Файл: Интеллектуальные информационные системы и технологии.doc

Рис. 4.1. Обобщенная структура статической ЭС

Базовыми функциями ЭС являются приобретение знаний, пред-ставление знаний, управление процессом поиска решения и разъяснение принятого решения.

Интерфейс пользователя – комплекс программ, реализующих диалог пользователя и ЭС как на стадии ввода информации, так и при получении результатов. Рабочая память (БД) предназначена для хранения исходных и промежуточных данных решаемой в текущий момент решения задачи. Решатель является программой, моделирующей ход рассуждений эксперта на основании знаний, имеющихся в БЗ. Синонимами понятия «решатель» выступают «дедуктивная машина», «машина вывода», «блок логического вывода». Используя исходные данные рабочей памяти знания из БЗ, решатель формирует такую последовательность правил, которая, будучи применима к исходным данным, приведет к решению задачи. База знаний – ядро ЭС, совокупность знаний предметной области. Подсистема объяснений – это программа, позволяющая пользователю получить ответы на вопросы: «Как была получена рекомендация? Почему система приняла такое решение?». Ответ на вопрос «Как?..» – это трассировка всего процесса получения решения с указанием использованных фрагментов БЗ. Ответ на вопрос «Почему?..» – ссылка на умозаключение, непосредственно предшествовавшее полученному решению, т.е. отход на один шаг назад. Развитие подсистемы объяснений поддерживают и другие типы вопросов. Интеллектуальный редактор БЗ – программа, представляющая инженеру по знаниям (когнитологу) возможность создавать БЗ в диалоговом режиме. Программа включает в себя систему вложенных меню, шаблонов языка представления знаний, подсказок и других сервисных средств, облегчаю-щих работу с БЗ. Промышленные прикладные ЭС включают допол-нительно БД, интерфейсы обмена данными с различными пакетами при-кладных программ (ППП).

Экспертная система может функционировать в двух режимах: режиме приобретения знаний и режиме использования. В режиме приобретения знаний эксперт, используя интеллектуальный редактор, наполняет БЗ знаниями. В режиме использования общение с ЭС осу-ществляет конечный пользователь, который в общем случае не является специалистом в данной проблемной области.

Существуют проблемные области, требующие учитывать динамику исходных данных в процессе решения задачи (системы противовоздушной обороны, управление атомными электростанциями). Соответствующие ЭС называются динамическими (рис. 4.2).

---

Рис. 4.2. Обобщенная структура динамической ЭС

Подсистема моделирования внешнего мира необходима для анализа и адекватной оценки состояния внешней среды. Подсистема сопряжения с внешним миром осуществляет связь с внешним миром через систему датчиков и контроллеров. С целью отражения временной логики про-исходящих в реальном мире событий претерпевают существенные из-менения БЗ и решатель.
4.3. Характеристики, стадии существования
и этапы проектирования статических экспертных систем
Как любую сложную систему, ЭС можно определить совокупностью характеристик. В основном исходят из статичности предметной области.

Характеристиками, определяющими ЭС, являются:

число и сложность правил, используемых в задаче. По степени сложности выделяют простые и сложные правила;

связанность правил. Малосвязанные задачи удается разбить на несколько подзадач;

пространство поиска, которое определяется размером, глубиной и широтой. Малыми считаются пространства поиска до 10! состояний. Глубина характеризуется средним числом последовательно применяемых правил, преобразующих исходные данные в конечный результат. Широта характеризуется средним числом правил, пригодных к выполнению в текущем состоянии.

По типу используемых методов и знаний ЭС подразделяются на традиционные и гибридные. В традиционных используются в основном неформализованные методы инженерии знаний и неформализованные знания, полученные от эксперта. Гибридные ЭС используют методы инженерии знаний и формализованные методы.

Выделяют три поколения ЭС:

статические поверхностные, в которых знания представляются в виде правил и процесс поиска не обрывается до решения;

статические глубинные, обладающие способностью при возник-новении неизвестной ситуации определять действия, которые следует выполнить;

динамические (глубинные и гибридные).

