Построение Машины вывода для Экспертной Системы

 реляционного типа

 

Цель работы:

- научиться проводить онтологические исследования, составлять словарь терминов и список взаимосвязей объектов выбранной предметной области (ПО);

- получить практический опыт построения концептуальной модели знаний ПО;

- научиться формализовать концептуальную модель знаний в виде правил логического вывода (концептуальная модель должна допускать это);

- научиться строить машину вывода (решатель) в виде дерева решений и реализовывать машину вывода с помощью таблицы переходов.

 

Краткие теоретические сведения

 

Ограничимся построением ЭС, которая относится к классу идентификационных (или диагностических) систем. Они  решают задачу идентификации (определения) объекта по его признакам.

Такие системы составляют значительную часть существующих экспертных систем, и без их рассмотрения не обходится ни один учебник по экспертным системам.

Предлагается реализовывать следующий план построения экспертной системы. Сначала строим решатель, затем (на следующих лабораторных занятиях) добавим интерфейс пользователя и блок объяснения. Это позволит продемонстрировать работу экспертной системы в полном объёме.

Будем строить ЭС реляционного типа, используя дерево решений (машина вывода), отражающее знания и опыт эксперта в решении задач в данной проблемной области. Для реализации машины вывода и получения искомого решения будем применять таблицу переходов.

 Идея реляционной модели Экспертной Системы была предложена американским ученым Е.Ф. Коддом в начале 70-х. Суть реляционного подхода заключается в том, что информация об объектах представляется в виде отношений, т.е. связанных между собой характеристик изучаемых объектов. В свою очередь, отношение удобно представлять в виде таблицы, в которой каждая строка содержит значения характеристик рассматриваемых объектов.

Построение ЭС реляционного типа с использованием дерева решений является наиболее простым, но не единственным способом построения диагностической экспертной системы.

Машину вывода (Решатель) реляционной ЭС можно  изобразить в виде  ориентированного графа (орграфом), который состоит из точек, называемых вершинами орграфа, и линий со стрелками, соединяющими эти точки. Каждая такая линия называется дугой орграфа.

Каждая вершина орграфа помечена либо уточняющим вопросом экспертной системы к пользователю, либо ответом ЭС на задачу (решение ЭС).

Для удобства все вершины пронумерованы, начиная с нуля.

Если вершина помечена вопросом экспертной системы, то из нее выходят две дуги (в случае многоальтернативного выбора количество дуг соответствует числу возможных выборов). Каждая дуга соответствует одному из альтернативных ответов  пользователя. Вершина, соответствующая ответу ЭС на поставленную задачу (решение ЭС), не имеет выходящих дуг.

 

Пример построения Экспертной Системы реляционного типа

 

Рассмотрим, как спроектировать и построить экспертную систему для идентификации объектов в заданной ПО.

В нашем примере экспертная система поможет выбрать фотоаппарат в соответствии с нашими требованиями, опытом и финансовыми возможностями.

Этот пример позволит понять, как строить идентификационную ЭС в любой другой проблемной области.

Для простоты ограничимся случаем, когда пользователь может точно ответить на вопрос о наличии или отсутствии того или иного признака (детерминированная экспертная система).

Начнем с того, что сформулируем знания по указанному вопросу.

2.3. Факты, свидетельства, гипотезы (декларативные знания)

 

1. Если ваш бюджет ограничен, и стоимость фотоаппарата имеет для вас существенное значение, мы предлагаем вам простые фотоаппараты-мыльницы

2. Если ваш бюджет ограничен и для вас важно качество фотографий, то Вам подойдут фотоаппараты мыльницы с отличным качеством снимков, стоимостью выше 7-8 тыс. руб.

3. Если ваш бюджет ограничен и для вас важно наличие видео съемки, вам подойдут такие фотоаппараты, как Nikon Coolpix S3100 Red и проч.

4. Если вы не ограничены в средствах, то вам могут быть доступны профессиональные фотоаппараты.

5.  Если вы не ограничены в средствах, и у вас нет опыта работы с профессиональными фотоаппаратами, то предлагаем вам купить полупрофессиональные фотоаппараты.

6. Если вы не ограничены в средствах, и у вас есть опыт работы с профессиональными фотоаппаратами меньше года, то предлагаем вам купить китовые фотоаппараты - это профессиональные фотоаппараты со стандартным объективом.

7. Если вы не ограничены в средствах, и у вас есть опыт работы с профессиональными фотоаппаратами больше года, вы можете приобрести фотоаппараты с объективом, отличающимся от стандартного.

8. Если вы не ограничены в средствах, у вас есть опыт в использовании профессиональных фотоаппаратов больше года, и вы предпочитаете фотографировать внутри помещения и не в студии, вам подойдут фотоаппараты с внешними вспышками.

9. Если вы не ограничены в средствах, и у вас есть опыт работы с профессиональными фотоаппаратами больше года, и вы предпочитаете фотографировать внутри помещения, в студии, с использованием специальной аппаратуры, Вам подойдут такие фотоаппараты, как Nikon D70, Canon 5D.

10. Если вы не ограничены в средствах, и у вас есть опыт работы с профессиональными фотоаппаратами больше года, и вы предпочитаете фотографировать внутри помещения, в студии, без использования специальной аппаратуры, вам подойдут такие фотоаппараты, как Nikon D90, Canon D 500.

11. Если вы не ограничены в средствах, и у вас есть опыт работы с профессиональными фотоаппаратами больше года, и вы предпочитаете фотографировать на улице, на природе и любите делать портреты, вам подойдут все фотоаппараты фирмы Canon или Nikon с «портретными» объективами (Canon EF 100mm f/2,8, Nikon 50mm f/1.4 G AF-S).

12. Если вы не ограничены в средствах, и у вас есть опыт работы с профессиональными фотоаппаратами больше года, и вы предпочитаете фотографировать на улице, на природе и любите снимать пейзажи, вам подойдут все фотоаппараты фирмы Canon или Nikon с широкоугольными объективами (Canon EF-S 10-22 f/3.5-4.5 USM, Nikon Af 80-200mm f/2.8 D).

13. Если вы не ограничены в средствах, и у вас есть опыт работы с профессиональными фотоаппаратами больше года, и вы предпочитаете фотографировать на улице, на природе и любите снимать всё (и портрет и пейзаж), Вам подойдут все фотоаппараты фирмы Canon или Nikon с объективами CANON EF 28-135 mm f/3.5-5.6, Nikkor 16-85mm f/3.5-5.6G ED.

 

Экспертная система должна на основе этих Знаний помочь найти фотоаппарат, наиболее подходящий вашему бюджету, опыту и предпочтениям.