БЗ. Синонимы: дедуктивная машина, машина вывода, блок логического вывода.
Объяснительный компонент - программа, позволяющая пользователю получить ответы на вопрос, как система приняла такое решение и почему.
Интеллектуальный редактор БЗ - программа, позволяющая инженеру по знаниям создавать БЗ в диалоговом режиме. Включает систему вложенных меню, подсказок и других сервисных средств.
Классификация по решаемой задаче:
Интерпретация данных - это одна из традиционных задач для ЭС, процесс определения смысла данных, результаты которого должны быть согласованными и корректными. Предусматривается многовариантный анализ данных. (Обнаружение и идентификация различных типов океанских судов по результатам аэрокосмического сканирования, определение свойств личности по результатам тестирования АВАНТЕСТ, МИКРОЛЮШЕР).
Диагностика - процесс соотнесения объекта с некоторым классом объектов и обнаружение отклонения от нормы. Диагностика и терапия сужения коронарных сосудов, диагностика ошибок в аппаратуре и математическом обеспечении ЭВМ.
Мониторинг. Основная задача мониторинга - непрерывная интерпретация данных в реальном масштабе времени и сигнализация о выходе тех или иных параметров за допустимые пределы. Контроль за работой электростанций, контроль аварийных датчиков на химическом заводе - FALCON.
Проектирование - подготовка спецификаций на создание "объектов" с заранее определенными свойствами. Под спецификацией понимается полный набор документов. В задачах проектирования тесно связаны два основных процесса ЭС: процесс вывода решения и процесс объяснения. Проектирование конфигураций ЭВМ, синтез электрических цепей.
Прогнозирование - позволяет предсказывать события на основании имеющихся данных, логически выводить вероятные следствия из данных ситуаций. Предсказание погоды - WILLARD; оценки будущего урожая - PLANT; прогнозы в экономике - ECON.
Планирование - нахождение планов действий объектов, способных выполнять некоторые функции. Для выведения логических последствий планируемой деятельности используются модели поведения реальных объектов. Планирование поведения робота - STRIPS, планирование промышленных заказов - ISIS, эксперимента - MOLGEN.
Обучение - системы обучения с помощью компьютера диагностируют ошибки и подсказывают правильные решения. Они аккумулируют знания о гипотетическом ученике, о его характерных ошибках и способны диагностировать слабости в познаниях обучаемых и находить средства их ликвидации.
Управление - функция организованной системы, поддерживающая определенный режим деятельности. Такого рода ЭС осуществляют управление поведением сложных систем в соответствии с заданными спецификациями. Управление газовой котельной GAS, управление системой календарного планирования Project Assistant.
Поддержка принятия решений - это совокупность процедур, обеспечивающая лицо, принимающее решение, необходимой информацией и рекомендациями. Выбор стратегии выхода фирмы из кризисной ситуации Crisis, выбор страховой компании Choice.
В общем случае все системы, основанные на знаниях, можно подразделить на системы, решающие задачи анализа, и на системы, решающие задачи синтеза. Задачи анализа: интерпретация данных, диагностика, поддержка принятия решения. Задачи синтеза: проектирование, планирование, управление. Комбинированные задачи: обучение, мониторинг, прогнозирование.
Классификация по связи с реальным временем:
Статические ЭС разрабатываются в предметных областях, в которых база знаний и интерпретируемые данные не меняются во времени. Они стабильны. (Диагностика автомобиля).
Квазидинамические ЭС интерпретируют ситуацию, которая меняется с некоторым фиксированным интервалом во времени. (Производство лизина).
Динамические ЭС работают в сопряжении с датчиками объектов в режиме реального времени и непрерывной интерпретацией поступающих в систему данных. (Управление гибкими производственными комплексами, мониторинг в реанимационных палатах).
Классификация по степени интеграции с другими программами:
Автономные ЭС работают непосредственно в режиме консультаций с пользователем для специфических "экспертных" задач;
Гибридные ЭС представляют программный комплекс, агрегирующий стандартные пакеты прикладных программ (мат. статистику, линейное программирование, СУБД) и средства манипулирования знаниями.
Следует отметить, что разработка гибридных систем являет собой задачу на порядок более сложную, чем разработка автономной ЭС. Стыковка не просто разных пакетов, а разных методологий порождает целый комплекс теоретических и практических трудностей.
Цель ЭС - вывести некоторый заданный факт, который называется целевым утверждением (то есть в результате применения правил добиться того, чтобы этот факт был включен в рабочее множество), либо опровергнуть этот факт (то есть убедиться, что его вывести невозможно, следовательно, при данном уровне знаний системы он является ложным). Целевое утверждение может быть либо "заложено" заранее в базу знаний системы, либо извлекается системой из диалога с пользователем.
Работа системы представляет собой последовательность шагов, на каждом из которых из базы выбирается некоторое правило, которое применяется к текущему содержимому рабочего множества. Цикл заканчивается, когда выведено либо опровергнуто целевое утверждение. Цикл работы экспертной системы иначе называется логическим выводом. Логический вывод может происходить многими способами, из которых наиболее распространенные - прямой порядок вывода и обратный порядок вывода.
Прямой порядок вывода - от фактов, которые находятся в рабочем множестве, к заключению. Если такое заключение удается найти, то оно заносится в рабочее множество. Прямой вывод часто называют выводом, управляемым данными.
Обратный порядок вывода - заключения просматриваются до тех пор, пока не будут обнаружены в рабочей памяти или получены от пользователя факты, подтверждающие одно из них. В системах с обратным выводом вначале выдвигается некоторая гипотеза, а затем механизм вывода в процессе работы, как бы возвращается назад, переходя от нее к фактам, и пытается найти среди них те, которые подтверждают эту гипотезу. Если она оказалась правильной, то выбирается следующая гипотеза, детализирующая первую являющуюся по отношению к ней подцелью. Далее отыскиваются факты, подтверждающие истинность подчиненной гипотезы. Вывод такого типа называется управляемыми целями. Обратный поиск применяется в тех случаях, когда цели известны и их сравнительно немного.
Поскольку системы, основанные на знаниях, реализуются на персональных компьютерах, то и входная информация должна восприниматься в виде, понятном компьютеру. Однако для того чтобы с ЭС мог взаимодействовать неподготовленный пользователь, в нее требуется включить средства общения на естественном языке. Подавляющее большинство систем, основанных на знаниях, обладают интерфейсом на естественном языке. Допустимые входные сообщения пользователя содержать в базе знаний.
В ходе консультации инициатива диалога принадлежит системе, а сама консультация у ЭС выглядит так же, как и консультация у эксперта - человека, - задается ряд вопросов и на основании их анализа выдается экспертное заключение.
ПРИМЕР 1:
Предметная область: МЕДИЦИНА
Краткое описание предметной области:
Диагностика заболевания гортани, а именно: ларингит острый, ларингит хронический катаральный, ларингит хронический гипертрофический, ларингит хронический атрофический.
У каждой болезни имеется набор признаков или симптомов.
Для удобства анализа предметной области данные сведены в таблицу.
1. В ней столбцы обозначены названиями болезней, а строки - названиями симптомов. На пересечении соответствующих столбцов и строк стоит знак "+", если симптом действительно принадлежит исследуемой болезни. Одни и те же симптомы могут являться признаками одной и той же болезни, поэтому некоторые из них (симптомов) перекрываются.
