Тема: «интеллектуальная система. Надежность».

ЛЕКЦИЯ № 3

ТЕМА: «ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СИСТЕМА. НАДЕЖНОСТЬ».

План

Интеллектуальная система: определение, основные возможности, принципы построения.

Основные понятия надежности.

3. Средства повышения надежности ИС.

 

Интеллектуальная система: определение, основные возможности, принципы построения.

Интеллект (от латинского intellectus - познание, понимание, рассудок) - способность мышления, рационального познания. Естественным примером интеллек­туальной системы является человек. Задачи, которые решает человек в своей практической деятельности на основе мышления, относятся к интеллектуальным. Дея­тельность человека, особенно интеллектуальная (творческая), еще изучена недостаточно, принципы и методы ее объясняются неоднозначно. Многочисленные попытки понять и использовать феномен интеллекта в практических целях имеют заманчивые перспективы и становятся все более и более реальными.

Будем называть систему, способную решать интеллектуальные задачи, интеллектуальной системой (ИС). К числу основных интеллектуальных задач по аналогии с деятельностью человека можно отнести задачи распознавания (образов, ситуаций, сцен, состояний), обучения и планирования поведения (принятия решений). В этом плане интеллектуальными называют еще системы, обладающие способностью к обучению и изменению своего поведения в результате обучения.

Целью данной курсовой работы является изучение интеллектуальных систем, их назначение. Принципы построения интеллектуальных систем, их функциональные возможности и методы приобретения знаний в интеллектуальных системах.

Актуальность этой темы заключена в том, что в настоящее время человека окружает огромное число различных интеллектуальных систем, которые помогают ему в решении различных задач.

Другой целью является разработка программного продукта «Игра «100 спичек» с целью отработки навыков в области программирования

Принципы построения и организации интеллектуальных систем.

Изучение ИС позволяет сделать попытку сформулировать общие принципы, которые, не являясь достаточными, отражают необходимые моменты в их организации и функционировании.

Принцип системности.

ИС могут быть только сложными системами, функции всех их элементов должны быть согласованы с назначением системы и их местом в них, а также между собой. Именно взаимная согласованность и взаимозависимость элементов системы обеспечивает целостность и функциональную полноту наиболее совершенных ИС. Это может также приводить к структурной или функциональной избыточности.

Принцип иерархичности.

Сложная иерархическая многоуровневая структура является основой для одновременного протекания множества процессов. Уровень неординарности итогового процесса зависит от характера совокупности составляющих процессов. Сложная совокупность процессов принципиально характеризуется и сложной структурой. Таким образом, в некотором роде уровень сложности системы и ее структуры определяет и потенциальный уровень ее интеллекта.

Принцип многоканальности.

Получение согласованных с обстоятельствами и средой решений различных задач основывается на информации, получаемой извне по многим каналам и работающим на различных физических принципах, что позволяет иметь разнородную характеристику специальных свойств объектов среды. Комплексирование информационных данных позволяет иметь более объективную и более полную картину о происходящих процессах. Разнородная информация, получаемая по разным каналам, обрабатывается примерно за одинаковое минимально возможное время.

Наглядность этого принципа характеризует следующий факт. Человек способен решать различного рода опознавательные задачи за доли секунды, а зрительная система человека несомненно работает как параллельное устройство, Параллельная обработка как зрительной информации, так и поступающей в мозг человека от других органов чувств, дозволяет реализовать инвариантное опознавание объектов.

Принцип адаптивности.

Принцип адаптивности предполагает наличие у ИС потенциальных возможностей улучшения работы: в условиях априорной и текущей неопределенности на основе обучения на опыте.

Особая роль при этом принадлежит элементам системы - реализующим память.

Адаптация может происходить путем самонастройки, самообучения или самоорганизации. Адаптивные способности могут определяться объе­мом информации (памятью) системы и потребными затратами времени на ее обработку.

Методы приобретения знаний.

Динамические свойства ИС могут быть описаны в пространстве состояний. Интеллектуальные операторы, реализующие восприятие, представление, формирование понятия, суждения и умозаключения в процессе познания, являются формальным средством обработки сведений и знаний, а также принятия решения. Все эти аспекты должны быть положены в основу построения ДЭС, функционирующих в реальном времени и реальном мире.

Динамическая экспертная система есть некоторое комплексное образование, способное оценивать состояние системы и среды, сопоставлять параметры желаемого и реального результатов действия, принимать решение и вырабатывать управление, способствующее достижению цели. Для этого ДЭС должна обладать запасом знаний и располагать методами решения задач.

Категории знаний.

