Экспертные системы. Классификация экспертных систем. Разработка простейшей экспертной системы

оказалась модель, на которой были основаны их первые экземпляры, и лишь

модель знаний, принимающая вид пороговой направленной иерархической сети с

возможностью выбора в конечном из логических узлов (где каждая отдельная

ситуация похожа на дерево с листьями), может стать базой для построения ЭС.

Когда стала очевидной полная непригодность этих систем и созданного для

них специаллизированного аппаратного оборудования, многие обозреватели

пришли к выводу, что существующая технология создания ЭС была тупиковым

направлением в развитии информационных технологий. В последнее десятилетие

ЭС возродились в виде систем с базой знаний, которые тесно переплетались с

существующими деловыми системами. Их используют в здравоохранении,

страховании, банковском деле и других областях, чтобы с помощью правил и

объектовнакапливать опыт,повысить качество принимаемых решений. Базы знаний

встроенысегодня в наиболее современные крупные системы. Они находятся в

самой сердцевине программ- агентов, осуществляющих поиск в сети Internet, и

помогают коллективам пользователей справиться с поитоками информации.

Рассмотрим факторы, стимулировавшие развитие систем с базами знаний:

- компании, добившиеся значительной экономии денежных средств благодаря

технологии баз знаний, развивают и выстраивают ее в специальные бизнес-

процессы, которые были бы просто невозможны без компьютерной экспертизы;

- разработаны новые технологии создания баз знаний, является необходимым

средством, которое может изменить бизнес- поцесс;

- современные системы реализованы не наспециализирован-ном, а на

стандартном оборудовании.

Объединение всех видов программных продуктов и их отдельных компонентов

в единую ЭС признано экономически выгодным, так как прменение ЭС позволяет

существенно сократить расходы на подготовку квалифицированного персонала,

дальнейшую проверку работоспособности и надежности разрабатываемых и

исследовательских систем, а также уменьшить время проектирования и(или)

исследования.

Объектная технология, на основе которой могут создаваться и развиваться

современные ЭС,- значительный шаг вперед по сравнению с CASE- средствами,

т.к. она похожа на наше восприятие окружающей действительности. Наше

представ- ление о моделировании меняется, то же самое происходит и с

объектами, поэтому сопровождение программируемых объектов может выполнятся

аналогично приспособлению наших умозрительных образов к изменению

окружающих условий. Данная технология прекрасно подходит аналитикам и

программистам. т.к. очень напоминает стратегию решения проблем и

соответствует мыслительным процессам людей, считающихся экспертами в своей

области.

Чтобы стать экспертом, специалисту нужен инструментарий, имитирующий

мышление эксперта. Разработка парадигмы превращается из задачи, чуждой

мышлению человека, в знакомое, привычное и легко выполняемое задание.

Как работают эксперты? Следуя принципам, заложенным в объектно-

ориентированные технологии, они подразумевают проблемы на объекты или

классы объектов. По мере накопления знаний в определенной области они

делают обобщения, ориентируясь на выделенные объекты или классы объектов.

Некоторые обобщения имеют иерархическую структуру, где свойства высших

объектов наследуются объекта-

ми низшего уровня. Сущность может соответствовать нескольким классам

объектов и взаимодействовать с различными объектами или классами. По мере

того как знания эксперта углубляются, на их основе формируются новые

ассоциации, а отдельные уровни иерархии пропадают или расширяются.

Методика объектно- ориентированного программирования основана на

модели, напоминающей образы, возникающие в мозгу аналитика, которая

представляет предметы и процессы в виде объектов и связей между ними.

Наблюдая событие, эксперт легко выделяет знакомые образы. Для решения

проблем он испытывает конкретные правила, рассматривая при этом исследуемую

проблему под определенным ракурсом.

При разработке систем автоматизированного проектирования (САПР) уже

нельзя обойтись без ЭС; их использование признано экономически выгодным.

С середины 80-х годов наиболее популярные системы с базами знаний

создавались с ориентацией на стандартное оборудование. В этом ключ к

пониманию причин успеха современной технологии баз знаний. Опыт показывает,

что системы с базами знаний необходимо встраивать в самые важные бизнесс-

процессы и организовывать работу персонала так, чтобы он мог максимально

использовать их преимущества для достижения наилучших результатов.

