Технология разработки и использования экспертной системы

     В режиме приобретения знаний общение  с ЭС осуществляет (через посредничество инженера по знаниям) эксперт. В этом режиме эксперт, используя компонент  приобретения знаний, наполняет систему  знаниями, которые позволяют ЭС в  режиме решения самостоятельно (без эксперта) решать задачи из проблемной области. Эксперт описывает проблемную область в виде совокупности данных и правил. Данные определяют объекты, их характеристики и значения, существующие в области экспертизы. Правила определяют способы манипулирования с данными, характерные для рассматриваемой области. Отметим, что режиму приобретения знаний в традиционном подходе к разработке программ соответствуют этапы алгоритмизации, программирования и отладки, выполняемые программистом. Таким образом, в отличие от традиционного подхода в случае ЭС разработку программ осуществляет не программист, а эксперт (с помощью ЭС), не владеющий программированием.

     В режиме консультации общение с ЭС осуществляет конечный пользователь, которого интересует результат и (или) способ его получения. Необходимо отметить, что в зависимости от назначения ЭС пользователь может не быть специалистом в данной проблемной области (в этом случае он обращается к ЭС за результатом, не умея получить его сам), или быть специалистом (в этом случае пользователь может сам получить результат, но он обращается к ЭС с целью либо ускорить процесс получения результата, либо возложить на ЭС рутинную работу). В режиме консультации данные о задаче пользователя после обработки их диалоговым компонентом поступают в рабочую память. Решатель на основе входных данных из рабочей памяти, общих данных о проблемной области и правил из БЗ формирует решение задачи. ЭС при решении задачи не только исполняет предписанную последовательность операции, но и предварительно формирует ее.  

 

      Глава 2. Технология разработки экспертных систем. 

     2.1. Этапа разработки  экспертных систем. 

     Процесс разработки промышленной экспертной системы, опираясь на традиционные технологии, можно разделить на шесть более  или менее независимых этапов (рис 2.1.), практически не зависимых от предметной области.

     Последовательность  этапов дана для общего представления  о создании идеального проекта. Конечно, последовательность эта не вполне фиксированная. В действительности каждый последующий этап разработки ЭС приносит новые идеи, которые могут повлиять на предыдущие решения и даже привести к их переработке. Именно поэтому многие специалисты по информатике весьма критично относятся к методологии экспертных систем. Они считают, что расходы на разработку таких систем очень большие, время разработки слишком длительное, а полученные в результате программы ложатся тяжелым бременем на вычислительные ресурсы.

     В целом за разработку экспертных систем целесообразно браться организации, где накоплен опыт по автоматизации рутинных процедур обработки информации, например:

     - информационный поиск;

     - сложные расчеты;

     - графика;

     - обработка текстов.

     Решение таких задач, во-первых, подготавливает высококвалифицированных специалистов по информатике, необходимых для создания интеллектуальных систем, во-вторых, позволяет отделить от экспертных систем неэкспертные задачи.

     Этап 1. Выбор подходящей проблемы. Этот этап включает деятельность, предшествующую решению начать разрабатывать конкретную ЭС. Он включает:

     - определение проблемной области и задачи;

     - нахождение эксперта, желающего  сотрудничать при решении проблемы, и  назначение коллектива разработчиков;

     - определение предварительного подхода  к решению проблемы;

     - анализ расходов и прибыли  от разработки;

     - подготовку подробного плана разработки.

