Экспертные системы: базовые понятия

Экспертные системы – это прикладные системы ИИ, в которых база знаний представляет собой формализованные эмпирические знания высококвалифицированных специалистов (экспертов) в какой-либо узкой предметной области. Экспертные системы предназначены для замены при решении задач экспертов в силу их недостаточного количества, недостаточной оперативности в решении задачи или в опасных (вредных) для них условиях.

 

Экспертная система (ЭС) - программа, которая использует знания специалистов (экспертов) о некоторой конкретной узко специализированной предметной области и в пределах этой области способна принимать решения на уровне эксперта-профессионала.

 

 

ЭС обладает двумя важными свойствами:

 

1. в ЭС знания отделены от данных, и мощность экспертной системы обусловлена в первую очередь мощностью базы знаний и только во вторую очередь используемыми методами решения задач;

 

2. решаемые ЭС задачи являются неформализованными или слабоформализованными и используют эвристические, экспериментальные, субъективные знания экспертов в определенной предметной области.

 

Основными категориями решаемых ЭС задач являются:

 

- диагностика,

 

- управление (в том числе технологическими процессами),

 

- интерпретация,

 

- прогнозирование,

 

- проектирование,

 

- отладка и ремонт,

 

- планирование,

 

- наблюдение (мониторинг),

 

- обучение.

 

 

Примерами широко известных и эффективно используемых (или использованных в свое время) экспертных систем являются:

 

- DENDRAL – ЭС для распознавания структуры сложных органических молекул по результатам их спектрального анализа (считается первой в мире экспертной системой);

 

- MOLGEN – ЭС для выработке гипотез о структуре ДНК на основеэкспериментов с ферментами;

 

- XCON – ЭС для конфигурирования (проектирования) вычислительных комплексов VAX 11 в корпорации DEC в соответствии с заказом покупателя;

 

- MYCIN – ЭС диагностики кишечных заболеваний;

 

- PUFF – ЭС диагностики легочных заболеваний;

 

- MACSYMA – ЭС для символьных преобразований алгебраических выражений;

- YES/MVS – ЭС для управления многозадачной операционной системой MVS больших ЭВМ корпорации IBM;

 

- DART – ЭС для диагностики больших НМД корпорации IBM;

 

- PROSPECTOR – ЭС для консультаций при поиске залежей полезных ископаемых;

 

- AIRPLANE – экспертная система для помощи летчику при посадке на авианосец;

 

- ЭСПЛАН – ЭС для планирования производства на Бакинском нефтеперерабатывающем заводе;

 

- МОДИС –ЭС диагностики различных форм гипертонии;

 

- МИДАС – ЭС для идентификации и устранения аварийных ситуаций

в энергосистемах.

 

Классификация экспертных систем

1. По назначению ЭС делятся на:

 

1.1. ЭС общего назначения.

1.2. Специализированные ЭС:

 

1.3. проблемно-ориентированные для задач диагностики, проектирования, прогнозирования

 

1.4. предметно-ориентированные для специфических задач, например, контроля ситуаций на атомных электростанциях.

 

2. По степени зависимости от внешней среды выделяют:

2.1. Статические ЭС, не зависящие от внешней среды.

 

2.2. Динамические, учитывающие динамику внешней среды и

 

предназначенные для решения задач в реальном времени. Время реакции в таких системах может задаваться в миллисекундах, и эти системы реализуются, как правило, на языке С++.

 

3. По типу использования различают:

 

3.1. Изолированные ЭС.

 

3.2. ЭС на входе/выходе других систем.

 

3.3. Гибридные ЭС или, иначе говоря, ЭС интегрированные с базами данных и другими программными продуктами (приложениями).

 

4. По сложности решаемых задач различают:

 

4.1. Простые ЭС - до 1000 простых правил.

 

4.2. Средние ЭС - от 1000 до 10000 структурированных правил. 4.3. Сложные ЭС - более 10000 структурированных правил.

 

5. По стадии создания выделяют:

5.1. Исследовательский образец ЭС, разработанный за 1-2 месяца с минимальной БЗ.

 

5.2. Демонстрационный образец ЭС, разработанный за 2-4 месяца,

 

например, на языке типа LISP, PROLOG, CLIPS

 

5.3. Промышленный образец ЭС, разработанный за 4-8 месяцев,

например, на языке типа CLIPS с полной БЗ.

 

5.4. Коммерческий образец ЭС, разработанный за 1,5-2 года,

например, на языке типа С++, Java с полной БЗ.