Міністерство Шляхів Сполучення РФ
Іркутський державного університету шляхів сполучення
Інститут Інформаційних Технологій і Моделювання
Кафедра «Інформаційні Системи»
Курсова робота
За дисципліни «Системи штучного інтелекту»
На тему: СТВОРЕННЯ експертних систем В СЕРЕДОВИЩІ EXSYS
Іркутськ 2003р.
ВСТУП
Експертні системи (ЕС) - це системи штучного інтелекту
(інтелектуальні системи), призначені для вирішенняплохоформалізованних і слабкоструктурованих завдань у певнихпроблемних областях, на основі закладених у них знань фахівців -експертів [1-4]. В даний час ЕС впроваджуються в різні видилюдської діяльності, де використання точних математичних методіві моделей важко або взагалі неможливо. До них відносяться: медицина,навчання, підтримка прийняття рішень і управління в складних ситуаціях,ділові різні додатки і т. д.
Основними компонентами ЕС є бази даних (БД) і знань (БД),блоки пошуку рішення, пояснення, вилучення і накопичення знань, навчаннята організації взаємодії з користувачем. БД, БЗ і блок пошуку рішеньутворюють ядро ЕС.
Для конструювання ЕС використовуються різні інструментальнізасоби: універсальні мови програмування, мови штучногоінтелекту, інструментальні системи та середовища і системи-оболонки. Системи -оболонки є найбільш простим засобом формалізації
(автоформалізаціі) експертних знань, практично не потребують участіпосередників в особі інженера по знаннях або програміста при їхвикористанні. Інженер по знаннях тільки допомагає експерту вибрати найбільшпідходящу для його проблемної області оболонку.
У посібнику розглядається ряд комерційних інструментальних систем -оболонок, які широко використовуються для конструювання прикладних ЕС длястатичних проблемних областей, що характеризуються сталістю своїхпараметрів в процесі функціонування (процесі консультації) ЕС. У такихстатичних ЕС режими набуття знань (формування БЗ) і консультаціїрозділені.
Системи EXSYS і GURU відносяться до систем дедуктивного продукційноготипу, причому система GURU (в її сучасній версії, орієнтованої наробочі станції) по суті є інструментальної середовищем, що підтримуєрізні режими конструювання прикладних ЕС і має достатньорозвиненими засобами обробки фактора невизначеності. Ця системаорієнтована на різні класи користувачів залежно від їхньогопідготовки в галузі штучного інтелекту та програмування, маєрозвинений інтерфейс з сучасними СУБД і електронними таблицями, засобизбору статистики і т. д. Система може працювати на різних обчислювальнихплатформах під управлінням різних операційних систем, а також маєпідтримку мережевої конфігурації. Тут буде розглянуто найбільш простийспосіб використання GURU як системи-оболонки.
У посібник наводяться загальні характеристики систем і розглядаютьсяосновні режими їх функціонування - режим набуття знань, в якомуекспертом (можливо, за участю інженера по знаннях) формується БЗприкладної, і режим консультації, коли оболонка вже "наповнена" знаннями іє по суті прикладної ЕС, призначеної для користувача -прикладників. У режимі придбання знань також здійснюється модифікація
ЕС (зміна і поповнення БЗ).
СИСТЕМА EXSYS
Загальні характеристики системи Exsys
Експертна система Exsys являє собою інтелектуальну систему,яка може бути використана для розробки бази знань у будь-якийпредметної області. При цьому знання представляються у вигляді продукційнихправил. У систему включені засоби налагодження й тестування програми,редагування для модифікації знань і даних.
Основною частиною експертної системи є база знань, яканакопичується в процесі розвитку системи. База знань містить правилатипу:
IF (умова) THEN (висновок), або
IF (умова) THEN (висновок 1) ELSE (висновок 2)
Приклад продукції:
Якщо pH <6, то рідина - кислота.
Правила можуть існувати з деякою часткою ймовірності, якавиражається коефіцієнтом впевненості. Величину цього коефіцієнта задаєексперт при розробки бази знань. В експертній системі Exsysпередбачено три шкали, за якими оцінюються коефіцієнти впевненості.
Перша шкала використовує тільки два значення коефіцієнтів впевненості:
0-брехня, 1 - істина.
Друга шкала передбачає значення від нуля до десяти, при цьому: 0 --абсолютна брехня, 10 - абсолютна істина, проміжні значенняхарактеризують різний ступінь упевненості.