Глава 2. Структура систем, основанных на знаниях

2.1. Критерий пользователя ЭС

Структура ЭС изображена на схеме:

пользователь

эксперт + диалоговый

инженер знаний процессор

подсистема

подсистема

приобретения база знаний вывода

знаний

подсистема

объяснения

рис.3

Экспертные системы имеют две категории пользователей и два отдельных

“входа”, соответствующих различным целям взаимодействия пользователей с ЭС:

1)обычный пользователь (эксперт), которому требуется консультация ЭС-

диалоговый сеанс работы с ней, в процессе которой она решает некоторую

экспертную задачу. Диалог с ЭС осуществляется через диалоговый процессор-

специальную компоненту ЭС. Существуют две основные формы диалога с ЭС-

диалог на ограниченном подмножестве естественного языка ( с использованием

словаря- меню (при котором на каждом шаге диалога система предлагает выбор

профессионального лексикона экспертов) и диалог на основе из нескольких

возможных действий);

экспертная группа инженерии знаний, состоящая из экспертов в предметной

области и инженеров знаний. В функции этой группы входит заполнение базы

знаний, осуществляемое с помощью специализированной диалоговой компоненты

ЭС - подсистемы приобретения знаний, которая позволяет частично

автоматизировать этот процесс.

2.2. Подсистема приобретения знаний

Подсистема приобретения знаний предназначена для добавления в базу

знаний новых правил и модификации имеющихся. В ее задачу входит приведение

правила к виду, позволяющему подсистеме вывода применять это правило в

процессе работы. В более сложных системах предусмотрены еще и средства для

проверки вводимых или модифицируемых правил на непротиворечивость с

имеющимися правилами.

2.3. База знаний

База знаний- наиболее важная компонента экспертной системы, на которой

основаны ее «интеллектуальные способности». В отличие от всех остальных

компонент ЭС, база знаний- «переменная » часть системы, которая может

пополняться и модифицироваться инженерами знаний и опыта использование ЭС,

между консультациями (а в некоторых системах и в процессе консультации).

Существует несколько способов представления знаний в ЭС, однако общим для

всех них является то, что знания представлены в символьной форме

(элементарными компонентами представления знаний являются тексты, списки и

другие символьные структуры). Тем самым, в ЭС реализуется принцип

символьной природы рассуждений, который заключается в том, что процесс

рассуждения представляется как последовательность символьных

преобразований.

Наиболее распространенный способ представления знаний - в виде

конкретных фактов и правил, по которым из имеющихся фактов могут быть

выведены новые. Факты представлены, например, в виде троек:

(АТРИБУТ ОБЪЕКТ ЗНАЧЕНИЕ).

Такой факт означает, что заданный объект имеет заданный атрибут

(свойства) с заданным значением. Например, тройка

(ТЕМПЕРАТУРА ПАЦИЕНТ1 37.5) представляет факт «температура больного,

обозначаемого ПАЦИЕНТ1, равна 37.5». В более простых случаях факт

выражается неконкретным значением атрибута, а каким либо простым

утверждением, которое может быть истинным или ложным, например: «Небо

покрыто тучами». В таких случаях факт можно обозначить каким-либо кратким

именем (например, ТУЧИ) или использовать для представления факта сам текст

соответствующей фразы.

Правила в базе знаний имеют вид:

ЕСЛИ А ТО S, где А- условие; S- действие. Действие S исполняется, если А

истинно. Наиболее часто действие S, так же, как и условие, представляет

собой утверждение, которое может быть выведено системой (то есть становится

ей известной), если истинно условие правила А.

Правила в базе знаний служат для представления эвристических знаний

(эвристик), т.е. неформальных правил рассуждения, вырабатываемых экспертом

на основе опыта его деятельности.

Простой пример правила из повседневной жизни:

ЕСЛИ небо покрыто тучами

ТО скоро пойдет дождь.

В качестве условия A может выступать либо факт(как в данном примере), либо

несколько фактов A1,...,AN, соединенные логической операцией и:

A1 и A2 и ... и AN.

В математической логике такое выражение называется коньюнкцией. Оно

считается истинным в том случае, если истинны все его компоненты. Пример

предыдущего правила с более сложным условием:

ЕСЛИ

небо покрыто тучами и барометр падает

ТО

скоро пойдет дождь. (Правило 1).

Действия, входящие в состав правил, могут содержать новые факты. При

применении таких правил эти факты становятся известны системе, т.е.

включаются в множество фактов, которое называется рабочим множеством.