Таблица 1 Описание предметной области ЭС
Симптом (атрибут) Болезнь (объект) |
Ларингит острый |
Ларингит хронический катаральный |
Ларингит хронический гипертрофический |
Ларингит хронический атрофический |
1. общее недомогание |
+ |
+ |
+ |
+ |
2. сухость першение, саднение |
+ |
+ |
+ | |
3. кашель сначала сухой, затем с мокротой |
+ | |||
4. голос хриплый или беззвучный |
+ |
+ |
+ | |
5. иногда боль при глотании |
+ | |||
6. головная боль |
+ | |||
7. повышение температуры тела |
+ | |||
8. быстрая утомляемость голоса |
+ | |||
9. периодический кашель с мокротой |
+ | |||
10. охриплость с афонией |
+ | |||
11. ощущение неловкости |
+ | |||
12. жжение в горле |
+ | |||
13. кашель при обострении |
+ | |||
14. сухой кашель |
+ | |||
15. слизистая покрыта густой слизью |
+ | |||
16. откашливание с прожилками крови |
+ |
ПРИМЕР 2:
Пусть необходимо построить дерево для распознавания фруктов.
- 1. Выявление объектов (решений) предметной области: "Грейпфрут", "Апельсин", "Яблоко", "Банан", "Груша". 2. Определение атрибутов (свойств) объектов: "Форма", "Запах", "Цвет", "Вкус", "Кожура", "Зерна", "Очищать надо?". 3. Определение атрибутов(характерных свойств) для каждого объекта.
Таблица 2 Описание предметной области ЭС
4. Построение оптимального дерева решений.
Оптимальное дерево решений подразумевает не повторяющуюся ветвлений последовательность атрибутов и минимальный размер уровней и ветвлений.
Рис.2 Дерево вывода ЭС
Похожие статьи
-
Типы экспертных систем - Теоретические основы информационных технологий
Можно назвать несколько Типов современных экспертных систем . 1) Экспертные системы первого поколения. Предназначены для решения хорошо структурированных...
-
Введение - Интеллектуальные информационные системы
Чаще всего искусственным интеллектом, или ИИ (Artificial Intelligence - AI), называют процесс создания машин, которые способны действовать таким образом,...
-
Экспертные системы - Теоретические основы информационных технологий
Наибольший прогресс среди компьютерных информационных систем отмечен в области разработки экспертных систем (ЭС), основанных на использовании элементов...
-
В связи с увеличением числа сотрудников, работающих в компании, а также с расширением рабочего проекта, возникла проблема, связанная с версионностью...
-
Введение в экспертные системы. Определение и структура - Разработка интеллектуальных подсистем САПР
В качестве рабочего определения экспертной системы примем следующее. Экспертные Системы это сложные программные комплексы, аккумулирующие знания...
-
Основные компоненты - История создания и развития автоматизированных информационных систем
Основными компонентами информационной технологии, используемой в экспертной системе, являются (рис. 3.2.2): интерфейс пользователя, база знаний,...
-
Направления использования систем искусственного интеллекта (ИТ) Искусственный интеллект (ИИ) можно определить как область компьютерной науки,...
-
Технологии распределенных вычислений (РВ) Современное производство требует высоких скоростей обработки информации, удобных форм ее хранения и передачи....
-
Основная цель системы ДИСКОР - совершенствование оперативного управления работой железных дорог на основе более эффективного использования пропускной...
-
Выбор средств реализации информационной системы Названные в параграфе 1.4. настоящей работы задачи могут быть решены тремя типами средств автоматизации:...
-
Математическое и программное обеспечение (МО, ПО)- совокупность математических методов, моделей, алгоритмов и программ для реализации целей и задач...
-
Классификация массивов - История создания и развития автоматизированных информационных систем
Организационная подборка сведений о каком-либо объекте или процессе либо о ряде однородных объектов или процессов называется массивом информации. 1. По...
-
ВВЕДЕНИЕ - Автоматизированные системы обработки информации и управления на автомобильном транспорте
Автоматизированные системы управления нашли широкое применение во всех отраслях экономики. Создано и функционирует несколько тысяч АСУ различного класса...
-
Класс ЭС сегодня объединяет несколько тысяч различных программных комплексов, которые можно классифицировать по различным критериям. Классификация по...
-
Результатом развития современных интеллектуальных технологий является возникновение понятия "искусственный интеллект". Искусственный интеллект - это...