Третя шкала розширює можливості друга: -100 - абсолютна брехня,
100 - абсолютна істина, проміжні значення відповідають різноїступеня впевненості.
При розробці бази знань експерт вирішує, залежно відособливостей завдання, яку з цих шкал вибрати.
При розробці бази знань можна скористатися текстовоїінформацією, формулами або використовувати і те, й інше одночасно. Всізалежить від вибору розробника. У тому випадку, якщо було вирішено використовуватиматематичні вирази, з'являються змінні. Вони записуються вквадратних дужках. Наприклад, [X]> [Y].
З правилом можуть бути пов'язані примітку (NOTE) і посилання (REFERENCE),які відображають довідкову інформацію. Кожне правило обов'язково маємістити дві частини IF - умова і THEN - висновок. Частини ELSE, NOTE,
REFERENCE не є обов'язковими.
При розробці правил в системі Exsys використовуються кваліфікаторов.
Кваліфікаторов - це спеціальна текстова змінна, яка має ім'я іможе приймати одне з декількох значень. Всі значення пронумеровані дляшвидкого і легкого введення їх при створенні правил.
кваліфікаторов використовуються для формування умов. З цією метоювибирається потрібний кваліфікаторов і вказується номер відповідногозначення.
У процесі створення експертної системи можна змінити будь-яке правило,будь-який кваліфікаторов, їх текстову інформацію і варіант значення.
У системі формуються варіанти вибору (CHOICES) прийняття рішення,які складають частину THEN (висновок) правила із заданою експертомшкали ймовірності.
Важливою особливістю системи Exsys є можливість виводуінформації з інших правил, що дозволяє розбивати складні завдання напідзадачі. У Exsys реалізовані механізми як прямого, так і зворотноговиводу.
Система Exsys, як і будь-яка експертна система має можливістьпояснення отриманих результатів. При необхідності, можна з'ясувати весьхід обчислень, аж до вихідних даних.
Система Exsys в процесі пошуку рішення здатна виконувати рядобчислювальних завдань, але деякі завдання виходять за рамки йогоможливостей. У Exsys є можливість виклику зовнішніх програм длявиконання обчислень. Зовнішні програми можуть передавати дані Exsysчерез БД або spread sheet. Exsys може викликати майже всі MSDOS-програмив якості зовнішніх програм.
Введення правил
Введення нового правила виконується при натисканні клавіші або.
Exsys перевіряє всі нові правила на сумісність з вже існуючими.
Якщо виявлено можливий конфлікт, інформація про це відображається наекрані і користувач повинен зробити необхідні зміни. Exsys НЕможе перевіряти математичні формули.
Правила складаються з умов, які є пропозиціями. Ціумови часто складаються з кваліфікаторов і значень, об'єднаних упропозицію. Кваліфікаторов завжди знаходиться на початку пропозиції. У умовноїчастини правила може бути кілька пар кваліфікаторов-значення. Exsysдопускає до 30 значень для одного кваліфікаторов. Не слідперевизначати значення кваліфікаторов, так як Exsys зберігає кваліфікатороввідповідно до їх номерами і не зможе розпізнати, що два кваліфікаторовз різними номерами однакові, якщо їх текстові значення збігаються.
Раніше введені кваліфікаторов можна викликати для повторноговикористання за їх номерами, можна переміщатися по їх списку натисненнямклавіш і. Якщо список кваліфікаторов великий, або Ви забули номерпотрібного кваліфікаторов, можна знайти його за його текстового імені. Дляцього необхідно натиснути клавішу, а потім написати текст. Якщо деякийкваліфікаторов містить введений текст, він буде відображений разом зі своїмномером. Таким чином, в результаті пошуку можуть бути знайдені кількакваліфікаторов. Вибір потрібного здійснюється за номером.
Під час роботи експертної системи перевіряються IF - частини правил. Якщовсі умови в IF - частини правила справжні, то приймається істинної THEN --частину правила, у противному випадку приймається істинної ELSE - частина правила
(якщо вона є). Exsys допускає завдання в одній IF - частини до 126кон'юнкція умов. Умови перевіряються в тому порядку, в якому вонизаписані, відповідно порядок їх слідування може бути різним.
Тому найбільш важливі умови слід записувати раніше.
Кожне правило може мати примітка. Примітка відображається разомз правилом і не впливає на хід роботи, а служить лише інформацією длякористувача. Правило так само може мати посилання на джерело інформації,вираженої в ньому. На відміну від примітки, посилання не відображається, якщокористувач спеціально не вкаже цього.