     

     Рис. 2.1.. Этапы разработки ЭС 

     Правильный  выбор проблемы представляет, наверное, самую критическую часть разработки в целом. Если выбрать неподходящую проблему, можно очень быстро увязнуть в "болоте" проектирования задач, которые никто не знает, как решать. Неподходящая проблема может также привести к созданию экспертной системы, которая стоит намного больше, чем экономит. Дело будет обстоять еще хуже, если разработать систему, которая работает, но не приемлема для пользователей. Даже если разработка выполняется самой организацией для собственных целей, эта фаза является подходящим моментом для получения рекомендаций извне, чтобы гарантировать удачно выбранный и осуществимый с технической точки зрения первоначальный проект. При выборе области применения следует учитывать, что если знание, необходимое для решения задач, постоянное, четко формулируемое, и связано с вычислительной обработкой, то обычные алгоритмические программы, по всей вероятности, будут самым целесообразным способом решения проблем в этой области,

     Экспертная  система ни в коем случае не устранит потребность в реляционных базах  данных, статистическом программном обеспечении, электронных таблицах и системах текстовой обработки. Но если результативность задачи зависит от знания, которое является субъективным, изменяющимся, символьным или вытекающим частично из соображений здравого смысла, тогда область может обоснованно выступать претендентом на экспертную систему.

     Приведем  некоторые факты, свидетельствующие  о необходимости разработки и  внедрения экспертных систем:

     - нехватка специалистов, расходующих  значительное время для оказания  помощи другим;

     - потребность в многочисленном  коллективе специалистов, поскольку  ни один из них не обладает  достаточным знанием;

     - большое расхождение между решениями  самых хороших и самых плохих  исполнителей;

     - наличие конкурентов, имеющих  преимущество в том, что они лучше справляются с поставленной задачей.

         Подходящие задачи имеют следующие  характеристики:

     - являются узкоспециализированными;

     - не зависят в значительной  степени от общечеловеческих  знаний или соображении здравого  смысла; 

     - не являются для эксперта ни слишком легкими, ни слишком сложными (время, необходимое эксперту для решения проблемы, может составлять от трех часов до трех недель);

     - условия исполнения задачи определяются  самим пользователем системы;

     - имеет результаты, которые можно  оценить.

     Обычно  экспертные системы разрабатываются  путем получения специфических  знаний от эксперта и ввода их в  систему. Некоторые системы могут  содержать стратегии одного индивида. Следовательно, найти подходящего  эксперта - это ключевой шаг в  создании экспертных систем.

     В процессе разработки и последующего расширения системы инженер по знаниям  и эксперт обычно работают вместе. Инженер по знаниям помогает эксперту структурировать знания, определять и формализовать понятия и  правила, необходимые для решения  проблемы.

     Во  время первоначальных бесед они  решают, будет ли их сотрудничество успешным. Это немаловажно, поскольку  обе стороны будут работать вместе, по меньшей мере, в течение одного года. Кроме них в коллектив  разработчиков целесообразно включить потенциальных пользователей и профессиональных программистов.

     Предварительный подход к программной реализации задачи определяется исходя из характеристик  задачи и ресурсов, выделенных на ее решение. Инженер по знаниям выдвигает  обычно несколько вариантов, связанных  с использованием имеющихся на рынке программных средств. Окончательный выбор возможен лишь на этапе разработки прототипа. После того как задача определена, необходимо подсчитать расходы и прибыли от разработки экспертной системы. В расходы включаются затраты на оплату труда коллектива разработчиков. В дополнительные расходы приобретаемого программного инструментария, с помощью которого разрабатывается экспертная система. Прибыль возможна за счет снижения цены продукции, повышения производительности труда, расширения номенклатуры продукции или услуг или даже разработки новых видов продукции или услуг в этой области. Соответствующие расходы и прибыли от системы определяются относительно времени, в течение которого возвращаются средства, вложенные в разработку. На современном этапе большая часть фирм, развивающих крупные экспертные системы, предпочли разрабатывать дорогостоящие проекты, приносящие значительные прибыли.

     Наметились  тенденции разработки менее дорогостоящих  систем, хотя и с более длительным сроком возвращаемости вложенных в них средств, так как программные средства разработки экспертных систем непрерывно совершенствуются. После того как инженер по знаниям убедился, что:

     - данная задача может быть решена  с помощью экспертной системы; 

     - экспертную систему можно создать предлагаемыми на рынке средствами;

     - имеется подходящий эксперт; 

     - предложенные критерии производительности  являются разумными; 

     - затраты и срок их возвращаемости  приемлемы для заказчика. 