-
ВВЕДЕНИЕ - Разработка проекта информационной системы "Учет оборудования"
На сегодняшний день нет единого понятия информационной системы и информационных технологий. Тем не менее, во множестве источников информационная система...
-
Инфологическое проектирование Стандартным способом представления концептуальной модели базы данных являются диаграммы "сущность-связь" (ERD),...
-
Геоинформационные системы и технологии - Теоретические основы информационных технологий
Геоинформационные системы (ГИС) и ГИС - технологии объединяют компьютерную картографию и системы управления базами данных. Концепция технологии ГИС...
-
Введение - Разработка справочной информационной системы "Рецепты"
Задание курсовой работы. Разработать и отладить информационную справочную систему "Рецепты", которая будет позволять хранить, выводить на экран,...
-
Сегодня положение дел в рассматриваемой области характеризуется крайней неопределенностью. Во-первых, это связано с непрерывным увеличением объема...
-
Введение - Проектирование автоматизированной информационной системы
Информационный интерфейс программа С развитием информационных технологий компьютеры, с их расширенными функциональными возможностями, активно применяются...
-
Экспертные информационные системы - Системы поддержки принятия решений
Наибольший прогресс среди компьютерных информационных систем отмечен в области разработки экспертных систем. Экспертные системы дают возможность...
-
Структурная схема терминов - История создания и развития автоматизированных информационных систем
Под системой понимают любой объект, который одновременно рассматривается и как единое целое, и как объединенная в интересах достижения поставленных целей...
-
Наименование программы Полное наименование программы - Модуль ипотечного кредитования банковской информационной системы "БИС". Краткое наименование...
-
В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с экспертами в самых различных областях человеческой деятельности - врачи, преподаватели, референты и т....
-
Понятие информационной системы - Компьютерные информационные технологии
Информационной системой (ИС), либо автоматизированной ИС, АИС, будем называть программно-аппаратную систему, предназначенную для автоматизации...
-
Источники информации в информационной системе. Информационные модели объекта правления. Информационные массивы и потоки От решений, которые принимает...
-
Прикладные интеллектуальные системы - Разработка интеллектуальных подсистем САПР
Экспертные Системы это наиболее распространенный класс ИС, ориентированный на тиражирование опыта высококвалифицированных специалистов в областях, где...
-
Если множество элементов объединено в систему по определенному признаку, то всегда можно ввести некоторые дополнительные признаки для разделения этого...
-
Значительное влияние на процесс дифференциации и интеграции управленческого труда оказывает возрастание сложности и масштабов решаемых управленческих...
-
Наименование и область применения Наименование: Автоматизированная информационная система "Отель" в дальнейшем именуемая АИС "Отель". Область применения:...
-
Введение - Разработка информационно-справочной системы "Аптека"
Для большинства средних и мелких российских предприятий информационные системы с использованием сетей персональных компьютеров являются фактическим...
-
СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ Своевременно получать информацию о ходе перевозочного процесса, расходе горючесмазочных...
-
Современные табличные процессоры имеют очень широкие функциональные и вспомогательные возможности, обеспечивающие удобную и эффективную работу...
-
Для лучшего понимания сути концепции необходимо знать следующие понятия и определения. Концепция информатизации железнодорожного транспорта - это система...
-
Введение - Информационная система Вуза
Одним из важнейших условий обеспечения эффективного функционирования любой организации является наличие развитой автоматизированной информационной...
-
Цель Работы - изучить приемы создания и использования шаблонов классов. - Теоретические сведения Достаточно часто встречаются классы, объекты которых...
-
На основе описания методов можно с уверенностью сказать, что данная система может успешно справляться с автоматизацией анализа документации. При этом...
-
Введение - Информационная система "Автосервис"
За последние годы в нашей стране произошли значительные перемены, которые не могли не затронуть области информатики и вычислительной техники. Десять лет...
-
Считается, что правильно организованный документооборот и электронный архив документов становятся необходимыми условиями эффективной работы современного...
Лабораторная работа №1, Цель работы, Теоретическое введение - Интеллектуальные информационные системы