В разделе упражнений вы встретите набор правил на языке clips, которые соответствуют определению, сформулированному в рассматриваемом документе.

Классификация или конструирование?

Отличительным признаком эвристической классификации является возможность заранее перенумеровать пространство решений. Так, при выполнении диагностической процедуры в системе MYCIN программа выбирает из фиксированного множества предлагаемых микроорганизмов. Но имеется множество задач, в которых не производится выбор в пространстве решений, а решение конструируется программой. Примером может служить программа формирования курса лечения, которая входит в состав MYCIN. Курс лечения представляет собой комбинацию назначенных больному препаратов и их дозировок. Можно, конечно, представить себе и таблицу, в которую включены все возможные комбинации препаратов и дозировок, но вряд ли такой подход будет целесообразным.

Конструирование решения для некоторой проблемы обычно требует наличия какой-либо модели структуры решения и поведения сложного объекта, который мы собираемся построить. В эту модель должно быть заложено знание об ограничениях, которым должен удовлетворять создаваемый объект, а именно: ограничения на конфигурацию компонентов решения, ограничения на значения входов и выходов любых процессов и ограничения на взаимодействие двух первых ограничений.

Например, при планировании действий робота, который должен достичь заданной цели, будут существовать ограничения, запрещающие выполнение определенных операций или последрвательностей операций. Это могут быть физические ограничения, предписывающие, как можно захватывать и размещать объекты (в главе 3 они называются пред- и постусловиями). Такие ограничения частично определяют временные ограничения на то, как связывать воедино операции захвата и размещения, т.е. они определяют конфигурацию компонентов решения. Нужно также уделить внимание и ограничениям на взаимные отношения между такими компонентами. Так, если ставится задача покрасить дом в течение одного дня, то скорее всего нужно начинать с покраски комнат, которые находятся на верхнем этаже.

Как Правило, такие проблемы сами по себе не приводят к решениям в терминах эвристической классификации. Пространство возможных последовательностей действий для открытой системы планирования является практически бесконечным, а потому вряд ли существует способ заранее определить все возможные варианты таких последовательностей и затем выбрать из них подходящее решение. В отличие от классификации, задача конструирования осложняется наличием комбинаторных перестановок возможных элементов решения. Таким образом, приходится сразу отказаться от ориентации на выбор решения из какого-либо подходящего класса и конкретизации его с помощью эвристического сопоставления.

Тем не менее очень важно учитывать предложенное Кленси разделение между задачами и методами решения проблем. Все диагностические задачи не являются проблемами классификации, поскольку при их решении может потребоваться создать новые классы отказов или модифицировать существующие, по мере того как будет накапливаться опыт работы с новыми устройствами. Аналогично, для задачи планирования в какой-то проблемной области может оказаться возможным организовать выбор из библиотеки планов или набора заготовок планов, как это делается в системе ONCOCIN (мы рассматривали ее в главе 10). Все зависит от того, какие ограничения накладываются в данной ситуации на процесс решения проблемы. Даже обычную задачу проектирования, например нового дома, можно решить несколькими способами. На одном конце диапазона стоит привлечение архитектора, который спроектирует дом с нуля (метод конструирования), а на другом — выбор проекта из каталога (метод классификации).

Кленси утверждает, что его работа может следующим образом, повлиять на исследования в области экспертных систем.

Она предоставляет в распоряжение исследователей инструмент для выполнения декомпозиции проблемы в набор операций, которые значительно легче классифицировать.

Разработка и анализ методик, аналогичных эвристической классификации, может послужить прелюдией к созданию специальных инструментальных средств инженерии знаний для этих целей.

Эта работа предоставляет проектировщикам экспертных систем базис для выбора областей приложения. Например, если оказывается, что проблема подходит для эвристической классификации, то имеются серьезные основания верить, что эту проблему можно решить с помощью технологии экспертных систем.

В следующей главе мы рассмотрим, как, используя концепции конструирования и эвристической классификации, можно взаимно увязать задачи, методы и инструментальные средства. В частности, мы остановимся на возможности использования такой методики анализа для целей автоматизации извлечения знаний

Рекомендуемая литература

Помимо тех работ, ссылки на которые приведены в тексте, существует и ранняя классификация подходов к решению проблем, выполненная Чандрасекараном [Chandrasekaran, 1983]. Теоретические аспекты классификации родовых задач были увязаны с проектом MDX [Chandrasekaran, 1984], в котором исследовались методы решения проблем применительно к области диагностики легочных заболеваний. Наиболее полное изложение подхода, предполагающего использование родовых задач, сопровождаемое комментариями и материалами дискуссии, читатель найдет в работе [Chandrasekaran, 1988].

Достаточно полное изложение результатов, полученных Кленси, можно найти в работе [Clancey, 1987, а, в]. Описание системы HERACLES, задуманной как прототип оболочки для исследования методики эвристической классификации, представлено в работе [Clancey, 1987,с].

Методика эвристической классификации была использована в системе KADS в качестве абстрактной модели экспертноети [Scheiber et al, 1993]. В настоящее время существуют KADS-модели и для других родовых задач, таких как мониторинг, конфигурирование, моделирование и т.д.

Упражнения

Проанализируйте классификацию задач, решаемых экспертными системами, которую предложил Хейес-Рот.

I) Как вы считаете, существуют ли задачи, которые не представлены в этой классификации?

II) В какую категорию систем этой классификации входит, по вашему мнению, система, которая консультирует пользователей относительно их юридических прав и выдает рекомендации о действиях в ходе судебного процесса.