1) концептуальное (на уровне понятий) знание - это знание, воплощенное в словах человеческой речи или, конкретнее, - в научно-технических терминах и, естественно, в стоящих за этими терминами классах и свойствах объектов окружающей среды. Сюда же входят связи, отношения и зависимости между понятиями и их свойствами, причем связи абстрактные, также выраженные словами и терминами. Концептуальное знание - это сфера, главным образом, фундаментальных наук, если учитывать, что понятие есть высший продукт высшего продукта материи - мозга;

2) фактуальное, предметное знание - это совокупность сведений о качественных и количественных характеристиках конкретных объектов. Именно с этой категорией знания связываются термины «информация» и «данные», хотя такое употребление этих терминов несколько принижает их значение. Любое знание несет информацию и может быть представлено в виде данных; фактуальное знание - это то, с чем всегда имели дело вычислительные машины и с чем они больше всего имеют дело до сих пор. Современную форму накопления данных принято называть базами данных. Конечно, для организации баз данных, для поиска в них нужной информации надо опираться на концептуальное знание;

3) алгоритмическое, процедурное знание - это то, что принято называть словами «умение», «технология» и др. В вычислительном деле алгоритмическое знание реализуется в виде алгоритмов, программ и подпрограмм, но не всяких, а таких, которые могут передаваться из рук в руки и использоваться без участия авторов. Такая реализация алгоритмического знания называется программным продуктом. Наиболее распространенные формы программного продукта - пакеты прикладных программ, программные системы и другие, ориентированные на конкретную область применения ДЭС.

Организация и использование пакетов прикладных программ базируется на концептуальном знании. Ясно, что концептуальное знание является более высокой, определяющей категорией знания, хотя, с точки зрения практики, другие категории могут казаться более важными. Именно поэтому, вероятно, концептуальное знание редко воплощается в форме, доступной для обработки на вычислительных машинах. А если воплощается, то чаще всего неполно и односторонне. Носителем концептуального знания остается в большинстве случаев человек. Это тормозит автоматизацию многих процессов. Представления концептуального знания, а точнее, системы, реализующие все три категории знания, но выделяющие концептуальное знание на первый план и работающие на основе его интенсивного использования, называются базами знаний.

Экспертные системы.

Экспертная система (ЭС, expert system) — компьютерная программа, способная частично заменить специалиста-эксперта в разрешении проблемной ситуации. ЭС начали разрабатываться исследователями искусственного интеллекта в 1970-х годах, а в 1980-х получили коммерческое подкрепление.

В информатике экспертные системы рассматриваются совместно с базами знаний как модели поведения экспертов в определенной области знаний с использованием процедур логического вывода и принятия решений, а базы знаний — как совокупность фактов и правил логического вывода в выбранной предметной области деятельности.

Похожие действия выполняет программа-мастер (wizard). Мастера применяются как в системных программах так и в прикладных для интерактивного общения с пользователем (например, при установке ПО). Главное отличие мастеров от ЭС — отсутствие базы знаний; все действия жестко запрограммированы. Это просто набор форм для заполнения пользователем.

Другие подобные программы — поисковые или справочные (энциклопедические) системы. По запросу пользователя они предоставляют наиболее подходящие (релевантные) разделы базы статей (представления об объектах областей знаний, их виртуальную модель).

Основные понятия надежности.

Надёжность, информационные системы, классификация отказов, внезапный отказ, постепенный отказ, сбой, безотказность, сохраняемость, ремонтопригодность, восстанавливаемые системы, обслуживаемые, необслуживаемые, высоконадёжный элемент, резервирование, аппаратная избыточность, программное обеспечение, контроль, диагностика, встроенные средства, типовые элементы замены, самопроверяемые устройства, самовосстановление, отказоустойчивость, работоспособность.

      Информационная система – это сложная человеко-машинная система, включающая в свой состав эргатические звенья, технические средства и программное обеспечение.

Использование современных компьютеров и компьютерных систем (КС) может иметь место при условии их достаточно надежной работы. Основными причинами, определяющими повышенное внимание к проблемам надежности являются:

- рост сложности аппаратуры и появление сложных высокопроизводительных компьютерных систем КС;

- медленный рост уровня надежности комплектующих элементов;

- увеличение важности выполняемой аппаратурой функций;

- усложнение условий эксплуатации и др.

Надежность компьютеров и КС определяется, с одной стороны, отсутствием отказов, сбоев и ошибок в работе устройств, с другой возможностью восстановления аппаратуры и вычислительного процесса.

Основными задачами теории надежности являются:

- методы анализа надежности элементов и систем;

- установление видов количественных показателей надежности;

- выработка методов аналитической оценки надежности;

- разработка методов оценки надежности по результатам испытаний;

- оптимизация надежности на стадиях разработки и эксплуатации.

При определении основных терминов и понятий в области надежности (например, отказ, восстановление, само понятие надежности и др.) будем следовать нормативно-техническим документам системе государственных стандартов «Надежность в технике», описываемая ГОСТ.24.701-86.

Основным понятием в теории надежности является понятие системы. Под системой понимают совокупность элементов, взаимодействующих между собой в процессе выполнения заданных функций. Например, в качестве систем могут рассматриваться КС, вычислительный комплекс, автоматическая система управления движением космического корабля, судна, микропроцессорная система и др.

