Представление знаний в экспертных системах
Покупка
Тематика:
Кибернетика
Издательство:
Издательство Уральского университета
Год издания: 2017
Кол-во страниц: 120
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-7996-2037-0
Артикул: 798503.01.99
Доступ онлайн
В корзину
Учебное пособие посвящено одному из центральных вопросов, возникающих при проектировании экспертных систем (ЭС), — проблеме представления знаний. В учебном пособии рассматриваются состав знаний, необходимых для функционирования ЭС, и основные модели представления знаний; особенности представления знаний в существующих экспертных системах и инструментальных средствах для их разработки.
Тематика:
ББК:
УДК:
- 004: Информационные технологии. Вычислительная техника...
- 681: Точная механика. Автоматика. Приборостроение
ОКСО:
- ВО - Магистратура
- 27.04.04: Управление в технических системах
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Министерство образования и науки Российской Федерации Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЗНАНИЙ В ЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМАХ Рекомендовано методическим советом Уральского федерального университета в качестве учебного пособия для студентов вуза всех форм обучения направления 27.04.04 — Автоматизация и управление Екатеринбург Издательство Уральского университета 2017
УДК 004.891:681.518.2(075.8) ББК 32.813-022я73 П71 Составители В. А. Морозова, В. И. Паутов Рецензенты: кафедра общих профессиональных дисциплин Уральского технического института связи и информатики ( филиал) ФГБОУ ВО Сибирского государственного университета телекоммуникаций и информатики (заместитель завкафедрой, доц., канд. техн. наук Н. В. Будылдина); кафедра физики Уральского государственного горного университета (завкафедрой, д-р физ.-мат. наук И. Г. Коршунов) Научный редактор — доц., канд. техн. наук В. А. Матвиенко П71 Представление знаний в экспертных системах : учебное пособие / сост. В. А. Морозова, В. И. Паутов. — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2017. — 120 с. ISBN 978-5-7996-2037-0 Учебное пособие посвящено одному из центральных вопросов, возникающих при проектировании экспертных систем (ЭС), — проблеме представления знаний. В учебном пособии рассматриваются состав знаний, необходимых для функционирования ЭС, и основные модели представления знаний; особенности представления знаний в существующих экспертных системах и инструментальных средствах для их разработки. Библиогр.: 71 назв. Рис. 12. Табл. 1. УДК 004.891:681.518.2(075.8) ББК 32.813-022я73 ISBN 978-5-7996-2037-0 © Уральский федеральный университет, 2017
ВВЕДЕНИЕ Экспертные системы (ЭС) — первый продукт, появившийся на информационном рынке, как итог 30-летней изыскательской работы в области искусственного интеллекта (ИИ) [1; 2; 3]. ЭС представляют собой программы для компьютера, которые могут воспроизводить процесс решения проблемы человеком- экспертом. В настоящее время интерес к ЭС со стороны промышленности чрезвычайно возрос, поскольку они способны дать средства, стимулирующие повышение производительности труда и увеличение прибыльности производства [4; 5; 6]. По классическому определению экспертная система — это программный продукт, в котором используется искусствен- ный интеллект в виде типовых логических правил, содержа- щихся в базе знаний, заполняемой экспертом. Работа систе- мы построена по алгоритму, имитирующему мыслительный процесс. В начале 80-х гг. XX в. в рамках искусственного интеллек- та сформировалось самостоятельное направление — «ин- женерия знаний», в задачу которого входят разработка, ис- следование и использование экспертных систем. Термин «инженерия знаний» введен Е. Фейгенбаумом как «привнесе-
Представление знаний в эксПертных системах ние принципов и инструментария исследований из области искусственного интеллекта в решение трудных прикладных проблем, требующих знаний экспертов» [7]. Огромный инте- рес к ЭС вызван следующими основными причинами. Во-пер- вых, они ориентированы на решение широкого круга задач в неформализованных областях, т. е. на приложения, которые до недавнего времени считались малодоступными для вычи- слительной техники. Во-вторых, экспертные системы позво- ляют специалистам, не имеющим навыков программирова- ния, создавать практически значимые приложения, что резко расширяет сферу использования вычислительной техники. В-третьих, экспертные системы при решении практических задач позволяют получать результаты, сравнимые, а иногда и превосходящие те, которые может получить эксперт-чело- век. В-четвертых, современные ЭС легко объединяются с тра- диционными программными системами (системами управле- ния базами данных, пакетами прикладных программ и т. д.) в интегрированные приложения. При рассмотрении ЭС используются следующие основные понятия [8]: предметная область, проблемная область, дан- ные, знания. Под предметной областью будем иметь в виду область экспертизы или знания об этой области. Понятие про- блемная область включает предметную область и задачи, ре- шаемые в этой области. Термин «проблемная область» будет использоваться в тех случаях, когда необходимо подчеркнуть, что речь идет не только об описании фактов области эксперти- зы, но и о задачах, решаемых в этой области. Под данными бу- дем понимать исходные, промежуточные или окончательные данные о решаемой в текущий момент задаче, т. е. данные — это та информация, которая существует в ходе консультаций. Под знаниями будем понимать любую информацию (в том числе и конкретные факты), которая хранится в системе вне зависимости от того, решает система задачу или нет.
