Классификационные признаки ЭС.

    В основе классификации экспертных систем лежат следующие параметры:

Ø тип приложения,

Ø архитектура приложения;

Ø стадия существования,

Ø масштаб ЭС,

Ø тип проблемной среды,

Ø тип решаемой задачи.

    О типе приложений.

3.3.1.Тип приложения характеризуется следующими признаками:

1.1. Возможность взаимодействия приложения с другими программными средствами. По этому признаку приложения делятся на:

1.1.1. изолированное приложение - экспертная система, не способная взаимодействовать с другими программными системами (например, с базами данных, электронными таблицами, пакетами прикладных программ, контроллерами, датчиками и т.п.);

1.1.2. интегрированное приложение - экспертная системаи другие программные системы, с которыми она взаимодействует в ходе работы.

 Большинство современных ЭС, используемых для решения практически значимых задач, являются интегрированными.

    1.2. Возможность исполнять приложение на разнородной аппаратуре и переносить его на различные платформы. По этому признаку различают такие приложения:

закрытые приложения — исполняются только в программной среде данной фирмы и могут быть перенесены на другие платформы только путем перепрограммирования приложения;

открытые приложения — ориентированы на исполнение в разнородном программно-аппаратном окружении и могут быть перенесены на другие платформы без перепрограммирования.

 

Об архитектуре приложения

    3.3.2.Архитектура приложения:

централизованное приложение -реализуется на базе центральной ЭВМ, с которой связаны терминалы;

распределенное приложение -обычно используется архитектура клиент-сервер.

 

 

О стадии существования приложения

3.3.3. Стадия существования характеризует степень завершенности разработки ЭС. В нее входят:

è исследовательский прототип - решает представительный класс задач проблемной области, но может быть неустойчив в работе и не полностью проверен. При наличии развитых инструментальных средств при разработке исследовательского прототипа требуется примерно 2-4 месяца. База знаний исследовательского прототипа обычно содержит небольшое число исполняемых утверждений;

è действующий прототип -надежно решает любые задачи проблемной области, но при решении сложных задач может потребовать чрезмерно много времени и (или) памяти. Доведение системы от начала разработки до стадии действующего прототипа требует примерно 6 - 9 месяцев, при этом количество исполняемых утверждений в базе знаний увеличивается по сравнению с исследовательским прототипом;

è Промышленная система - обеспечивает высокое качество решения всех задач при минимуме времени и памяти. Обычно процесс преобразования действующего прототипа в промышленную систему состоит в расширении базы знаний и ее тщательной отладке. Доведение ЭС от начала разработки до стадии промышленной системы с применением развитых инструментальных средств требует не менее 12-18 месяцев;

è Коммерческая система - пригодна не только для использования разработчиком, но и для продажи различным потребителям. Доведение системы до коммерческой стадии требует примерно 1,5-2 года. Приведенные здесь сроки справедливы для ЭС средней сложности.

О масштабе ЭС

3.3.4. Масштаб ЭС характеризует сложность решаемых задач и связан с типом используемой ЭВМ.

    По этому признаку различают:

è      малые ЭС - предназначены для первичного обучения и исследования возможности применения технологии ЭС для рассматриваемого класса задач. Системы такого типа могут быть реализованы на персональных компьютерах;

è       средние ЭС - охватывают весь спектр необходимых приложений и обычно интегрированы с базами данных, электронными таблицами и т.д. Системы такого масштаба чаще всего реализуются на рабочих станциях;

è      большие ЭС - имеют доступ к мощным базам данных и реализуются на рабочих станциях или на специализированных компьютерах;

è       символьные ЭС - создаются с исследовательскими целями и реализуются на специализированных компьютерах, ориентированных на обработку символьных данных.

 О типе проблемной среды

3.3.4. Понятие проблемной среды включает описание предметной области (множество сущностей, описывающих множество объектов, их характеристик и отношений между объектами) и решаемых в ней задач.

    Другими словами, проблемная среда включает структуры данных и решаемые с ними задачи, представленные в виде исполняемых утверждений (правил, процедур, формул и др.).

    В связи с этим проблемная среда определяется характеристиками соответствующей предметной области и характеристиками типов решаемых в ней задач.

    3.3.4.1.Характеристики предметной области

              3.3. 4.1.1. Тип предметной области:

               статический - входные данные не изменяются за время сеанса работы приложения, значения других (не входных) данных изменяются только самой экспертной системой;

          динамический - входные данные, поступающие из внешних источников, изменяются во времени, значения других данных изменяются ЭС или подсистемой моделирования внешнего окружения.

 

    3.3.4.1.2.Способ описания сущностей предметной области:

совокупность атрибутов и их значений (фиксированный состав сущностей);

совокупность классов (объектов) и их экземпляров (изменяемый состав сущностей).

    3.3. 4.1.3. Способ организации сущностей в БЗ:

               неструктурированная БЗ;

              структурирование сущностей в БЗ по различным иерархиям, («частное - общее», «часть - целое», «род - вид»), что обеспечивает наследование свойств сущностей.

Структурирование БЗ способствует:

Ø ограничению круга сущностей, которые должны рассматриваться механизмом вывода, и сокращению количества перебираемых вариантов в процессе выбора решения;

Ø обеспечению наследования свойств сущностей, т.е. передачи свойств вышерасположенных в иерархии сущностей нижерасположенным сущностям, что значительно упрощает процесс приобретения и использования знаний.