Объекты, образующие системы представляют собой элементы системы. Элементом системы называют часть системы, которая имеет самостоятельную характеристику надежности, используемую при расчетах и выполняющую определенную функцию в интересах системы. Примерами элементов для систем, перечисленных выше, могут служить соответственно ЗУ-КС, мини-микро ЭВМ вычислительного комплекса, исполнительный механизм рулевого привода и т.д. Каждый из этих элементов можно рассматривать в качестве системы, состоящей из более мелких элементов.

Элементы и системы могут находится в двух состояниях: работоспособном и неработоспособном.

Работоспособным называется такое состояние системы (элемента), при котором они способны выполнить заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах установленных нормативно-технической документацией (НТД).

Неработоспособным называется состояние системы, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не находится в переделах, установленных, нормативно-технической документацией.

Событие, заключающееся в нарушении работоспособности системы, т.е. в переходе её из работоспособного в неработоспособное состояние, называется отказом.

Отказы объектов могут классифицироваться по многим признакам, например по характеру возникновения, внешним проявлениям, способам обнаружения. Приведем классификацию отказов по основным признакам (табл. 1).

Таблица 1

Классификационный признак		Значение классификационного признака	Вид отказа
1	Характер изменения параметров объекта до возникновения отказов	Скачкообразное изменение одного или нескольких параметров	Внезапный отказ
		Постепенное изменение одного или нескольких параметров	Постепенный отказ
2	Взаимосвязь отказов	Отказ элемента объекта не обусловлен отказами других элементов объекта	Независимый отказ элемента
		Отказ элемента объекта обусловлен отказами других элементов объекта	Зависимый отказ элемента
3	Происхождение отказов	Нарушение норм и методов конструирования	Конструкционный отказ
		Нарушение процесса изготовления, ремонта, технологии	Производственный отказ
		Нарушение условия эксплуатации объекта	Эксплуатационный отказ
4	Устойчивость неработоспособного состояния (характер воздействия отказа)	Неработоспособность сохраняется устойчиво	Устойчивый отказ
		Неработоспособность сохраняется кратковременно, затем восстанавливается	Самоустраняющийся отказ (сбой)
		Неработоспособность одного и того же характера возникает и самоустраняется многократно	Перемежающийся отказ

 

При анализе надежности конкретного объекта классификация его отказов позволяет выявить причины отказов и найти пути повышения надежности. Отметим, что в общей массе отказов в вычислительных машинах и микропроцессорных системах преобладают сбои, т.е. самоустраняющиеся отказы.

Под сбоем логического элемента КС понимается непредусмотренное изменение состояния этого элемента, после которого работоспособность самовосстанавливается (без проведения ремонта). Сбои приводят к кратковременному нарушению работоспособности, они опасны для компьютеров, КС, любых ИС так как приводят к искажению информации и к неправильному функционированию системы.

На основании использования понятий работоспособности и отказа сформулируем понятие надежность.

Основные стандартизованные определения показателей надежности.

Надежность – свойство объекта (ИС) сохранять во времени в установленных пределах способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Надежность является комплексным свойством включающим в себя безотказность, ремонтопригодность и сохраняемость.

Безотказность – свойство системы или элемента непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки.

Под наработкой понимают объем работы объекта (системы).

Сохраняемость – свойство системы непрерывно сохранять исправное, работоспособное состояние в течение всего времени хранения.

Ремонтопригодность – свойство системы или элемента, заключающееся в приспособлении к предупреждению, обнаружению и устранению причин возникновения отказов путем проведения ремонтов и технического обслуживания.

Объекты делятся на восстанавливаемые и невосстанавливаемые, в зависимости от того какое решение должно быть принято в случае отказа объекта.

Таким образом можно видеть, что понятие надежности является фундаментальным понятием, которое охватывает все стороны технической эксплуатации элементов и систем. В свою очередь надежность является составной частью более широкого понятия – эффективности.

Под эффективностью понимается свойство системы (элемента) выполнять заданные функции с требуемым качеством.

 

Список использованной литературы

1. В. Б. Кудрявцев. Введение в теорию интеллектуальных систем: Учеб. пособие/МаксПресс – М., 2006. – 210 с.

2. Л. С. Болотова. Системы искусственного интеллекта. Теоретические основы и формальные модели представления знаний: Учеб. пособие/ МИРЭА.– М., 2001. – 78 с.

3. Гаврилова Т.А., Хорошевский В.Ф. Базы знаний интеллектуальных систем. – СПб: Питер, 2001.– 384 с.

4. П. Джексон. Введение в экспертные системы.- М.: Изд-во Вильямс, 2001.- 624 с.

5. Искусственный интеллект. Справочник. Книги 1,2,3. –М., 1990

6. Мичи Д., Джонстон Р. Компьютер – творец.- М.: Мир, 1987.- 255 с.

7. Пупков К.А., Коньков В.Г. Интеллектуальные системы. - M.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 348 с.

 

ЛЕКЦИЯ № 3

ТЕМА: «ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СИСТЕМА. НАДЕЖНОСТЬ».

План