Инструментальные средства построения ЭС.

Разработка любой системы управления БЗ или ЭС – большая и сложная работа, требующая привлечение квалифицированных специалистов-экспертов и разработчиков-программистов. Естественно, что для создания подобных систем разрабатываются различные инструментальные средства. По инструментальным возможностям эти средства можно разделить: на основные и вспомогательные. Основные средства образуют языки, предназначенные для описания компонентов ЭС и системы программирования, поддерживающие эти языки. Вспомогательные средства предназначены для упрощения отдельных этапов разработки или тестирования тех иных компонентов ЭС. Например, для наполнения и модификации БЗ, содержащей факты и правила.

Спектр используемых инструментальных средств для построения ЭС очень широк и существует несколько классификаций. Но все они имеют общие группы, которые зависят от методов построения ЭС.

 

ОСНОВНЫЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА.

 

Языки программирования, применяемые для работы в области ЭС, – это, как правило, проблемно-ориентированные языки как PASCAL, FORTRAN или языки обработки текстов – LISP и PROLOG. Проблемно-ориентированные языки разработаны для специального класса задач: например в научных, математических и статистических исследованиях. Языки обработки текстов разработаны для прикладных областей искусственного интеллекта. Например, LISP имеет механизмы для манипулирования символами в форме списковых структур. LISP и PROLOG неуклонно завоевывают популярность. Популярность языков основывается на нескольких их свойствах: легком манипулировании символами, автоматическим управлением памятью, развитом редактировании и средств отладки, едином подходе в представлении программ.

Лисп существует в двух вариантах: Интерлисп, Мэклисп (имеют различные средства поддержки).

Языки программирования подобные Лиспу предоставляют гибкость разработчику ЭС, но никак не подсказывают ему, как представлять знания или как построить механизм доступа к базе знаний.

Языки инженерии знаний обладают меньшей гибкостью, поскольку разработчик системы должен пользоваться схемой управления с помощью механизма выводов.

 

 

 

Рис. 1 Компоненты поддерживающей среды.

Языки инженерии можно разделить на скелетные и универсальные.

Скелетный язык – это ‘раздетые’ ЭС без специальных предметных знаний.

Скелетные системы обеспечивают структуризацию знаний и готовые механизмы выводов. Но им не хватает общности и гибкости. Они приложены только к узкому классу проблем и сильно ограничивают возможности разработчика ЭС.

Универсальные языки могут быть применены к проблемам различного типа в различных прикладных областях. Они обеспечивают б о льшие возможности управления поиском данных и доступом к ним, чем скелетные системы, но их труднее использовать.

Вспомогательные средства построения ЭС: состоят из программ, оказывающих помощь в приобретении знаний у эксперта и представление их, а также программ, которые помогают разработать проекты ЭС. Этих средств значительно меньше и они делятся на две группы:

- средства проектирования систем;

- средства приобретения знаний.

Вспомогательные средства включают также средства поддержки – вспомогательные программы, которые прилагаются к средствам построения ЭС, чтобы упростить его.

Компоненты поддерживающей среды также относятся к вспомогательным средствам.

Рассмотрим подробнее средства объяснения. Некоторые системы имеют встроенный механизм объяснения (такие как ENYCIN). В других нет этого механизма рассуждения, а надо его использовать. Существует несколько типов механизма объяснения:

- ретроспективное распределение;

- гипотетическое распределение;

- контрафактическое распределение.

При первом случае объясняется, как система достигла конкретного состояния. Система может описать правило, которое привело к заключению или часть цепочки правил. Во втором случае - система объясняет, что получилось, если бы конкретный факт или правило были другими. В третьем случае система объясняет, почему ожидаемое заключение не получилось.

 

МЕТОДЫ РАЗРАБОТКИ.

 

В процессе разработки прикладной экспертной системы могут использоваться 3 метода:

A. Метод прямой разработки использованием универсального языка программирования. Примерами систем, разработанных по этому методу являются DENDRAL, MYCIN и др. На создание таких систем уходит много времени.

B. Основан на языке представления знаний или на языке разработки ЭС. Этот метод отличается простотой, позволяющей при наличии оболочки, затратить на разработку новой ЭС несколько дней. Обычно используется в первую очередь для ЭС на основе продукционной модели.

C. Классический метод с использованием языка представления знаний фреймового типа. Фреймовая модель обладает большой гибкостью и в ней возможно комбинировать декларативные и процедурные знания в одном фрейме.

При использовании фреймовой системы прежде всего необходимо в соответствии с прикладной задачей построить модель ЭС, выбрать иерархическую структуру, с помощью которой можно решить поставленную задачу. Языки этого типа (COMEX, имеют характер универсальных языков FMX) программирования более высокого уровня чем Пролог и Лисп. На рис.2 рассмотрена схема использования этих 3 методов и языков представления знаний.

В качестве инструментария для создания ЭС могут служить:

- процедурные языки программирования, ориентированные на обработку символьной информации (LISP, INTERLISP и др.);

- языки инженерии знаний, т.е. языки ориентированные на разработку любой ЭС (PROLOG, OPS-5, KRL, LOOPS, ПЛЭНЕР и др.);

- средства автоматизации процесса конструирования, использования и модификации ЭС (RLL, HEARSAY-III, TEIRESIAS и др.);

- пустые базовые ЭС, не содержащие знаний конкретной области (EMYCIN, KAS, GURU, ЭКСПЕРТ-МИКРО).

 

Рис.2. Методы представления знаний.

 

Они приведены в порядке убывания трудоемкости, требуемой для создания с их помощью прототипов.

При толковании ‘инструментарий’ включает не только программные средства, но и аппаратные. Наибольшее распространение получила аппаратная реализация диалектов языков LISP, PROLOG, т.е. разработка ЭВМ, внутренним языком которых являет LISP, PROLOG.

Под инструментарием понимается также и специализации участников создания ЭС. Это:

1) экспертной предметной области;

2) инженер по знаниям – специалист по разработке ЭС;

3) программист, осуществляющий модификацию и согласование инструментальных средств.