        

О типе решаемой задачи в данной проблемной области (тип задачи связан с проблемной областью)

 Характеристики типов решаемых в проблемной области задач.

Тип решаемых задач:

    задачи анализа или синтеза. В задаче анализазадана модель сущности и требуется определить неизвестные характеристики модели. В задаче синтезазадаются условия, которым должны удовлетворять характеристики «неизвестной» модели сущности, и требуется построить модель этой сущности. Решение задачи синтеза обычно включает задачу анализа как составную часть;

    статические или динамические задачи. Если задачи, решаемые ЭС, явно не учитывают фактор времени и/или не изменяют в процессе своего решения знания об окружающем мире, то ЭС решает статические задачи, в противном случае речь идет о решении динамических задач. Учитывая значимость времени в динамических проблемных средах, многие специалисты называют их приложениями, работающими в реальном времени. Обычно выделяют следующие системы реального времени:

псевдореальноговремени, «мягкого»реального времени и «жесткого»реального времени.

    Системы псевдореального времени, как следует из названия, не являются системами реального времени, однако они, в отличие от статических систем, получают и обрабатывают данные, поступающие из внешних источников. Системы псевдореального времени решают задачу быстрее, чем происходят значимые изменения информации об окружающем мире.

 

 Общность исполняемых утверждений (также связана с предметной областью):

    частные исполняемые утверждения, содержащие ссылки на конкретные сущности (объекты);

    общие исполняемые утверждения, относящиеся к любым сущностям заданного типа (вне зависимости от их числа и имени). Использование общих утверждений позволяет значительно лаконичнее представлять знания. Однако поскольку общие утверждения не содержат явных ссылок на конкретные сущности, для их использования каждый раз требуется определять те сущности, к которым они должны применяться.

    Не все сочетания перечисленных выше параметров, характеризующих проблемную среду, встречаются на практике. Наиболее распространены следующие типы проблемных сред (также зависят от типа предметной области):

    Для статической предметной области:

    А. Представление сущностей в виде совокупности атрибутов и их значений, неизменяемый состав сущностей - БЗ не структурирована, решаются статические задачи анализа, используются только частные исполняемые утверждения;

   Б. Представление сущностей объектами, изменяемый состав сущностей, БЗ структурирована, решаются статические задачи анализа и синтеза, используются общие и частные исполняемые утверждения;

    

 

    Для д инамической предметной области:

    А. Представление сущностей совокупностью атрибутов и их значений, неизменяемый состав сущностей, БЗ не структурирована, решаются динамические задачи анализа, используются частные исполняемые утверждения;

    Б. Представление сущностей в виде объектов, изменяемый состав сущностей, БЗ структурирована, решаются динамические задачи анализа и синтеза, используются общие и частные исполняемые утверждения.

 О типах решения задач — в целом

3.3.5. В ЭС различают следующие типы решения задач:

    3.3.5.1. Интерпретация данных -процесс определения смысла данных, результаты которого должны быть согласованными и корректными. Экспертные системы, как правило, проводят многовариантный анализ данных;

    3.3. 5. 2. Диагностика -процесс соотнесения объекта с некоторым классом объектов и/или обнаружение неисправностей в системе (отклонений параметров системы от нормативных значений);

 3.3.5.3. Мониторинг - непрерывная интерпретация данных в реальном масштабе времени и сигнализация о выходе тех или иных параметров за допустимые пределы;

   3.3.5.4. Проектирование -создание ранее не существовавшего объекта и подготовка спецификаций на создание объектов с заранее определенными свойствами. Степень новизны может быть разной и определяется видом знаний, заложенных в ЭС, и методами их обработки. Для организации эффективного проектирования требуется формировать не только сами проектные решения, но и мотивы их принятия. ЭС, решающие задачи проектирования, реализуют процедуры вывода решения и объяснения полученных результатов;

   3.3.5.5. Прогнозирование - предсказание последствий некоторых событий или явлений на основе анализа имеющихся данных. Прогнозирующие ЭС логически выводят вероятные следствия из заданных ситуаций. В прогнозирующих ЭС в большинстве случаев используются динамические модели, в которых значения параметров «подгоняются» под заданную ситуацию. Выводимые из этих моделей следствия составляют основу для прогнозов с вероятностными оценками;

    3.3.5.6. Планирование - построение планов действий объектов, способных выполнять некоторые функции. Работа ЭС по планированию основана на моделях поведения реальных объектов, которые позволяют проводить логический вывод последствий планируемой деятельности;

     3.3.5.7 Обучение - использование компьютера для обучения каким-либо дисциплине или предмету. Экспертные системы обучения выполняют такие функции, как диагностика ошибок, подсказывание правильных решений; аккумулирование знаний о гипотетическом «ученике» и его характерных ошибках; диагностирование слабости в познаниях обучаемых и нахождение соответствующих средств для их ликвидации. Системы обучения способны планировать акт общения с учеником в зависимости от успехов ученика для передачи необходимых знаний;

      3.3.5.8. У правление - функция организованной системы, поддерживающая определенный режим ее деятельности. Экспертные системы данного типа предназначены для управления поведением сложных систем в соответствии с заданными спецификациями;

     3.3.5.9. П оддержка принятия решений - совокупность процедур, обеспечивающая лицо, принимающее решения, необходимой информацией и рекомендациями, облегчающими процесс принятия решения. Такого рода ЭС оказывают помощь специалистам в выборе и/или генерации наиболее рациональной альтернативы из множества возможных при принятии ответственных решений.