Например, если факты «Небо покрыто тучами» и «Барометр падает» уже имеются

в рабочем множестве, то после применения приведенного выше правила в него

также включается факт «Скоро пойдет дождь».

Если система не может вывести некоторый факт, истинность или ложность

которого требуется установить, то система спрашивает о нем пользователя.

Например:

ВЕРНО ЛИ, ЧТО небо покрыто тучами?

При получении положительного ответа от пользователя факт «Небо покрыто

тучами» включается в рабочем множество.

Существуют динамические и статические базы знаний. Динамическая база

знаний изменяется со временем. Ее содержимое зависит и от состояния

окружающей. Новые факты, добавляемые в базу знаний, являются результатом

вывода, который состоит в применении правил к имеющимся фактам.

В системах с монотонным выводом факты, хранимые в базе знаний,

статичны, то есть не изменяются в процессе решения задачи. В системах с

немонотонным выводом допускается изменение или удаление фактов из базы

знаний. В качестве примера системы с немонотонным выводом можно привести

ЭС, предназначенную для составления перспективного плана капиталовложения

компании. В такой системе по вашему желанию могут быть изменены даже те

данные, которые после вывода уже вызвали срабатывание каких-либо правил.

Иными словами имеется возможность модифицировать значения атрибутов в

составе фактов, находящихся в рабочей памяти. Изменение фактов в свою

очередь приводит к необходимости удаления из базы знаний заключений,

полученных с помощью упомянутых правил. Тем самым вывод выполняется

повторно для того, чтобы пересмотреть те решения, которые были получены на

основе подвергшихся изменению фактов.

2.4. Подсистема вывода

2.4.1 Подсистема вывода,способы логического вывода

Подсистема вывода - программная компонента экспертных систем,

реализующая процесс ее рассуждений на основе базы знаний и рабочего

множества. Она выполняет две функции: во-первых, просмотр существующих

фактов из рабочего множества и правил из базы знаний и добавление (по мере

возможности) в рабочее множество новых фактов и, во-вторых, определение

порядка просмотра и применения правил. Эта подсистема управляет процессом

консультации, сохраняет для пользователя информацию о полученных

заключениях, и запрашивает у него информацию, когда для срабатывания

очередного правила в рабочем множестве оказывается недостаточно данных.

Цель ЭС - вывести некоторый заданный факт, который называется целевым

утверждением (то есть в результате применения правил добиться того, чтобы

этот факт был включен в рабочее множество), либо опровергнуть этот факт (то

есть убедиться, что его вывести невозможно, следовательно, при данном

уровне знаний системы он является ложным). Целевое утверждение может быть

либо «заложено» заранее в базу знаний системы, либо извлекается системой из

диалога с пользователем.

Работа системы представляет собой последовательность шагов, на каждом

из которых из базы выбирается некоторое правило, которое применяется к

текущему содержимому рабочего множества. Цикл заканчивается, когда выведено

либо опровергнуто целевое утверждение. Цикл работы экспертной системы иначе

называется логическим выводом Логический вывод может происходить многими

способами, из которых наиболее распространенные - прямой порядок вывода и

обратный порядок вывода.

Прямой порядок вывода- от фактов, которые находятся в рабочем

множестве, к заключению. Если такое заключение удается найти, то оно

заносится в рабочее множество. Прямой вывод часто называют выводом,

управляемым данными.

Для иллюстрации добавим к нашему примеру базы знаний о погоде еще одно

правило:

ЕСЛИ скоро пойдет дождь

ТО нужно взять с собой зонтик. (правило 2)

Предположим также, что факты «Небо покрыто тучами» и «Барометр падает»

имеются в рабочем множестве, а целью системы является ответ на вопрос

пользователя:

«Нужно взять с собой зонтик?»

При прямом выводе работа системы будет протекать следующим образом:

Шаг 1. Рассматривается правило 1. Его условие истинно, так как оба

элемента коньюнкции имеются в рабочем множестве. Применяем правило 1;

добавляем к рабочему множеству факт ”Скоро пойдет дождь”.

Шаг 2. Рассматривается правило 2. Его условие истинно, т.к. утверждение

из условия имеется в рабочем множестве. Примеряем правило 2; добавляем к

рабочему множеству факт “Нужно взять с собой зонтик”. Целевое утверждение

выведено.

