Условия необходимые для разработки экспертных систем. Факторы, требуемые для применения экспертных систем

Министерство  образования и науки РФ

 

 

  Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

 

«Московский государственный университет 

приборостроения  И информатики»

 

 

Факультет	ВФ
Кафедра	Метрология, сертификация, диагностика
Специальность	200501
Дисциплина	Экспертные  системы

                           

                                                  Реферат

на тему:

Условия необходимые для разработки экспертных систем. Факторы, требуемые  для применения экспертных систем. Этапы проектирование экспертной системы.

 

студента Кириллов Н.И.

 

группы   ПР-2    шифр 100111

 

Руководитель работы

А.В. Вишнеков

подпись, дата

 

 

 

Москва 2012

Содержание

Введение…………………………………………………………………………………………………...........................................................3

1. Условия необходимые для разработки  экспертных систем………………………………………………………………………4

2. Этапы проектирование экспертной системы……………….………………………………………………………………………….…4

           2.1 Переход от прототипа к промышленной экспертной системе………………………………………………………8

3. Факторы, требуемые для применения  экспертных систем……………………………….........................................9

Заключение……………………………………………………………………………………………………………………………………………………10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Экспертные  системы (ЭС)- это яркое и быстро прогрессирующее направление в  области искусственного интеллекта (ИИ). Причиной повышенного интереса, который ЭС вызывают к себе на протяжении всего своего существования является возможность их применения к решению задач из самых различных областей человеческой деятельности. Пожалуй, не найдется такой проблемной области, в которой не было бы создано ни одной ЭС или, по крайней мере, такие попытки не предпринимались бы.

ЭС - это набор программ или программное  обеспечение, которое выполняет  функции эксперта при решении  какой-либо задачи в области его  компетенции. ЭС, как и эксперт-человек, в процессе своей работы оперирует  со знаниями. Знания о предметной области, необходимые для работы ЭС, определенным образом формализованы и представлены в памяти ЭВМ в виде базы знаний, которая может изменяться и дополняться  в процессе развития системы.

ЭС  выдают советы, проводят анализ, выполняют  классификацию, дают консультации и  ставят диагноз. Они ориентированы  на решение задач, обычно требующих  проведения экспертизы человеком-специалистом. В отличие от машинных программ, использующий процедурный анализ, ЭС решают задачи в узкой предметной области (конкретной области экспертизы) на основе дедуктивных рассуждений. Такие системы часто оказываются  способными найти решение задач, которые неструктурированны и плохо  определены. Они справляются с  отсутствием структурированности  путем привлечения эвристик, т. е. правил, взятых “с потолка”, что может  быть полезным в тех системах, когда  недостаток необходимых знаний или  времени исключает возможность  проведения полного анализа.

Главное достоинство ЭС - возможность накапливать  знания, сохранять их длительное время, обновлять и тем самым обеспечивать относительную независимость конкретной организации от наличия в ней  квалифицированных специалистов. Накопление знаний позволяет повышать квалификацию специалистов, работающих на предприятии, используя наилучшие, проверенные решения.

Практическое  применение искусственного интеллекта на машиностроительных предприятиях и  в экономике основано на ЭС, позволяющих  повысить качество и сохранить время  принятия решений, а также способствующих росту эффективности работы и  повышению квалификации специалистов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Условия необходимые для разработки экспертных систем

Использовать  ЭС следует только тогда, когда разработка ЭС возможна, оправдана и методы инженерии знаний соответствуют решаемой задаче.

Чтобы разработка ЭС была возможной для  данного приложения, необходимо одновременное выполнение по крайней мере следующих требований

• существуют эксперты в данной области, которые  решают задачу значительно лучше, чем начинающие специалисты;

• большинство экспертов сходятся в оценке предлагаемого решения;

• знания могут  быть получены у экспертов и представлены в базе знаний;

• задача хотя и не должна быть выражена в формальном виде, но все же должна относиться к достаточно "понятной"и структурированной области, т.е. должны быть выделены основные понятия, отношения и известные (хотя бы эксперту) способы получения решения задачи;

• существует комплекс программно-технических средств (алгоритмы, языки, ЭВМ) для реализации задачи.

 

2.        Этапы проектирования экспертной системы

Процесс разработки промышленной экспертной системы, опираясь на традиционные технологии, можно разделить на шесть более  или менее независимых этапов (рис 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. 1. Этапы проектирования 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.

 

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.