Введение Настоящее учебное пособие посвящено одному из цент- ральных вопросов, возникающих при проектировании экс- пертных систем (ЭС), — проблеме представления знаний. В области экспертных систем представление знаний озна- чает не что иное, как систематизированную методику опи- сания на машинном уровне того, что знает человек-эксперт, специализирующийся в конкретной предметной области. Любое общение человека с миром техники предполага- ет наличие некоторого предварительного знания. Если, на- пример, некто берется за поиск неисправности в цифровой схеме, то это предполагает, что он обладает определенными базовыми знаниями из области электротехники и цифровой техники. Нет необходимости подчеркивать, что компью- тер (в чистом виде) никакими предварительными знаниями не обладает, а потому техническая экспертность — набор ка- честв, лежащих в основе высокого уровня работы людей –спе- циалистов при решении проблем в определенной узкой обла- сти, — должна включать и эти предварительные знания. И наконец, представление предполагает определенную организованность знаний. Представление знаний должно позволить извлекать их в нужной ситуации с помощью от- носительно несложного и более–менее естественного меха- низма. Простого перевода информации (знаний) в форму, пригодную для хранения на машинных носителях, здесь явно недостаточно. Для того чтобы можно было достаточно быстро извлекать те элементы знаний, которые наиболее пригодны в конкретной ситуации, база знаний должна обладать доста- точно развитыми средствами индексирования и контекстной адресации. Тогда программа, использующая знания, сможет управлять последовательностью применения определенных «элементов» знания, даже не обладая точной информацией о том, как они хранятся.
1. ВОПРОСЫ, РЕШАЕМЫЕ ПРИ ПРЕДСТАВЛЕНИИ ЗНАНИЙ Первый и основной вопрос, который надо решить при пред- ставлении знаний, это вопрос определения состава знаний, т. е. определение того «ЧТО представлять» в ЭС [9]. Важность вопроса «ЧТО представлять» определяется тем, что решение именно этой проблемы обеспечивает адекватное отображе- ние моделируемой сущности в системе. Второй вопрос каса- ется того «КАК представлять» знания. Необходимо отметить, что проблемы «ЧТО представлять» и «КАК представлять» не являются независимыми [7; 8]. Вопрос «КАК представлять» можно разделить на две в зна- чительной степени независимые задачи: 1) как организовать (структурировать) знания, 2) как представить знания в выбранном формализме. Стремление выделить организацию знаний в самостоя- тельную задачу вызвано, в частности, тем, что эта задача воз- никает для любого языка представления, и способы решения этой задачи являются одинаковыми (либо сходными) вне за- висимости от используемого формализма.
1. Вопросы, решаемые при представлении знаний Итак, в круг вопросов, решаемых при представлении зна- ний, включаются следующие [7; 8]: • определение состава представляемых знаний; • организация знаний; • представление знаний, т. е. определение модели пред- ставления; • использование выбранного представления.
2. СОСТАВ ЗНАНИЙ ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ Рассмотрим вопрос о том, какими (по составу) знания- ми должна обладать ЭС для выполнения стоящих перед ней задач. Состав знаний ЭС определяется следующими факто- рами [7, 8]: • проблемной средой (областью); • архитектурой (структурой) ЭС; • потребностями и целями пользователей; • языком общения. В соответствии с общей схемой статической экспертной системы (см. рис. 2.1) для ее функционирования требуются следующие знания [7; 8]: • знания о процессе решения задачи (т. е. управляющие знания), используемые интерпретатором (решателем); • знания о языке общения и способах организации ди- алога, используемые лингвистическим процессором (диалоговым компонентом); • знания о способах представления и модификации зна- ний, используемые компонентом приобретения знаний;
2. Состав знаний экспертной системы • поддерживающие структурные и управляющие знания, используемые объяснительным компонентом. Интерфейс с БД и ППП Диалоговый компонент Объяснительный компонент Компонент приобретения знаний Решатель База знаний Рабочая память Рис. 2.1. Структура статической ЭС Для динамической ЭС, кроме того, необходимы следующие знания (см. рис. 2.2): • знания о методах взаимодействия с внешним окруже- нием; • знания о модели внешнего мира. Зависимость состава знаний от требований пользователя проявляется в следующем [7; 8]: 1) какие задачи (из общего набора задач) и с какими дан- ными хочет решать пользователь; 2) каковы предпочтительные способы и методы решения; 3) при каких ограничениях на количество результатов и способ их получения должна быть решена задача; 4) каковы требования к языку общения и к организации диалога; 5) какова степень общности/конкретности знаний о про- блемной области, доступная пользователю; 6) каковы цели пользователей.
Доступ онлайн
В корзину