Обратный порядок вывода: заключения просматриваются до тех пор, пока не

будет обнаружены в рабочей памяти или получены от пользователя факты,

подтверждающие одно из них. В системах с обратным выводом вначале

выдвигается некоторая гипотеза, а затем механизм вывода в процессе работы,

как бы возвращается назад, переходя от нее к фактам, и пытается найти среди

них те, которые подтверждают эту гипотезу. Если она оказалась правильной,

то выбирается следующая гипотеза, детализирующая первую являющаяся по

отношению к ней подцелью. Далее отыскиваются факты, подтверждающие

истинность подчиненной гипотезы. Вывод такого типа называется управляемым

целями. Обратный поиск применяется в тех случаях, когда цели известны и их

сравнительно немного.

В рассматриваемом примере вывод целевого утверждения “Нужно взять с

собой зонтик” обратной цепочкой рассуждений выполняется следующим образом:

Шаг 1. Рассматривается правило 1. Оно не содержит цели в правой части.

Переходим к правилу 2.

Шаг 2. Рассматривается правило 2. Оно содержит цель в правой части правила.

Переходим к правой части правила и рассматриваем в качестве текущей цели

утверждения “Скоро пойдет дождь”.

Шаг 3. Текущей цели нет в рабочем множестве. Рассмотрим правило 1, которое

содержит цель в правой части. Обе компоненты его условия имеются в рабочем

множестве, так что условие истинно. Применяем привило 1; в результате

выводим утверждение “Скоро пойдет дождь”; которое было нашей предыдущей

целью.

Шаг 4. Применяем правило 2, условием которого является данное утверждение.

Получаем вывод исходного утверждения.

Заметим, что для упрощения ситуации мы предположили, что в обоих

случаях факты “Небо покрыто тучами” и “Барометр падает” уже известны

системе. На самом деле система выясняет истинность или ложность факта,

входящего в условие некоторого правила, спрашивая об этом пользователя в

тот момент, когда она пытается применить правило.

Приведенный пример сознательно выбран очень простым и не отражающим

многих проблем, связанных с организацией вывода в экспертной системе. В

частности, из примера может создаться впечатление, что прямая цепочка

рассуждений эффективнее, чем обратная, что на самом деле, вообще говоря, не

так. Эффективность той или иной стратегии вывода зависит от характера

задачи и содержимого базы знаний. В системах диагностики чаще применяется

прямой вывод, в то время как в планирующих системах более эффективным

оказывается обратный вывод. В некоторых системах вывод основывается на

сочетании обратного и ограниченно- прямого. Такой комбинированный метод

получил название циклического.

Рис 4. Стратегия вывода.

Поиск в глубину

Обратный вывод

Прямой вывод

4 Начало 1

3 поиска

2

5 2 Начало

3

6 1 поиска

4

7

Заключения

Заключения

Поиск в ширину

Начало

8 Начало поиска 1

поиска

12

7

2 13

1

11

6

3

2

10

5

4

3

9

4

5

8

6

Заключения

7

Выше уже отмечалось, что механизм вывода включает в себя два компонента-

один из них реализует собственно вывод, другой управляет этим процессом.

Компонент вывода выполняет первую задачу, рассматривая имеющиеся правила и

факты из рабочего множества и добавляя в него новые факты при срабатывании

какого-нибудь правила. Управляющий компонент определяет порядок применения

правил. Рассмотрим каждый из этих компонентов более подробно.

2.4.2. Компонент вывода

Его действия основаны на применении правила вывода, обычно называемого

модус поненс, суть которого состоит в следующем: пусть известно, что

истинно утверждение А и существует правило вида «Если А, то В», тогда

утверждение В так же истинно. Правила срабатывают, когда находятся факты,

удовлетворяющие их левой части: если истинна посылка, то должно быть

истинно и заключение.

Хотя в принципе на первый взгляд кажется, что такой вывод легко может

быть реализован на компьютере, тем не менее на практике человеческий мозг

все равно оказывается более эффективным при решении задач. Рассмотрим,

например, простое предложение:

Мэри искала ключ.

Здесь для слова «ключ» допустимы как минимум два значения «родник» и

«ключ от квартиры». В следующих же двух предложениях одно и то же слово

имеет совершенно разные значения:

Мы заблудились в чаще.

Нужно чаще ходить в театр.

Понять факты становиться еще сложнее, если они являются составными

частями продукций, которые используют правило модус поненс для вывода

заключения. Приведем такой пример:

ЕСЛИ Белый автомобиль легко заметить ночью

И Автомобиль Джека белый

ТО Автомобиль Джека легко заметить ночью

Это заключение легко выведет даже ребенок, но оно оказывается не под

силу ни одной из современных ЭС.

