Экспертные системы

1.

Экспертные
системы

2.

Экспертная система (ЭС, англ. expert system) —
компьютерная система, способная частично
заменить специалиста-эксперта в разрешении
проблемной ситуации.

3.

История ЭС
Первую экспертную систему, которую
назвали Dendral, разработали в
Стэнфорде в конце 1960-х г.г. Эта была
экспертная система, определяющая
строение органических молекул по
химическим
формулам
и
спектрографическим
данным
о
химических связях в молекулах.
Принципы и идеи, заложенные в
Dendral
оказались
настолько
эффективными, что они до сих пор
применяются
в
химических
и
фармацевтических лабораториях по
всему миру.

4.

История ЭС
Экспертная
система
Mycin,
разработанная в том же Стэнфорде в
середине 1970-х г.г., одной из первых
обратилась к проблеме принятия
решений на основе ненадежной или
недостаточной
информации.
Все
рассуждения экспертной системы Mycin
были
основаны
на
принципах
управляющей логики, соответствующих
специфике предметной области. Многие
методики разработки экспертных систем,
использующиеся сегодня, были впервые
разработаны в рамках проекта Mycin.

5.

Экспертные системы имеют одно большое отличие от других
систем искусственного интеллекта: они не предназначены для
решения каких-то универсальных задач, как например нейронные
сети или генетические алгоритмы. Экспертные системы
предназначены для качественного решения задач в определенной
разработчиками области, в редких случаях – областях.

6.

Как правило, экспертные системы создаются для решения
практических задач в некоторых узкоспециализированных
областях, где большую роль играют знания «бывалых»
специалистов.
ЭС используются для решения так называемых
неформализованных задач, общим для которых является
то, что:
• задачи не могут быть заданы в числовой форме;
• цели нельзя выразить в терминах точно определенной
целевой функции;
• не существует алгоритмического решения задачи;
• если алгоритмическое решение есть, то его нельзя
использовать из-за ограниченности ресурсов (время,
память).

7.

Применение для решения
проблем
высококачественного опыта,
который
представляет
уровень мышления наиболее
квалифицированных
экспертов в данной области,
что ведёт к решениям
творческим,
точным
и
эффективным.
Наличие прогностических
возможностей,
при
которых ЭС выдаёт ответы
не только для конкретной
ситуации,
но
и
показывает,
как
изменяются эти ответы в
новых
ситуациях,
с
возможностью
подробного объяснения
каким образом новая
ситуация
привела
к
изменениям.
Обеспечение такого нового
качества,
как
институциональная память,
за счёт входящей в состав ЭС
базы
знаний,
которая
разработана
в
ходе
взаимодействий
со
специалистами организации,
и
представляет
собой
текущую
политику
этой
группы
людей.
Ведущие
специалисты уходят, но их
опыт остаётся.
Возможность
использования ЭС для
обучения
и
тренировки
руководящих
работников,
обеспечивая
новых
служащих обширным
багажом
опыта
и
стратегий, по которым
можно
изучать
рекомендуемую
политику и методы.

8.

(2)
(3)
(5)
(4)
(1)
(2) Эксперт - это человек,
способный ясно выражать свои
мысли
и
пользующийся
репутацией
специалиста,
умеющего находить правильные
решения проблем в конкретной
предметной области. Эксперт
использует свои приёмы и
ухищрения, чтобы сделать поиск
решения более эффективным, и
ЭС моделирует все его стратегии.
(1) Экспертная система - это программное
средство, использующее знания экспертов,
для высокоэффективного решения задач в
интересующей пользователя предметной
области. Она называется системой, а не просто
программой, так как содержит базу знаний,
решатель проблемы и компоненту поддержки.
Последняя из них помогает пользователю
взаимодействовать с основной программой.
(3) Инженер знаний - человек, как
правило, имеющий познания в
информатике и искусственном
интеллекте и знающий, как надо
строить ЭС. Инженер знаний
опрашивает
экспертов,
организует знания, решает, каким
образом они должны быть
представлены в ЭС, и может
помочь
программисту
в
написании программ.
(4) Средство построения ЭС - это
программное средство, используемое
инженером
знаний
или
программистом для построения ЭС.
Этот
инструмент отличается
от
обычных языков программирования
тем, что обеспечивает удобные
способы
представления
сложных
высокоуровневых понятий.

9.

(5) Пользователь - это человек, который использует уже
построенную ЭС. Так, пользователем может быть юрист,
использующий её для квалификации конкретного случая; студент,
которому ЭС помогает изучать информатику и т. д. Термин
пользователь несколько неоднозначен. Обычно он обозначает
конечного пользователя. Однако из рисунка следует, что
пользователем может быть:
• создатель инструмента, отлаживающий средство построения
ЭС;
• инженер знаний, уточняющий существующие в ЭС знания;
• эксперт, добавляющий в систему новые знания;
• клерк, заносящий в систему текущую информацию.

