Гібридні інтелектуальні системи

Загальні принципи побудови. Функціонування гібридних інтелек­туальних систем (ГIC) ґрунтується на взаємодії компонентів, які відображають технологію ШІ (головно EC), з моделями та методами, що стосуються інших, як правило, суміжних галузей знань (зокрема дослідження операцій), в тому числі з алгоритмами числової оптимізації, IМ. Доцільність такого функціонування ГІС полягає у взаємному доповненні переваг різних підходів, у спробі покласти на один з них розв’язання задач, які є складними для іншого підходу.

Взаємодія EC і зовнішніх компонентів у ГІС може бути непрямою і безпосередньою. При непрямій взаємодії функціями EC можуть бути: вибір одного з методів пошуку розв’язків, реалізованого алгоритмічно й поданого з наявного банку алгоритмів; аналіз умов задачі й зарахування її до одного з типових класів (або розпізнавання її типу); перевірка несуперечності умов; зведення обмежень до вигляду, що є необхідним (стандартним) для застосування вибраного розв’язувального алгоритму; формування (синтез) стратегії пошуку із застосуванням кількох процедур, які є у банку алгоритмів.

При безпосередній взаємодії функціонування EC і зовнішніх компо­нентів може бути рівноправним або підпорядкованим. Однак такий розподіл функціонування є досить умовним, оскільки ґрунтується він на відомостях про джерела ініціалізації окремих модулів і випливає більше з концептуальних уявлень про стратегію пошуку, ніж з реалізації конкретного механізму управління взаємодією.

Якщо йдеться про рівноправне функціонування EC і зовнішніх компонентів, то дії EC і алгоритмічних модулів відповідають одному рівню в логічній структурі розв’язання задачі. Такі дії можуть бути окремими послідовностями етапів деякого загального методу. Так, в оптимізаційній задачі спочатку EC вибирає деяку точку як початкове наближення, а потім виконується числовий алгоритм, за яким і визначається точка оптимуму. Ініціювання окремих компонентів (тобто EC та алгоритмічних модулів) у цьому разі має фіксовану черговість, що не залежить від проміжних результатів і може виконуватись деяким зовнішнім механізмом синхронізації.

При підпорядкованому функціонуванні EC і зовнішніх компонентів одна з них розв’язує задачу, що є підзадачею щодо дій іншої (провідної) компоненти. Остання ініціює виконання підпорядкованої компоненти, до того ж робить це або в разі необхідності з урахуванням проміжних (своїх) результатів, або обов’язкові точки виклику підпорядкованої компоненти можуть задаватися початково, виходячи з логіки дій, які реалізуються провідною компонентою.

Наведемо два варіанти підпорядкованого функціонування EC і зовнішніх компонентів.

1. Імітаційна модель (IМ) виробничої системи звертається до EC, яка вирішує конфліктні ситуації в модельованому процесі, наприклад, вибирає один з кількох претендентів на обслуговування транспортним засобом (тут провідна компонента — IМ, необхідність звернення до EC визначається в процесі роботи появі конфліктних ситуацій).

2. Модуль числової оптимізації на кожній ітерації звертається до EC, яка пропонує напрямок наступною кроку (провідна компонента — модуль числової оптимізації як такий, що реалізує основний алгоритм; точки ініціалізації EC визначаються апріорі в схемі алгоритму, що реалізується).

Очевидно, ті самі компоненти в різних ситуаціях можуть бути на різних рівнях підпорядкованості. Так, EC, здійснюючи початкову локалізацію інтервалу пошуку, виконує перший етап оптимізації і, таким чином, є рівноправною з подальшою числовою процедурою пошуку екстремуму. Коли ж ця процедура потребує звернення до EC для оцінювання довжини чергового кроку, то EC відіграє підпорядковану роль.

Таким чином, характеризуючи взаємодію елементів ГІС з точки зору умов ініціалізації EC, підпорядкованість слід зараховувати скоріше не до самих компонентів ГІС, а до конкретних підзадач, які ними розв’язуються.

При визначенні способу виконання алгоритмічних модулів враховується факт звернення їх до ресурсів EC. Відсутність цього звернення кваліфікується як повністю числова (алгоритмічна) реалізація. До таких моделей можна зарахувати програми статистичної обробки даних, прості оптимізаційні процедури тощо; при цьому модулі можуть самі виконувати основні функції або ініціюватись EC (тобто розв’язувати підпорядковані задачі).

Організація звернень числових алгоритмів до ресурсів EC має на меті підвищення ефективності пошуку (скорочення кількості ітерацій, запобігання призупиненню на локальних екстремумах тощо) за допомогою більш гнучкого та потужного засобу, ніж просте включення в програму жорстких і фіксованих евристик.

При визначенні місця інтелектуальної компоненти в моделі ГІС під час пошуку враховується наявність в EC здатності міркувати про сам метод пошуку. Так, наявність метарівня означає, зокрема, що EC може синтезувати структуру алгоритмічного модуля з набору наявних базових блоків (фрагментів). Завданням такого синтезу може бути побудова алгоритму, придатного для існуючої постановки задачі, або формування такої його модифікації, за допомогою якої найкраще враховується характер наявних умов тощо.

У разі відсутності метарівня міркування інтелектуальної компоненти EC обмежується межами методу розв’язання поточної задачі. Наприклад, EC призначає початкове налагодження верстатів для IМ виробничої системи (метарівень припускав би, зокрема, синтез самої моделі за допомогою EC).

Активізація компонентів та інформаційний обмін. Побудова ГІС може здійснюватися двома способами:

· разом з EC використовується готовий пакет прикладних програм;

· засоби EC і алгоритмічні модулі розробляються спільно.

У свою чергу, на першому з них можуть бути два випадки: а) пакет передбачає звернення до програми тільки в діалозі через інтерфейс користувача; б) пакет може бути бібліотекою незалежно використовуваних програмних модулів. У першому випадку реалізація ГІС можлива тільки за наявності допоміжної програми, що емулює термінал користувача. Експертна система взаємодіє з пакетом через цю програму, відіграючи, таким чином, роль користувача. В другому випадку нема необхідності мати програму-емулятор, хоча може бути потрібен програмний інтерфейс, якщо в програмному середовищі EC не передбачено можливості звернення до зовнішніх процедур. Однак в обох випадках EC виконує, як правило, рівноправну або провідну функцію. Підпорядковану функцію вона реалізує тільки тоді, коли пакет програм орієнтований на діалогове розв’язання задач.

Що стосується другого шляху (тобто спільного розроблення EC та алгоритмічних модулів), то, коли останні дістають повністю числову реалізацію, результат буде схожий (з точки зору взаємодії, а не ефективності рішень) на згаданий вище другий випадок побудови ГІС першим шляхом. Якщо ж розроблена алгоритмічна процедура передбачає звернення до EC, то у відповідних ситуаціях остання відіграватиме підпорядковану роль.

Рис. 6.3. Варіанти умовної структури взаємодії компонентів ГІС