Компонент вывода должен обладать способностью функционировать при любых

условиях. Механизм вывода должен быть способен продолжить рассуждение и со

временем найти решение даже при недостатке информации. Это решение может и

не быть точным, однако система ни в коем случае не должна останавливаться

из-за того, что отсутствует какая-либо часть входной информации.

2.4.3. Управляющий компонент.

Этот компонент определяет порядок применения правил, а также

устанавливает, имеются ли еще факты, которые могут быть изменены в случае

продолжения консультации. Управляющий компонент выполняет четыре функции:

1. Сопоставление- образец правила сопоставляется с имеющимися фактами;

2. Выбор- если в конкретной ситуации могут быть применены сразу несколько

правил, то из них выбирается одно, наиболее подходящее к заданному критерию

(разрешение конфликта).

3. Срабатывание- если образец правила при сопоставлении совпал с какими-

либо фактами из рабочего множества, то правило срабатывает.

4. Действие- рабочее множество подвергается изменению путем добавления в

него заключения сработавшего правила. Если в правой части правила

содержится указание на какое- либо действие, то оно выполняется (как,

например, в системах обеспечения безопасности информации).

Интерпретатор правил работает циклически. В каждом цикле он

просматривает все правила, чтобы выявить среди них те посылки, которые

совпадают с известными на данный момент фактами из рабочего множества.

Интерпретатор определяет также порядок применения правил. После выбора

правило срабатывает, его заключение заносится в рабочее множество, и затем

цикл повторяется сначала.

В одном цикле может сработать только одно правило. Если несколько

правил успешно сопоставлены с фактами, то интерпретатор производит выбор по

определенному критерию единственного правила, которое и срабатывает в

данном цикле. Цикл работы интерпретатора схематически представлен на рис.5.

сопоставление конфликтное критерий

множество

выбора правил

разрешение

конфликта

рабочее база

множество правил

выполняемое действие

правило

рис.5 Цикл работы интерпретатора

Информация из рабочего множества последовательно сопоставляется с

посылками правил для выявления успешного сопоставления. Совокупность

отобранных правил составляет так называемое конфликтное множество. Для

разрешения конфликта интерпретатор имеет критерий, с помощью которого он

выбирает единственное правило после чего оно срабатывает. Это выражается в

занесении фактов, образующих заключение правила, в рабочее множество или в

изменении критерия выбора конфликтующих правил. Если же в заключение

правила входит название какого-нибудь действия, то оно выполняется

(например, подается звуковой сигнал, начинает выполнятся процедура и т.д.).

Новые данные, введенные в систему сработавшим правилом, в свою очередь

могут изменить критерий выбора правила. В том случае, если, напри-

мер, компьютерная система, предназначенная для игры в шахматы, разыгрывает

партию за двух игроков, то она может принять решение придерживаться

атакующей стратегии через ход, т.е. атаковать будет один из партнеров. Если

вы сами играете с этой системой, то в какой- то момент она может перейти к

использованию оборонительной стратегии (по крайней мере временно), а затем

опять вернуться к наступательной игре. Изменение критерия основывается на

заключениях, полученных после анализа положения на доске, которое

представлено в рабочем множестве системы, а также правил игры (статичес-

ких структурных знаний) и структурных динамических знаниях (эвристиках).

В действительности ЭС не располагают процедурами, которые могли бы

построить в пространстве состояний сразу весь путь решения задачи. Более

того, зачастую даже не удается определить, имеется ли вообще какое- нибудь

решение задачи. Тем ни менее поиск решения выполняется, поскольку движением

в пространстве состояний управляют скрытые или виртуальные процедуры. Они

получили название демонов, поскольку во время работы системы находятся в

“засаде” и активизируются только тогда, когда их просят о помощи, т.е. на

самом деле ведут себя как добрые демоны.

Свое название демоны получили от “демона Максвелла”- действующего лица

одного из мысленных экспериментов, предложенного его автором для критики

законов термодинамики. Другим их прообразом является Пандемониум Оливера

Селфриджа- первой модели человека, в котором деятельность биологической

системы представлялась как работа вызываемых по образцу демонов. Если же

воспользоваться научной терминологией, то такие управляющие процедуры

получили название недетерминированных. Это означает, что траектория поиска

решения в пространстве состояний полностью определяется данными.