Простые ЭС являются поверхностными, традиционными, БЗ вклю-чает от 200 до 1 000 правил. Сложные ЭС – это глубинные, гибридные системы с БЗ от 1 500 до 10 000 правил.

Стадии существования ЭС:

демонстрационный прототип (решает часть требуемых задач, БЗ со-держит до 100 правил);

исследовательский прототип (решает все задачи, в работе неустой-чив, БЗ содержит до 500 правил);

действующий прототип (решает все задачи, но для решения сложных задач требуется большой объем вычислительных ресурсов. БЗ содержит до 1 000 правил);

---

промышленный образец (обеспечивает высокое качество решаемых задач);

коммерческая система (предназначена для широкого распростра-нения).

Статические поверхностные ЭС предусматривают следующие этапы проектирования:

идентификация – определяются задачи, цели, выявляются ресурсы, наличие экспертов, категории пользователей;

концептуализация – выполняется содержательный анализ пред-метной области, выделяются используемые понятия и их взаимосвязи, определяются методы решения задач;

формализация – определяются способы представления, специфи-цируются выделенные ранее понятия, фиксируются способы интер-претации знаний, моделируется работа ЭС, оцениваются полученные ре-зультаты;

реализация – создание программной обстановки, в которой будет функционировать ЭС, и наполнение БЗ;

тестирование – эксперт и когнитолог в интерактивном режиме, используя объяснения, проверяют компетентность ЭС.

Процесс разработки промышленной ЭС можно разделить на следующие основные этапы.

1. Выбор проблемы. Данный этап предшествует решению начать разработку ЭС и предусматривает:

определение проблемной области;

нахождение экспертов и разработчиков;

формирование предварительного подхода к решению подставленных задач;

анализ расходов и прибыли от разработки;

подготовку плана разработки ЭС.

Задачи, подходящие для решения с помощью ЭС, должны быть узкоспециализированными; они не должны являться для эксперта ни слишком легкими, ни слишком сложными; время, необходимое эксперту для решения задачи, – от трех часов до трех недель; условия исполнения задачи определяются пользователем ЭС; полученные результаты можно оценить.

2. Разработка прототипной системы. Прототипная система явля-ется усеченной версией ЭС, спроектированной для проверки жизнеспо-собности выбранного подхода к представлению фактов, связей и стратегий рассуждений эксперта. Разработка прототипной ЭС включает стадии:

1) идентификация проблемы. Уточняется задача и определяются необходимые ресурсы, источники знаний, аналогичные ЭС, цели и классы решаемых задач. Задача стадии – создание неформальной формулировки проблемы;

2) извлечение знаний. Получение когнитологом наиболее полного из возможных представления о предметной области и способах принятия решения в ней;

---

3) структурирование (концептуализация) знаний. Выявляется структура полученных знаний о предметной области, т.е. определяются терминология, список основных понятий и атрибутов; отношения между понятиями; структура входной и выходной информации; стратегия принятия решений; ограничения стратегий. Задача стадии – разработка неформального описания знаний о предметной области в виде графа, таблицы, диаграммы или текста, отражающего основные концепции и взаимосвязи между понятиями предметной области. Такое описание называется полем знаний P_z;

4) формализация. Строится формализованное представление кон-цепции предметной области на основе выбранного языка представления знаний (ЯПЗ) или специального формализма с использованием логических методов, продукционных моделей, семантических сетей, фреймов. Задача стадии – разработка БЗ;

5) реализация. Создается прототип ЭС, включающий БЗ и остальные блоки (см. рис. 4.1) одним из следующих способов: программированием на языках С⁺⁺, Паскаль и др.; программированием на специализированных языках ЛИСП, ПРОЛОГ, SMALL TALK; использованием инстру-ментальных средств типа СПЭИС, ПИЭС, ART, J2 или применением «пустых» ЭС GURU, ЭКСПЕРТ, ФИАКР. Задача стадии – разработка программного комплекса, демонстрирующего жизнеспособность подхода в целом;

6) тестирование. Прототип проверяется на удобство и адекватность интерфейсов ввода/вывода, эффективность стратегии управления, качество проверочных примеров, корректность БЗ. Задача стадии – выявление ошибок в подходе и реализации прототипа, выработка рекомендаций по доводке системы до промышленного образца.

