Лабораторная работа: Ознайомлення з експертними системами. Створення власної простої бази знань для вирішення задачі класифікації

- ЕС на ЕОМ середньої потужності;

- ЕС на символьных процесорах та робочих станціях (SUN, APOLLO);

- ЕС на міні- та суперміні- ЕОМ (VAX, micro- VAX і т.д.);

- ЕС на персональних комп’ютерах (IBM PC, MAC II та ініш).

Класифікація за ступенем інтеграції з іншими програмами:

- Автономні ЕС працюють безпосередньо в режимі консультації з користувачем для вирішення специфічних «експертних» завдань, при чому немає необхідності залучати традиційні методи опрацювання даних, моделювання, тощо.

- Гібридні ЕС – це програмні комплекси, що мають у собі стандартні пакети прикладних програм (наприклад, математичну статистику, лінійне програмування або системи керування базами даних) і засоби маніпулювання знаннями.

Означення продукційної експертної системи

Продукційна система – це спосіб представлення знань у вигляді:

1. невпорядкованого набору продукційних правил,

2. робочої пам’яті,

3. механізму логічного виведення типу «розпізнавання-дія».

Продукційні правила часто називають ще продукціями. Продукція – це пара типу «умова-дія», «ситуація-дія», «причина-наслідок», «умова-висновок» і т.д., що визначає одну порцію знань, необхідних для вирішення завдання. В умовній частині правила, природно, знаходяться умови, при яких виконується інша частина правила – частина дії.

Узагальнений запис правила-продукції такий:

,

де – ідентифікатор -продукції в -наборі продукцій; – пріоритет правила продукції; – передумова застосовності ядра продукції, що є предикатом, при виконанні якого активізується ядро продукції; – ядро продукції; – дії та процедури, що повинні бути виконані після виконання ядра продукції.

Ядро продукції може бути детермінованим або недетермінованим, в залежності від того, чи воно звучить як «Якщо , то » (детерміноване), чи як «Якщо , то, можливо , » (недетерміноване). Тобто в деяких випадках при виконанні умови друга частина виконується обов’язково, а в інших випадках – з певною ймовірністю. При чому велиина цієї ймовірності може бути також визначена. Тоді ядро правила буде звучати як «Якщо , то з ймовірністю реалізувати ».

Детерміновані продукції можуть також бути однозначними або альтернативними. В другому випадку в правій частині ядра вказуються альтернативні можливості вибору, що оцінюються спеціальними вагами коефіцієнтами вибору. В якості таких ваг можуть бути ймовірнісні, лінгвістичні, експертні оцінки, тощо. Наприклад: «Якщо , то найчастіше реалізовується , а рідше – ».

У системі, що базується на продукційних правилах, їх кількість визначає розмір бази знань. Достатньо складні системи можуть використовувати бази знань, що містять більше, ніж 5000 продукційних правил. Тому при складанні правил необхідно:

1. використовувати мінімально достатній набір умов для визначення продукційного правила,

2. уникати суперечливих продукційних правил,

3. конструювати правила, опираючись на структуру відповідної предметної області.

Робоча пам'ять містить опис поточного стану об’єкта в процесі міркувань, який співставляється з умовними частинами продукційних правил з метою вибору відповідних дій при рішенні завдання. Якщо умова деякого правила відповідає вмісту робочої пам'яті, то може виконуватися дія, пов'язана із цією умовою. Дії продукційних правил призначені для зміни вмісту робочої пам'яті.

Механізм «розпізнавання-дія» (пошук за зразком). Поточний стан досліджуваної предметної області відображений в робочій пам'яті у вигляді сукупності образів, кожен з яких представляється за допомогою фактів. Факти співставляються з умовними частинами продукцій та вибираються відповідні правила. Якщо факти співпали з умовами більше, ніж одного правила, то такі правила утворюють так звану конфліктну множину і називаються допустимими. Відповідно до обраного механізму вирішення конфлікту вибирається та активізується одна із продукций конфліктної множини. Активація правила означає виконання його дії. При цьому змінюється вміст робочої пам'яті і далі все повторюється. Процес закінчується, якщо вміст робочої пам'яті не відповідає жодній з умов наявних продукційних правил.

Таким чином, процес логічного висновку, що базується на пошуку за зразком, складається із 4 кроків:

1. вибір образу;

2. співставлення образу з умовами продукцій та формування конфліктної множини правил;

3. вирішення конфлікту;

4. виконання правила.

Приклад продукційної ЕС «Оцінювання студентів»

Відповідності між студентами та їх характеристиками наведені у таблиці:

Студент	Характеристики
«Відмінник»	Рівень оцінок: «відмінно» Інтереси: різноманітні Спосіб життя: здоровий Спорт: займається Особисте життя: є
«Ударник»	Рівень оцінок: «добре» Інтереси: різноманітні Спосіб життя: здоровий Спорт: займається Особисте життя: є
«Трієчник»	Рівень оцінок: «задовільно» Інтереси: різноманітні Спосіб життя: не здоровий Спорт: не займається Особисте життя: немає
«Двієчник»	Рівень оцінок: «не задовільно» Інтереси: немає Спосіб життя: не здоровий Спорт: не займається Особисте життя: немає

Далі знання, зібрані у експертів, представлені у формі продукційних правил, яку буде розуміти комп’ютер, умовно це буде виглядати так: