Общая характеристика инструментальных средств для построения экспертных систем

При разработке практически всех инструментальных средств за основу принимается методология автоматизации проектирования на базе использования прототипов. По отношению к программному обеспечению термин прототип означает "работающую модель программы, которая функционально эквивалентна подмножеству конечного продукта" [Schach, 1993]. Идея состоит в том, чтобы на ранней стадии работы над проектом разработать упрощенную версию конечной программы, которая могла бы послужить доказательством продуктивности основных идей, положенных в основание проекта. Прототип должен быть способен решать какую-либо из нетривиальных задач, характерных для заданной области применения. На основе анализа опыта работы с прототипом разработчики могут уточнить требования к системе в целом и ее Основным функциональным характеристикам. Работоспособность прототипа может послужить очевидным доказательством возможности решения проблем с помощью создаваемой системы еще до того, как на ее разработку будут потрачены значительные средства.

По своему назначению и функциональным возможностям инструментальные программы, применяемые при проектировании экспертных систем, можно разделить на четыре достаточно больших категории.

1.Оболочки экспертных систем (expert system shells). Системы этого типа создаются, как правило, на основе какой-нибудь экспертной системы, достаточно хорошо зарекомендовавшей себя на практике. При создании оболочки из системы-прототипа удаляются компоненты, слишком специфичные для области ее непосредственного применения, и оставляются те, которые не имеют узкой специализации. Примером может служить система «EMYCIN», созданная на основе прошедшей длительную "обкатку" системы «MYCIN». В EMYCIN сохранен интерпретатор и все базовые структуры данных — таблицы знаний и связанный с ними механизм индексации. Оболочка дополнена специальным языком, улучшающим читабельность программ, и средствами поддержки библиотеки типовых случаев и заключений, выполненных по ним экспертной системой. Дальнейшим развитием оболочки «EMYCIN» явились системы S.1 и М.4, в которых механизм построения цепочки обратных рассуждений, заимствованный в «EMYCIN», объединен с фреймоподобной структурой данных и дополнительными средствами управления ходом рассуждений.

2. Языки программирования высокого уровня. Инструментальные средства этой категории избавляют разработчика от необходимости углубляться в детали реализации системы — способы эффективного распределения памяти, низкоуровневые процедуры доступа и манипулирования данными. Одним из наиболее известных представителей таких языков является OPS5.Этот язык прост в изучении и предоставляет программисту гораздо более широкие возможности, чем типичные специализированные оболочки. Следует отметить, что большинство подобных языков так и не было доведено до уровня коммерческого продукта и представляет собой скорее инструмент для исследователей.

3. Среда программирования, поддерживающая несколько парадигм (multiple-paradigm programming environment). Средства этой категории включают несколько программных модулей, что позволяет пользователю комбинировать в процессе разработки экспертной системы разные стили программирования. Среди первых проектов такого рода была исследовательская программа LOOP, которая допускала использование двух типов представления знаний: базирующегося на системе правил и объектно-ориентированного На основе этой архитектуры во второй половине 1980-х годов было разработано несколько коммерческих программных продуктов, из которых наибольшую известность получили KEE, «KnowledgeCraft» и «ART». Эти программы предоставляют в распоряжение квалифицированного пользователя множество опций и для последующих разработок, таких как КАРРА и CLIPS, и стали своего рода стандартом. Однако освоить эти языки программистам далеко не так просто, как языки, отнесенные нами к предыдущей категории.

4. Дополнительные модули. Средства этой категории представляют собой автономные программные модули, предназначенные для выполнения специфических задач в рамках выбранной архитектуры системы решения проблем. Хорошим примером здесь может служить упоминавшийся в главе 15 модуль работы с семантической сетью, использованный в системе VT. Этот модуль позволяет отслеживать связи между значениями ранее установленных и новых параметров проектирования в процессе работы над проектом. Подобные модули управления семантической сетью можно использовать для распространения внесенных изменений на все компоненты системы.

Примеры широко известных и эффективно используемых экспертных систем:

«DENDRAL»- ЭС для распознавания структуры сложных органических молекул по результатам их спектрального анализа (считается первой в мире экспертной системой);

«MOLGEN»- ЭС для выработки гипотез о структуре ДНК на основе экспериментов с ферментами,

«MYCIN»- ЭС диагностики кишечных заболеваний;

«PUFF»- ЭС диагностики легочных заболеваний;

«PROSPECTOR»- ЭС для консультаций при поиске залежей полезных ископаемых;

ЭСПЛАН»- ЭС для планирования производства на нефтеперерабатывающем заводе;

«МОДИС»- ЭС диагностики различных форм гипертонии.

Порядка 30% экспертных систем служат для диагностики, 15% - интерпретации, также 15% - рекомендаций, 12% - планирования, 9% - мониторинга, 8% - управления. Меньшую долю занимают задачи моделирования, выбора.

 

Литература

 

1. MS Office 2003. Полное руководство. Серия "Справочник профессионала"– М.:Эком, 2006. –832 с., ил.

2. Белов П.Г. Системный анализ и моделирование опасных процессов в техносфере: учеб. пособие / П. Г. Белов. - М.: Академия, 2003. - 506 с.

3. Берлинер Э.М., Глазырина И.Б., Глазырин В.В. Microsoft Office 2003. – М.: Бином, 2004

4. Васильев П.П. Безопасность жизнедеятельности: Экология и охрана труда. Количественная оценка и примеры: учеб. пособие для вузов / П.П. Васильев. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2003.- 188 с.

