Применение логического программирования для реализации экспертных систем.

Экспертные системы (ЭС) - это сложные программные комплексы, аккумулирующие знания специалистов в конкретных предметных областях и тиражирующие этот эмпирический опыт для консультаций менее квалифицированных пользователей. [1]

Обобщенная структура экспертной системы представлена на рисунке 6.

 

 

 

База знаний содержит знания, относящиеся к конкретной прикладной области, в том числе отдельные факты, правила, описывающие отношения или явления, а также возможно методы, эвристики и различные идеи, относящиеся к решению этих задач в этой прикладной области. Машина логического вывода умеет активно использовать информацию, содержащуюся в базе знаний. Интерфейс с пользователем отвечает за бесперебойный обмен информацией между пользователем и системой; он также дает пользователю возможность наблюдать за процессом решения задач, протекающим в машине логического вывода. Принято рассматривать машину вывода и интерфейс как один крупный модуль, обычно называемый оболочкой экспертной системы, или для краткости, просто оболочкой [1].

На самом деле реальные экспертные системы могут иметь более сложную структуру, однако блоки, изображенные на рисунке, непременно присутствуют в любой экспертной системе.

Рассмотрим этапы разработки прототипа учебной экспертной системы. Объем прототипа - несколько десятков правил. При разработке прототипа учебной ЭС особое значение имеют следующие этапы: структурирование или концептуализация знаний, формализация, реализация, тестирование.

При структурировании знаний выявляется структура полученных знаний о предметной области, т.е. определяются [8]:

· терминология;

· список основных понятий и атрибутов;

· отношения между понятиями;

· структура входной и выходной информации;

· стратегия принятия решений и т.д.

Концептуализация знаний - разработка неформального описания знаний о предметной области в виде графа, таблицы, диаграммы или текста, который отражает основные концепции и взаимосвязи между понятиями предметной области.

На этапе формализации строится формализованное представление концепций предметной области на основе выбранного языка представления знаний. Формализация знаний - разработка базы знаний на языке, который, с одной стороны, соответствует структуре модели предметной области, а с другой - позволяет реализовать прототип системы на следующей стадии программной реализации.

Реализация - разработка программной системы, построение прототипа, включающего базу знаний, при помощи одного из способов:

· программирование на традиционных языках типа Паскаль, Си и др.;

· программирование на специализированных языках, применяемых в задачах ИИ: Лисп, Пролог и т.д.;

· использование инструментальных средств разработки ЭС типа СПИЭС, ПИЭС:

· использование "пустых" ЭС или "оболочек" типа ЭКСПЕРТ, ФИАКР и др. [8]

Тестирование - выявление ошибок в подходе и реализации прототипа. Прототип проверяется на:

· удобство и адекватность интерфейсов ввода-вывода;

· эффективность стратегии управления;

· качество проверочных примеров;

· корректность базы знаний.

При разработке ЭС на Прологе схему экспертной системы можно уточнить:

 

 

 

Примеры построения экспертных систем на Прологе приведены в учебнике И. Братко разобран пример учебной ЭС «Животные», предназначенной для идентификации животных. В базе знаний этой системы имеются правила, определяющие принадлежность животного к какому-либо классу, виду и т.д. Разработана оболочка, интерпретирующая «если-то» - правила, которая обеспечивает выдачу объяснений типа «как» и «почему» и которая запрашивает у пользователя нужную ему информацию. На вопрос «Почему» («Почему вас интересует текущая цель?») дается объяснение в виде цепочки правил и целей, соединяющих текущую цель с исходным вопросом пользователя, находящимся в верхушке дерева вопросов. Одним из подходящих способов ответить на вопрос "как" - это представить доказательство, т.е. те правила и подцели, которые использовались для достижения полученного заключения. Это доказательство имеет вид решающего дерева, составленного из имен правил и подцелей. В качестве объяснения типа "как" на выходе системы будет отобраться это дерево. Эта система состоит из следующих программ на Прологе:

для процедуры «рассмотреть», являющаяся основной процедурой оболочки ЭС, которая находит ответ на заданный вопрос;

для процедуры "ответ_польз", которая реализует вопросы к пользователю и ответы на вопросы "почему";

для процедуры "выдать", которая отображает окончательный результат и объяснение типа "как".