3. Доработка прототипа до промышленной ЭС. Добавляется боль-шое число дополнительных эвристик, которые увеличивают «глубину» ЭС. После установления основной структуры системы когнитолог приступает к разработке и адаптации интерфейсов, с помощью которых ЭС будет общаться с пользователем и экспертом.

4. Оценка ЭС. Оценку системы можно проводить исходя из различных критериев:

пользовательских (понятность и «прозрачность» работы ЭС, удоб-ство интерфейсов);

приглашенных экспертов (оценка советов-решений, предлагаемых системой; сравнение с собственными решениями; оценка подсистемы объяснений);

коллектива разработчиков (эффективность реализации, производи-тельность, время отклика, дизайн, широта охвата предметной области, непротиворечивость БЗ, количество тупиковых ситуаций).

---

5. Стыковка системы, т.е. согласованность всех процедур, необ-ходимых для успешной работы ЭС, с остальными системами, экс-плуатируемыми в организации.

6. Поддержка системы, предусматривающая деятельность по ее совершенствованию и адаптации. При перекодировании ЭС на язык, подобный С, повышается быстродействие системы, увеличивается пере-носимость, однако гибкость ЭС уменьшается. Это приемлемо лишь в том случае, если ЭС сохраняет все знания проблемной области и эти знания
не будут изменяться. Однако если ЭС создана именно из-за того, что проблемная область изменяется, то необходимо поддерживать ЭС в ее инструментальной среде разработки.
Пример 4.1. ЭС «Финансовый анализ предприятия» [22].

Функции ЭС:

ввод и проверка правильности составления бухгалтерской от-четности;

анализ финансового состояния предприятия;

анализ финансово-хозяйственной деятельности (ФХД) предприятия и диагностика эффективности использования ресурсов.

В ходе ввода данных осуществляется логический контроль зависимостей различных статей баланса предприятия, отчета о финан-совых результатах и их использования, справки к отчету и приложений к балансу.

Анализ финансового состояния предполагает комплексную рейтинговую и классификационную оценки платежеспособности и фи-нансовой устойчивости предприятия. Анализ результатов ФХД преду-сматривает оценку важнейших показателей рентабельности и оборачи-ваемости капитала. Диагностика эффективности использования ресурсов сводится к поиску отклонений в использовании основных и оборотных средств от нормативных значений.

Общая схема оценки различных показателей (коэффициентов аб-солютной ликвидности, ликвидности, покрытия, автономии, маневрен-ности и др.) представляется в виде дерева целей, связывающего цели финансового анализа со значениями финансовых показателей. Оценка финансового состояния может быть отличной, хорошей, удовлетво-
рительной, неудовлетворительной (в допустимых пределах или кризис-ной).

При проведении экспертизы необходимо учитывать ряд факторов, оказывающих влияние на финансовое состояние предприятия:

уровень и состав (по срокам погашения) обязательств;

уровень и состав (в разрезе ликвидности) собственных средств;

общую тенденцию развития предприятия;

особенности вида действия;

общеэкономические факторы (уровень инфляции, ставку рефинанси-рования ЦБ РФ и др.).

Для получения итоговой оценки финансового состояния предприя-тия необходимо выделить как подцели оценку ликвидности и оценку финансовой устойчивости. В общем случае достаточно сложно установить степень соответствия отдельных показателей нормативным значениям. Сами нормативные значения отдельных показателей зависят от множества факторов (структуры баланса, экономической ситуации, особенностей деятельности), поэтому задача оценки финансового со-стояния приобретает нечеткий характер (см. п. 1.2).

---