5. Гершензон В.Е. Информационные технологии в управлении качеством среды обитания: учеб. пособие / В.Е. Гершензон, Е.В. Смирнова. - М: Академия, 2003. - 288 с.

6. Егоров А.Ф. Управление безопасностью химических производств на основе информационных технологий: учеб. пособие / А. Ф. Егоров, Т. В. Савицкая. - М: Химия; КолосС, 2004. - 430 с.

7. Михеева Е.В Информационные технологии, учеб. пособие / Е.В. Михеева. - М.: Академия, 2004. - 224 с.

8. Могилев А. В. и др. Практикум по информатике: Учебное пособие для студ. высш. учеб. заведений М.: Издательский центр «Академия», 2001.-608 с.

9. Ревунтов Г.И. Базы данных и знаний. - М.: Высшая школа, 1992.

10. Сборник типовых расчетов и заданий по экологии /Под ред. С.А. Бережного.- Тверь: ТГТУ, 1999.

11. СоколовЭ.М., Панарин В.М.,Воронцова Н.В. Информационные технологии в безопасности жизнедеятельности: Учебник для вузов.- М.: Машиностроение, 2006.-238 с.: ил.

12. Справочная книга для проектирования электрического освеще­ния / Под ред. Г.М. Кнорринга.- Л.: Энергия, 1976.

13. Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю.Б. Айзенберга.- М.: Энергоатомиздат, 1983.

14. СНиП 23-05-95 Естественное и искусственное освещение. Минстрой. М. 1995.

15. Пшеничников А.Л. - Методы исследования искусственного освещения производственных помещений и открытых пространств". Академия труда и социальных отношений. М. 1985.

 

 

7. Задание для самостоятельной работы

Каждому студенту необходимо:

1.Ознакомится с приводимыми в настоящих материалах программными средствами. В выполняемой РГР привести их краткое описание. Важно четко усвоить основные функции этих ПС, а по продуктам, где есть описание - технологию работы пользователя с ПС (использовать материал настоящего пособия и приведенный перечень литературы).

2. В РГР выполнить практическую задачу с использованием ПС. Вариант задания соответствует порядковому номеру студента в списке группы.

 

2.1.Расчет рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере и предельно допустимых выбросов от одиночных стационарных источников загрязнения атмосфер (По прилагаемому ПС и методике [10], задача 1)

 

Вари­ант	Масса выбросов, г/с	Высота трубы Н, м	Диаметр устья труба Д, м	Скорость выхода газовоздушной струи W0, м/c	Разница темпе­ратур выбросов и наружного воздуха,DТ,С
NO2	SO2	CO
	-	-			1,1	2,0
	-	-			1,2	1,5
	-	-			1,3	2,0
	-	-			1,4	2,5
	-	-			1,5	3,0

 

 

2.2.Обработать экспериментальные данные с использованием ПС «Origin» (вычислить статистические характеристик, дать графическую и аналитическую интерпретацию)

 

Порядковый номер элемента в базе наблюдений	Варианты (номер в списке)
1.	277,7	0,8531				0,74	5,71	0,07		0,4816
2.	278,3	0,8476				0,55	3,85	0,078	6,09	0,4593
3.	279,0	0,8463				0,54	2,86	0,08	12,3	0,4401
4.	279,6	0,8454				0,53	1,9	0,15	18,51	0,4232
5.	280,2	0,8424				0,52	1,43	0,24	24,77	0,4086
6.	280,8	0,841				0,51	1,11	0,325	30,97	0,3967
7.	281,5	0,8415			36,5	0,5	1,03	0,359	37,29	0,3846
8.	282,1	0,8426				0,49		0,38	43,55	0,3744
9.	282,8	0,8415				0,48	0,96	0,395	50,42	0,3638
10.	283,4	0,8415				0,47	0,71	0,46	56,57	0,3555
11.	284,0	0,8435			72,5	0,46	0,5	0,497	62,67	0,3477
12.	284,7	0,8445				0,45	0,476	0,55	68,87	0,3412
13.	285,3	0,8458			177,5	0,44	0,48	0,562	75,19	0,3338
14.	286,0	0,8478				0,43	0,33	0,568	81,34	0,3282
15.	286,69	0,8493					0,125	0,66	87,66	0,3227
16.	287,3	0,8495							93,75	0,3175
17.	288,0	0,8529							100,07	0,3115
18.	288,6	0,8584							106,39	0,3065
19.	289,3	0,8619							112,59	0,3023
20.	290,0	0,8644							118,8	0,2979
21.	290,6	0,8679							125,06	0,2931
22.	291,3	0,8718							131,27	0,2894
23.	292,0	0,8756							138,13	0,2847
24.	292,7	0,8808

 

2.3. В СУБД «MS ACCESS» создать базу данных по любой проблеме БТПП, организовать две таблицы базы данных с соответствующими полями, отредактировать таблицы, создать формы для заполнения таблицы, заполнить таблицы с использованием созданных форм, выполнить информационные процедуры (сортировку поиск выборку),связать таблицы БД, создать отчет «MS ACCESS»

Варианты

Создание БД в MS ACCESS

 

В качестве основы для примера использовать прилагаемое методическое руководство (приложение 1)

 

3. Освоить основные теоретические положения по важным темам в проблеме повышения эффективности управления- Банки и базы данных. Основы работы с СУБД. Информационные системы поддержки принятия решений и экспертные системы.

 

Приложение 1