     Он  составляет план разработки. План определяет шаги процесса разработки и необходимые затраты, а также ожидаемые результаты.

     Этап 2. Разработка прототипной системы - его мы рассмотрим позже.

     Этап 3. Развитие прототипа  до промышленной ЭС. При неудовлетворительном функционировании прототипа эксперт и инженер по знаниям имеют возможность оценить, что именно будет включено в разработку окончательного варианта системы. Если первоначально выбранные объекты или свойства оказываются неподходящими, их необходимо изменить. Можно сделать оценку общего числа эвристических правил, необходимых для создания окончательного варианта экспертной системы. Иногда  при разработке промышленной системы выделяют дополнительные этапы для перехода: демонстрационный прототип - исследовательский прототип - действующий прототип - промышленная система. Однако чаще реализуется плавный переход от демонстрационного прототипа к промышленной системе, при этом, если программный инструментарий выбран удачно, необязательна перепись другими программными средствами. 

     Таблица 2.1 

 
 

     2.1 Переход от прототипа  к промышленной  экспертной системе 

     Основное  на третьем этапе заключается  в добавлении большого числа дополнительных эвристик. После установления основной структуры ЭС инженер по знаниям приступает к разработке и адаптации интерфейсов, с помощью которых система будет общаться с пользователем и экспертом. Необходимо обратить особое внимание на языковые возможности интерфейсов, их простоту и удобство для управления работой ЭС. Система должна обеспечивать пользователю возможность легким и естественным образом спрашивать непонятное, приостанавливать работу и т.д. В частности, могут оказаться полезными графические представления. На этом этапе разработки большинство экспертов узнают достаточно о вводе правил и могут сами вводить в систему новые правила. Таким образом, начинается процесс, во время которого инженер по знаниям передает право собственности и контроля за системой эксперту для уточнения, детальной разработки и обслуживания.

     Этап 4. Оценка системы. После завершения этапа разработки промышленной экспертной системы необходимо провести ее тестирование в отношении критериев эффективности. К тестированию широко привлекаются другие эксперты с целью апробирования  работоспособности системы на различных примерах. Экспертные системы оцениваются главным образом для того, чтобы проверить точность работы программы и ее полезность. Оценку можно проводить, исходя из различных критериев, которые сгруппируем следующим образом:

     - критерии пользователей (понятность и "прозрачность" работы системы, удобство интерфейсов и др.);

     - критерии приглашенных экспертов  (оценка советов-решений, предлагаемых  системой, сравнение ее с собственными  решениями, оценка подсистемы  объяснений и др.);

     - критерии коллектива разработчиков.

     Этап 5. Стыковка системы. На этом этапе осуществляется стыковка экспертной системы с другими  программными средствами в среде, в  которой она будет работать, и  обучение людей, которых она будет  обслуживать. Иногда это означает внесение существенных изменений. Такое изменение требует непременного вмешательства инженера по знаниям или какого-либо другого специалиста, который сможет модифицировать систему. Под стыковкой подразумевается также разработка связей между экспертной системой и средой, в которой она действует. Когда экспертная система уже готова, инженер по знаниям должен убедиться в том, что эксперты, пользователи и персонал знают, как эксплуатировать и обслуживать ее. После передачи им своего опыта в области информационной технологии инженер по знаниям может полностью предоставить ее в распоряжение пользователей. Для подтверждения полезности системы важно предоставить каждому из пользователей возможность поставить перед ЭС реальные задачи, а затем проследить, как она выполняет эти задачи. Чтобы система была одобрена, необходимо представить ее как помощника, освобождающего пользователей от обременительных задач, а не как средство их замещения.