При разработке управляющего компонента механизма (подсистемы) вывода

необходимо решить вопрос о том, по какому критерию следует выбирать

правило, которое будет применено в конкретном цикле.

Уже на ранней стадии разработки ЭС необходимо знать, что будет вводить

конечный пользователь. Это нужно для того, чтобы убедиться, будет ли

система достаточно практична и сможет ли она вжиться в среду, в которой ей

предстоит работать.

Участие пользователя выражается в следующем:

- конкретные задачи. Пользователь, сталкиваясь с конкретными проблемами,

может объяснить возникновение проблем и предложить возможные варианты их

решения;

- общение. Интерфейс пользователя должен соответствовать словарю

пользователя и уровню его подготовки;

- установление связей. Знакомство пользователя с причинами и последствиями,

вызывающими то или иное действие в процессе функционирования системы,

неоценимо в определении взаимосвязей фактов в базе знаний;

- обратная связь. Отличительной особенностью удобной в использовании ЭС

является ее способность объяснить конечному пользователю ход своих

рассуждений.

2.5. Диалог с ЭС. Объяснение.

Поскольку системы, основанные на знаниях, реализуются на компьютерах,

то и входная информация воспринимается или в виде, понятном компьютеру,

т.е. в битах и байтах. Однако для того чтобы мог взаимодействовать

неподготовленный пользователь, в нее требуется включить средства общения на

естественном языке. Подавляющее большинство систем, основанных на знаниях,

обладают достаточно примитивным интерфейсом на естественном языке-

допустимые входные сообщения пользователя ограничены набором понятий,

содержащихся в базе знаний.

Итак, на примере простой ЭС и базы знаний диалог пользователя с

системой можно представить себе следующим образом:

Система: Вы хотите узнать, нужно ли взять с собой зонтик?

Пользователь: Да.

Система: Верно ли, что небо покрыто тучами?

Пользователь: Да.

Система: Верно ли, что барометр падает?

Пользователь: Да.

Система: (после некоторого “размышления”) Нужно взять с собой зонтик.

Как видно из этого примера, в ходе консультации инициатива диалога

принадлежит системе, а сама консультация у ЭС выглядит так же, как и

консультация у эксперта- человека: задается ряд вопросов и на основании их

анализа выдается экспертное заключение. Однако в отличие от беседы со

специалистом, диалог с ЭС имеет свои психологические особенности:

большинство пользователей (по вполне понятным причинам, таким, как

отсутствие опыта работы на компьютерах, лаконичность диалога с ЭС,

отсутствие пояснений в ходе консультации и другим) склонны меньше доверять

“мнению” ЭС, чем мнению “живого” эксперта.

Чтобы удостовериться в “разумности” и “компетентности” ЭС, пользователь

может обратиться к ее подсистеме объяснения.

Для того, чтобы понять как она работает, нам необходимо рассмотреть

вопрос о том в какой форме ЭС хранить информацию о процессе своих

рассуждений.

В ЭС принято представлять процесс логического вывода в виде схемы,

которая называется деревом вывода. В нашем примере дерево вывода будет

иметь вид:

Нужно взять с собой зонтик.

правило 2

Скоро пойдет дождь.

правило 1

Небо покрыто тучами. Барометр падает.

Здесь в простых рамках приведены узлы дерево вывода, соответствующие

фактам, в двойных- узлы, соответствующие названием правил. Сверху от узла-

правила изображен факт, находящийся в его правой части (в принятой

терминологии- предок узла- правила). Листья дерева (узлы, образующие его

нижний “ярус”), соответствуют фактам, истиностные значения которых

запрашиваются у пользователя, или первоначально известным фактам из базы

знаний, корень дерева (самый верхний узел)- целевому утверждению.

В процессе консультации ЭС строит дерево вывода и хранит его в памяти в

некоторой внутренней форме. Успешному применению правила соответствует

добавление узла с его именем, потомками которого являются узлы,

соответствующие некоторым из уже выведенных фактов, а предком- новый узел,

соответствующий факту, содержащемуся в правой части правила.

Рассмотрим теперь работу подсистемы объяснения. Для получения

объяснения в процессе консультации пользователь может “перехватить

инициативу” диалога в тот момент, когда система задает очередной вопрос,

“переспро-

сив” в ответ систему, почему она его задала. Таким образом, вместо ответа

на вопрос системы, пользователь может задать ей встречный вопрос:

ПОЧЕМУ?

