2.2. Характеристики, стадии существования и этапы проектирования статических эс

ЭС как любую сложную систему можно определить совокупностью характеристик. В основном исходят из статичности предметной области.

Характеристики, определяющие ЭС [2]:

- число и сложность правил, используемых в задаче. По степени сложности выделяют простые и сложные правила;

- связанность правил. Малосвязанные задачи удается разбить на несколько подзадач;

- пространство поиска, которое определяется размером, глубиной и широтой. Малыми считаются пространства поиска до 10! состояний. Глубина характеризуется средним числом последовательно применяемых правил, преобразующих исходные данные в конечный результат. Ширина характеризуется средним числом правил, пригодных к выполнению в текущем состоянии.

По типу используемых методов и знаний ЭС подразделяются на традиционные и гибридные. Традиционные используют в основном неформализованные методы инженерии знаний и неформализованные знания, полученные от эксперта. Гибридные ЭС используют методы инженерии знаний и формализованные методы.

Выделяют три поколения ЭС:

- статические поверхностные, в которых знания представляются в виде правил и процесс поиска не обрывается до решения;

- статические глубинные, которые обладают способностью при возникновении неизвестной ситуации определить действия, которые следует выполнить;

- динамические (глубинные и гибридные).

Простые ЭС являются поверхностными, традиционными, БЗ включает от 200 до 1000 правил. Сложные ЭС – это глубинные, гибридные системы с БЗ от 1500 до 10 000 правил.

Стадии существования ЭС:

- демонстрационный прототип – решает часть требуемых задач, БЗ содержит до 100 правил;

- исследовательский прототип – решает все задачи, в работе не- устойчив, БЗ содержит до 500 правил;

- действующий прототип – решает все задачи, но для решения сложных задач требуется большой объем вычислительных ресурсов. БЗ содержит до 1000 правил;

- промышленный образец обеспечивает высокое качество решаемых задач;

- коммерческая система – предназначена для широкого распространения.

Статические поверхностные ЭС предусматривают следующие этапы проектирования:

- идентификация – определяются задачи, выявляются цели, ресурсы, наличие экспертов, категории пользователей;

- концептуализация – содержательный анализ предметной области, выделяются используемые понятия и их взаимосвязи, определяются методы решения задач;

- формализация – определяются способы представления, специфицируются выделенные ранее понятия, фиксируются способы интерпретации знаний, моделируется работа ЭС, оцениваются полученные результаты;

- реализация – создание программной обстановки, в которой будет функционировать ЭС и наполнение БЗ;

- тестирование – эксперт и когнитолог в интерактивном режиме, используя объяснения, проверяют компетентность ЭС.

Процесс разработки промышленной ЭС можно разделить на шесть основных этапов.

1. Выбор проблемы. Данный этап предшествует решению начать разработку ЭС и предусматривает:

- определение проблемной области;

- нахождение экспертов и разработчиков;

- определение предварительного подхода к решению поставленных задач;

- анализ расходов и прибыли от разработки;

- подготовку плана разработки ЭС.

Задачи, подходящие для решения с помощью ЭС, являются узкоспециализированными; не являются для эксперта ни слишком легкими, ни слишком сложными; время, необходимое эксперту для решения задачи, может составлять от трех часов до трех недель; условия исполнения задачи определяются пользователем ЭС; полученные результаты можно оценить.

2. Разработка прототипной системы. Прототипная система является усеченной версией ЭС, спроектированной для проверки жизнеспособности выбранного подхода к представлению фактов, связей и стратегий рассуждений эксперта. Разработка прототипной ЭС включает стадии:

- Идентификация проблемы. Уточняется задача и определяются необходимые ресурсы, источники знаний, аналогичные ЭС, цели и классы решаемых задач. Задача стадии – создание неформальной формулировки проблемы.

- Извлечение знаний. Получение когнитологом наиболее полного из возможных представления о предметной области и способах принятия решения в ней.

- Структурирование (концептуализация) знаний. Выявляется структура полученных знаний о предметной области, то есть определяются терминология, список основных понятий и атрибутов; отношения между понятиями; структура входной и выходной информации; стратегия принятия решений; ограничения стратегий. Задача стадии – разработка неформального описания знаний о предметной области в виде графа, таблицы, диаграммы или текста, которое отражает основные концепции и взаимосвязи между понятиями предметной области. Такое описание называется полем знаний P_z.

- Формализация. Строится формализованное представление концепции предметной области на основе выбранного языка представления знаний (ЯПЗ) или специального формализма с использованием логических методов, продукционных моделей, семантических сетей, фреймов. Задача стадии – разработка БЗ.

- Реализация. Создается прототип ИИС, включающий БЗ и остальные блоки (п. 2.1), при помощи одного из следующих способов: программирование на языках С⁺⁺, Паскаль и др.; программирование на специализированных языках ЛИСП, ПРОЛОГ, SMALL TALK; использование инструментальных средств типа СПЭИС, ПИЭС, ART, J2; использование «пустых» ЭС GURU, ЭКСПЕРТ, ФИАКР. Задача стадии – разработка программного комплекса, демонстрирующего жизнеспособность подхода в целом.

- Тестирование. Прототип проверяется на удобство и адекватность интерфейсов ввода/вывода, эффективность стратегии управления, качество проверочных примеров, корректность БЗ. Задача стадии – выявление ошибок в подходе и реализации прототипа, выработка рекомендаций по доводке системы до промышленного образца.

3. Доработка прототипа до промышленной ИИС. Основное на данном этапе заключается в добавлении большого числа дополнительных эвристик, которые увеличивают «глубину» ЭС. После установления основной структуры системы когнитолог приступает к разработке и адаптации интерфейсов, с помощью которых ЭС будет общаться с пользователем и экспертом.

4. Оценка ЭС. Оценку системы можно проводить исходя из различных критериев: критерии пользователей (понятность и «прозрачность» работы ЭС, удобство интерфейсов); критерии приглашенных экспертов (оценка советов-решений, предлагаемых системой; сравнение с собственными решениями; оценка подсистемы объяснений); критерии коллектива разработчиков (эффективность реализации, производительность, время отклика, дизайн, широта охвата предметной области, непротиворечивость БЗ, количество тупиковых ситуаций).

5. Стыковка системы. Под стыковкой понимается включение всех процедур, необходимых для успешной работы ЭС совместно с остальными системами, эксплуатируемыми в организации.

6. Поддержка системы. Поддержка ЭС предусматривает деятельность по ее совершенствованию и адаптации. При перекодировании ЭС на язык, подобный С, повышается быстродействие системы, увеличивается переносимость, однако гибкость ЭС уменьшается. Это приемлемо лишь в том случае, если ЭС сохраняют все знания проблемной области, и эти знания не будут изменяться. Однако если ЭС создана именно из-за того, что проблемная область изменяется, то необходимо поддерживать ЭС в ее инструментальной среде разработки.