Программные продукты и системы

Потребность в экспертных системах (ЭС) обусловила создание адекватных инструментальных средств их разработки.

Одним из используемых в настоящее время типов таких инструментальных средств являются так называемые «пустые» ЭС(«оболочки»). Эти системы сокращают сроки и затраты на создание прикладной ЭС. Они включают в себя все необходимые для эксплуатации компоненты ЭС, при этом база знаний (БЗ) остается пустой. Основным недостатком этих систем является ограниченность в представлении знаний и составе экспертных задач, которые они могут решать.

ПК ЭКСПЕРТ является «пустой» экспертной системой, предназначенной для решения задачи диагностики. ПК реализует в полном объеме функции, характерные для этого класса инструментальных средств, а именно:

§        ведение базы знаний;

§        ведение базы фактов (БФ);

§        логический вывод;

§        просмотр моделей предметной области;

§        ведение словаря терминов и набора параметров.

§        Выбор функций осуществляется с помощью меню. Главное меню ПК ЭКСПЕРТ представлено на рис. 1, пример меню для выбора подфункций – на рис. 2.

Для вывода на дисплей меню выбора функции ведения базы фактов в головном меню ПК ЭКСПЕРТ выбирается функция с номером 3.

Знание описываются на основе правил-продукций. Функция ведения базы знаний обеспечивает создание новой базы знаний или корректировку существующей и реализуется следующими подфункциями?

§         запись правил в базу знаний;

§         удаление правил из базы знаний;

§         просмотр базы знаний;

§         корректировка правил на уровне внутреннего их представления.

В процессе подготовки правила пользователю предоставляется возможность формулировать условия и заключения в терминах предметной области (внешнее представление). Системой осуществляется преобразование правила из этого внешнего представления во внутреннее, что дает возможность сопоставлять факты и условия правила в процессе логического вывода.

Использование первых трех подфункций не требует  от пользователя знания внутренней структуры БЗ, однако по производительности они уступают подфункции корректировки правил на уровне их внутреннего представления, которая требует от пользователей знания внутренней структуры базы знаний.

ПК позволяет ораганизовать до пяти независимых баз знаний, каждая из которых может хранить до 999 правил. Доступ к конкретной базе знаний определяется пользователем.

Функция ведения базы фактов включает следующие подфункции:

§         загрузку базы фактов;

§         удаление из базы фактов всех или отдельного факта;

§         корректировку факта;

§         просмотр базы фактов.

Описание фактов пользователем осуществляется в терминах конкретной предметной области. Преобразование этих описаний во внутреннее представление выполняется системой подобно тому, как это делается для правил.

Возможность предварительного указания фактов позволяет значительно сократить количество вопросов системы в процессе логического вывода.

Логический вывод основывается на стратегии обратного или прямого поиска. Выбор стратегии осуществляется пользователем.

Стратегия обратного поиска рекомендуется при относительно небольшой области допустимых значений(40-50 решений). Допускается два режима:

§         поиск всех возможных решений;

§         проверка допустимости конкретного решения

В процессе логического вывода осуществляется сопоставление очередной гипотезы с фактами из БФ при соблюдении следующих условий:

§         выбор гипотезы определяется метаправилами;

§         относительное число подтвержденных фактами терминальных вершин в графе, представляющем модель гипотезы, больше значения соответствующего параметра системы.

Применение метаправил и обеспечение возможности указания минимального относительного числа подтвержденных фактами терминальных вершин (последнее устанавливается в соответствии с требованиями конкретного пользователя) позволяет управлять не только скоростью процесса логического вывода, но и числом вопросов системы на подтверждение условий правил.

Логический вывод выполняется с учетом степени надежности правил и фактов, поэтому очередная гипотеза принимается в качестве решения только в том случае, если она соответствует фактам и величина фактора уверенности для нее больше значения соответствующего параметра, заданного пользователем.

Логический вывод на основе стратегии прямого поиска реализован также в двух режимах:

§         поиск решения с предварительным заданием фактов;

§         поиск решения без предварительного задания фактов.

В первом режиме для оценки выбираются правила, для которых удовлетворяется фактами из БФ хотя бы одно условие. Далее система последовательно обрабатывает неподтвержденные условия. При первом отрицании в подтверждении условия повторяется цикл выборки правила. В случае подтверждения всех условий правило отображается на экране дисплея. Пример изображения правила из области знаний по диагностике неисправностей телевизора приведена на рис. 3. Пользователь может уточнить решение, указав его пример.

Во втором режиме последовательно, начиная с первого, выбираются правила из БЗ и отображаются на дисплее. Пользователь может уточнить решение, как и в первом случае, либо перейти к следующему правилу, если условия отображенного правила не соответствуют конкретной ситуации.

Объяснение реализовано только для решений, полученных в режиме обратного поиска. Основывается оно на методе трассировки правил, используемых в процессе получения решения. Эта функция позволяет отобразить на экране правила, которые образуют подграф решения.

Функция просмотра моделей предметной области обеспечивает управляемое пользователем движение по графу И/ИЛИ, представляющему модель конкретного решения, либо обеспечивает поиск правил, включающих определенное условие или заключение.

В словаре терминов хранятся термины, используемые в конкретной прикладной области, их синонимы и внутреннее представление. Указаны в словаре и возможные отношения между терминами. Функция ведения словаря терминов обеспечивает запись, удаление, корректировку или просмотр терминов.

Набор параметров создается и загружается начальными значениями параметров в пакетном режиме. В процессе функционирования ПК ЭКСПЕРТ обеспечивается возможность изменить параметры в соотвествии с требованиями пользователя.

Для эффективного применения ПК ЭКСПЕРТ необходимо, чтобы прикладная задача соответствовала по типу экспертной задаче, для решения которой и предназначена «пустая» ЭС.

ПК ЭКСПЕРТ функционирует на ЕС ЭВМ с объемом оперативной памяти  не менее 1 Мбайта под управлением ОС ЕС версия 6.1 и выше. Для хранения выборов данных и библиотек с программами ПК ЭКСПЕРТ требуется от 10 до 25 Мбайтов дисковой памяти. В качестве терминалов используются дисплеи типа ЕС-7927.

Выбор системы, соответствующей прикладной задаче пользователя, не всегда может быть успешно сделан на ранних стадиях применения системы, так как пользователю не удается точно классифицировать задачу и он обычно не знает полной характеристики системы.

ПК ЭКСПЕРТ позволяет выбрать одно  или несколько решений из совокупности заранее заданных решений. Он может успешно использоваться для решения задач медицинской и технической диагностики, задач классификации и прогнозирования.

Определенные ограничения на применение ПК ЭКСПЕРТ вызваны тем, что в нем зафиксирован формализм представления знаний. Левая часть правила может включать от одного до десяти условий, соединенных знаком логической операции И/ИЛИ. Каждое условие должно быть представлено в одной из двух форм как строка символов или конструкция, устанавливающая величину или границу для некоторой сущности.

Следует также отметить ограничения на применение ПК ЭКСПЕРТ, обусловленные характеристиками ее реализации:

§         число уровней в графе И/ИЛИ не должно превышать девяти;

§         число правил в базе не должно превышать 999;

§         число фактов, которые можно хранить в базе фактов и в оперативной памяти не должно превышать 99;

§         число ребер в графе И/ИЛИ, представляющем модель для поиска решения не должно превышать 99.

С системой могут работать одновременно 16 пользователей.

Система позволяет создать пять различных баз знаний. Выбор базы знаний осуществляется пользователем. Поддержка нескольких баз знаний расширяет область применения системы, так как возможно использовать больший объем знаний в разных связанных прикладных областях.

На  базе ПК ЭКСПЕРТ уже создан ряд прикладных систем: ЭС диагностики заболеваний органов брюшной полости, ЭС для консультирования при авариях на бурильных установках, ЭС для идентификации субъекта по отпечаткам пальцев и другие. Однако экспериментальный характер этих систем пока не позволяет сделать объективного детального анализа эффективности ПК. Имеются предложения по развитию формы представления знаний и механизма логического вывода