Прикладна завдання
Створимо невелике безліч правил, які будуть визначати, якпрофесія вам більше підходить. Для створення нової бази знань необхідновідповісти на кілька запитань.
Введемо назву предметної області - «Вибір професії».
Далі необхідно вибрати шкалу ймовірності. У розглянутому прикладібуде шкала Yes/No.
Задамо варіанти вибору (CHOICES):
1. програміст
2. лікар
3. юрист
4. перекладач
5. економіст
6. актор
Задамо варіанти кваліфікаторов (QUALIFIERS):
1. Ви схильні до (гуманітарних наук/точних наук)?
2. Вас цікавить (комп'ютери/кримінал)?
3. Ви любите читати (детективи/літературу на іноземній мові)?
4. Ви схильні до (математики/риториці)?
5. Ви віддаєте перевагу роботу типу (человек-человек/человек-техніка)?
6. Вам би хотілося проводити операції (з банківськими паперами/в медичних цілях)?
7. Техніка для вас це ( "невідоме істота"/сенс життя)?
8. По телевізору ви дивитеся (кримінальну хроніку/програму здоров'я)?
9. Ви берете участь у самодіяльності (так/ні)?
Конструкція правил:
RULE NUMBER: 1
IF:
Ви схильні до гуманітарних наук and Ви схильні до риторики
THEN:
Ви любите читати літературу іноземною мовою
------------- ---------------------------
RULE NUMBER: 2
IF:
Ви любите читати літературу іноземною мовою and Ви віддаєте перевагу роботу типу людина-людина
THEN:
Перекладач - Confidence = 1
--- -------------------------------------
RULE NUMBER: 3
IF:
Ви любите читати детективи or: По телевізору ви дивитесь кримінальну хроніку or: Ви схильні до гуманітарних наук and Вас цікавить криміналістика
THEN:
Юрист - Confidence = 1
----------------------------------- -----
RULE NUMBER: 4
IF:
Ви схильні до гуманітарних наук and Ви схильні до математики
THEN :
Техніка для вас це сенс життя
----------------------------- -----------
RULE NUMBER: 5
IF:
Техніка для вас це сенс життя or: Ви віддаєте перевагу роботу типу людина-техніка
THEN:
Программист - Confidence = 1
------------------- ---------------------
RULE NUMBER: 6
IF:
Техніка для вас це сенс життя and Вам би хотілося проводити операції з банківськими паперами
THEN:
Економіст - Confidence = 1
--------- -------------------------------
RULE NUMBER: 7
IF :
Ви схильні до гуманітарних наук and Ви любите читати літературу іноземною мовою and Ви схильні до риторики
THEN:
Ви віддаєте перевагу роботу типу людина-людина
----------------------------------------
RULE NUMBER: 8
IF:
Ви віддаєте перевагу роботу типу людина-людина or: Ви берете участь у самодіяльності так
THEN:
Перекладач - Confidence = 1
----------------------------------- -----
RULE NUMBER: 9
IF:
Ви схильні до гуманітарних наук or: Ви віддаєте перевагу роботу типу людина-людина and Вам би хотілося проводити операції в медичних цілях and По телевізору ви дивіться програму здоров'я
THEN:
Лікар - Confidence = 1
---------- ------------------------------
RULE NUMBER: 10
IF:
Ви схильні до риторики and Ви віддаєте перевагу роботу типу людина-людина and Ви берете участь у самодіяльності так
THEN:
Актор - Confidence = 1
Зразковий вид діалогу з ЕС:
Ви схильні до (гуманітарних наук/точних наук)? гуманітарних наук
Ви схильні до (математики/риториці)? математики
Вам би хотілося проводити операції (з банківськими паперами/вмедичних цілях)? з банківськими паперами
Вас цікавить (комп'ютери/кримінал)? комп'ютери
Ви любите читати (детективи/літературу на іноземній мові)? детективи
Ви віддаєте перевагу роботу типу (человек-человек/человек-техніка)? людина -техніка
Ви берете участь у самодіяльності (так/ні)? немає
Результат:
| програміст | 1 |
| економіст | 1 |
| лікар | none |
| юрист | None |
| перекладач | None |
| актор | none |
У ході діалогу програма видає спливаючі вікна, де міститься питання
(адресований користувачеві) і варіанти відповіді.
Висновок: У виконаної курсової роботи ми розглянули на прикладі: побудованабору правил невеликий експертної системи, яка видає рекомендації звибору професії, отримали практичні навички роботи в середовищі EXSYS.