(“ Почему система задала такой вопрос?”). Система интерпретирует вопрос

“Почему?” в “понятных” ей терминах дерева вывода, поднимаясь по нему на

один ярус выше и находя правило, для применения которого система задает

этот вопрос. Пользователю выдается информация об этом правиле, о состоянии

вычисления его условиям о заключении данного правила (текущей цели).

Пусть в нашем примере диалога с ЭС пользователь вместо ответа на вопрос

системы: “Верно ли, что барометр падает?” задает ей встречный вопрос:

”ПОЧЕМУ?”. ЭС обращается к подсистеме объяснения, которая выдает

пользователю следующее сообщение:

[1.0] Эта информация необходима, чтобы установить, что скоро пойдет

дождь.

Ранее было установлено, что :

[1.1] Небо покрыто тучами.

Следовательно, если:

[1.2] Барометр падает, то скоро пойдет дождь.

(Правило 1).

Двойные номера в квадратных скобках имеют следующий смысл. Для

облегчения работы пользователя подсистема объяснения нумерует свои ответы

(номер ответа, в данном случае- 1. является первой цифрой номера), а в

каждом ответе- нумерует также утверждения, о которых в нем идет речь.

Пользователь может использовать двойные номера для ссылок на утверждения,

не выписывая их явно. Например, номер 1.1 обозначает утверждение “Небо

покрыто тучами”.

Допустим, что пользователь хочет еще дальше проследить логику

рассуждений системы и узнать, почему ей необходимо установить, скоро ли

пойдет дождь. Для этого он может повторно задать ей вопрос:

ПОЧЕМУ?

(“Почему необходимо установить, что скоро пойдет дождь?”). Второй ответ

системы аналогичен первому; в нем указывается, что это необходимо для

применения правила 2 с целью установить, что нужно взять с собой зонтик:

[2.0] Эта информация необходима, чтобы установить, что нужно взять с

собой зонтик. Если:

[2.1] Скоро пойдет дождь, то нужно взять с собой зонтик.

(Правило 2).

Утверждение [2.0] является исходным целевым утверждением системы. Таким

образом, теперь ход рассуждений системы пользователю полностью понятен.

Вопрос “ПОЧЕМУ?” позволяет проследить ход рассуждений системы от посылок к

заключениям. Однако для более детального осмысления процесса вывода удобно

было бы иметь возможность изучать его и в противоположном порядке- от

заключений к посылкам. Для этого служит другой вопрос, который также

“понимает” подсистема объяснений:

КАК N?

где N- номер утверждения, выданный подсистемой объяснения на одном из

предыдущих шагов диалога. Например, в ответ на вопрос:

КАК 2.0?

“Как получен утверждение 2.0?” подсистема объяснения выдает информацию в

правиле, которое было применено для его получения:

[3.1] Используется правило 2, заключением которого является,

что нужно взять с собой зонтик.

Чтобы получить более подробную информацию о том, как было использовано

правило 2, следует повторно задать вопрос “КАК?”:

КАК 3.1?

“Как было использовано правило 2?”. Ответ системы:

Ранее установлено, что:

[4.1] Скоро пойдет дождь.

Следовательно, нужно взять с собой зонтик.

Выясним теперь, как получено утверждение 4.1:

КАК 4.1?

Ответ системы:

[5.1] Используется правило 1, заключением которого является, что скоро

пойдет дождь. Наконец, выясним. как использовано правило 1:

КАК 5.1?

Ответ системы:

Ранее установлено, что:

[6.1] Небо покрыто тучами.

[6.2] Барометр падает.

Следовательно скоро пойдет дождь.

Как были получены утверждения 6.1 и 6.2 пользователь помнит, поскольку он

отвечал на вопросы системы относительно этих утверждений. Если все же он

задаст системе вопрос КАК 6.1? или КАК 6.2?, то система напомнит ему об

этом.

Описанная модель объяснения используется в системе MYCIN. Достоинством

ее является возможность получения объяснения любого шага работы системы,

недостатком- жесткая привязка к дереву вывода. Для пользователя-

непрограммиста такой способ объяснения может показаться излишне

детализованным и слишком формальным, а нужно было бы объяснение на “более

высоком уровне”- с точки зрения здравого смысла и без углубления в детали.

Подобные модели объяснения только начинают появляться в ЭС и требуют более

сложной организации знаний.

Глава 3. Стратегии управления выводом

Страницы: 1, 2, 3