2. Проанализируйте схему задач экспертных систем, предложенную Кленси (рис. 11.1 и 11.2).

I) Где в этой схеме, по-вашему, место для компьютерной системы обработки данных?

II) Можете ли вы предложить способ расширения или уточнения такого анализа? Например, можете ли вы предложить способ дальнейшей дифференциации задачи "Управление"?

Являются ли перечисленные ниже задачи по своему характеру задачами классификации, задачами конструирования или задачами, обладающими признаками обоих этих типов?

I) Принятие решения о том, какой курс дисциплин следует прослушать в колледже.

II) Принятие решения о том, как провести отпуск.

III) Изменение ранее составленного плана проведения отпуска вследствие непредвиденных обстоятельств.

IV) Подготовка налоговой декларации.

4. Ниже представлен список правил на языке CLIPS, который соответствует приведенному во врезке 11.1 определению термина "оружие нападения" (assault-weapon). Некоторые правила в этом наборе вам следует попытаться сформулировать самостоятельно.

;; Объявления (deftemplate gun

(field name (type SYMBOL))

(field class (type SYMBOL))

(field action (type SYMBOL))

(field caliber (type FLOAT))

(field capacity (type INTEGER))

(field feature (type SYMBOL))

)

(deftemplate assault-weapon

(field name (type SYMBOL)))

;; Факты

;; Данный набор исходных правил квалифицируют

;; только модели Heckler & Kock 91 и Benelli

;; как "оружие нападения".

(deffacts guns

(gun (name Browning22)

(class rifle) (action semi)

(caliber.22) (capacity 11))

(gun (name CobrayMll)

(class pistol)

(action semi)

(caliber 9.0) (capacity 30))

(gun (name HK91) (class rifle)

(action semi) (caliber.308) (capacity 20))

(gun (name GlocklT) (class pistol)

(action semi) (caliber 9.0) (capacity 17))

(gun (name Mossberg) (class shotgun)

(action slide) (caliber.410)

(capacity 5) (feature pistol-grip))

(gun (name BenelliSuper90)

(class shotgun) (action semi)

(caliber 12.0) (capacity 5)

(feature barrel-shroud)))

;; ПРАВИЛА

;; Общий случай

;; Любая полуавтоматическая

;; винтовка (semi-automatic rifle)

;; или охотничье ружье (shotgun) с емкостью

;; магазина более 5 патронов.

(defrule Parti

(gun (name?N) (class?Csrifle|shotgun)

(action semi) (capacity?X&:(>?X 5))) =>

(assert (assault-weapon (name?N)))

)

;; Любая полуавтоматическая

;; винтовка (semi-automatic rifle)

;; или охотничье ружье (shotgun) с

;; перечисленными дополнительными признаками.

(defrule Part2

(gun (name?N) (class?C&rifle|shotgun)

(action semi)

(feature?Fsflash-suppressor|barrel-shroud|night-scope)) =>

(assert (assault-weapon (name?N)))

)

;; Любое охотничье ружье (shotgun) с пистолетной

;; рукояткой.

;; Сюда вставьте разработанное вами

;; самостоятельно правило pistol-grip.

;; Особые случаи

;; Модель Cobray Mil относится к категории

;; "оружие нападения".

;; Сюда вставьте разработанное вами

;; самостоятельно правило cobray.

;; Исключения

;; Модели, указанные пользователем, не относятся

;; к категории "оружие нападения", (defrule rimfire

?except <- (gun (name?N) (class rifle)

(caliber.22)

?mistake <- (assault-weapon) (name?N)) =>

(retract?mistake) (retract?except))

;; К категории "оружие нападения" не относятся

;; охотничьи ружья со скользящим затвором

;;(slide-action shotgun).

;; Сюда вставьте разработанное вами

;; самостоятельно правило slide.

Правило cobray учитывает особый случай с моделью Cobray Mil. Включение в набор правила pistol-grip приведет к тому, что к категории "оружие нападения" будет отнесена и модель Mossberg, но затем уточняющее правило slide исключит эту модель.

5. Ниже приведен фрагмент программы Wine Advisor (Советчик для любителей вин) на языке CLIPS (программа разработана Рандом Вальцманом для системы Teknowledge OPS5). В программу вводится название блюда, а она предлагает список вин, рекомендуемых к этому блюду. Программа работает по принципу эвристической классификации, поскольку построена на предположении о наличии прямого соответствия между основными характеристиками блюда (например, из мяса или рыбы, типа приправ и т.п.) и классом рекомендуемых вин (в характеристики класса входит цвет, крепость, сахаристость и т.п.).

I) Ваша задача состоит в том, чтобы проанализировать представленный набор правил и принять решение о том, как организовать базу знаний о блюдах и винах, как поступать с неопределенностью, как переходить от одной стадии процесса логического вывода к другой. Комментарии в тексте программы помогут вам понять ее суть и укажут способ расширения ее возможностей. В случае необходимости пользуйтесь описанием языка CLIPS, приведенном в Приложении.

;; Шаблоны

(def template wine

(field property (type SYMBOL))

(field is (type SYMBOL))

(field cert (type FLOAT))

)

(def template meal

(field property (type SYMBOL))

(field is (type SYMBOL))

)

(deftemplate decision

(field re (type SYMBOL)) (field is (type SYMBOL))

)

;; Факты

(deffacts the-facts

(task dish))

;; Порождающие правила в формате

;; (defrule <наименование_правила> <прав часть>

;; =>

;; <лев_часть>).

;; ПРАВИЛА, КАСАЮЩИЕСЯ БЛЮД.