10.

Важно различать инструмент, который используется для
построения ЭС, и саму ЭС. Инструмент построения ЭС включает как
язык, используемый для доступа к знаниям, содержащимся в
системе, и их представления, так и поддерживающие средства программы, которые помогают пользователям взаимодействовать
с компонентой экспертной системы, решающей проблему.

11.

Экспертная система – это не простая
программа, которая пишется одним или
несколькими
программистами.
Экспертная система является плодом
совместной работы экспертов в данной
предметной области, инженеров по
знаниям и программистов.
Но стоит отметить, что встречаются
случаи, когда программы пишутся самими
экспертами в данной области.

12.

Экспертное знание и
основа ЭС
Экспертное знание – это сочетание
теоретического понимания проблемы и
практических
навыков
ее
решения,
эффективность которых доказана в результате
практической деятельности экспертов в данной
области. Фундаментом экспертной системы
любого типа является база знаний, которая
составляется на основе экспертных знаний
специалистов. Правильно выбранный эксперт и
удачная формализация его знаний позволяет
наделить экспертную систему уникальными и
ценными знаниями.

13.

• Её постоянство. Человеческая компетенция ослабевает
со временем. Перерыв в деятельности человекаэксперта может серьезно отразиться на его
профессиональных качествах.
Преимущества
ЭС
• Легкость передачи или воспроизведения. Передача
знаний от одного человека другому - долгий и дорогой
процесс. Передача искусственной информации - это
простой процесс копирования программы или файла
данных.
• Устойчивость и воспроизводимость результатов.
Эксперт-человек может принимать в тождественных
ситуациях разные решения из-за эмоциональных
факторов. Результаты ЭС - стабильны.
Стоимость.
Эксперты,
особенно
высококвалифицированные обходятся очень дорого. ЭС,
наоборот, сравнительно недороги. Их разработка дорога,
но они дешевы в эксплуатации.

14.

Недостатки ЭС
• Передача экспертным системам «глубоких» знаний о
предметной области является большой проблемой. Как
правило, это является следствием сложности формализации
эвристических знаний экспертов.
• Экспертные системы неспособны предоставить осмысленные
объяснения своих рассуждений, как это делает человек. Как
правило, экспертные системы всего лишь описывают
последовательность шагов, предпринятых в процессе поиска
решения.
• Отладка и тестирование любой компьютерной программы
является достаточно трудоемким делом, но проверять
экспертные системы особенно тяжело. Это является серьезной
проблемой, поскольку экспертные системы применяются в
таких критичных областях, как управление воздушным и
железнодорожным движением, системами оружия и в ядерной
промышленности.
• Экспертные системы обладают еще одним большим
недостатком: они неспособны к самообучению. Для того, чтобы
поддерживать экспертные системы в актуальном состоянии
необходимо постоянное вмешательство в базу знаний
инженеров по знаниям. Экспертные системы, лишенные
поддержки со стороны разработчиков, быстро теряют свою
востребованность.

15.

Примеры ЭС в экономике
S&PCBRS Разработчиком данной экспертной
системы является Chase Manatten Bank, Standart &
Poor's Corp. S&PCBRS была разработана для
решения следующих задач: оценка рейтинга
ценных бумаг по данным о фирмах эмитентах;
формирование корректной рейтинговой шкалы.
Вероятность правильного предсказания рейтинга
экспертной системы S&PCBRS составляет 84%.
Nereid Разработчиком данной экспертной системы
является NTT Data, The Tokai Bank, Science
Univercity of Tokyo. Данная система была
разработана для поддержки принятия решений
для оптимизации работы с валютными
опционами. Система облегчает дилерскую
поддержку для оптимального ответа из
возможных представленных вариантов. Nereid
более практична и дает лучшие решения, чем
обычные системы принятия решений.

16.

Пример ЭС в
торговле
РЕМОРАМА ЭС создана ООО "Медиасофт" и
реализована как коммерческий продукт (уже не
поддерживается).
РЕМОРАМА
подбирает
стройматериалы под заданные пользователем
параметры и производит расчёт их стоимости.
Предполагается
использование
обычными
людьми, не прошедшими специального обучения.
ЭС устанавливается на сенсорные киоски в
торговых залах строительных гипермаркетов.
Итогом решения ЭС становится чек с перечнем,
количеством и стоимостью материалов, которые
удовлетворяют условиям задачи. С помощью этого
чека покупатель осуществляет набор материалов и
оплачивает их на кассе (одно сканирование для
покупки комплекта материалов). Программа
предлагает как основные, так и сопутствующие
товары для решения задачи.

17.

Пример ЭС в БД
OpenCyc (open source version of the Cyc technology)
OpenCyc
является
сокращенным
открытый
вариантом базы знаний Cyc. Может использоваться
для создания экспертных систем. В БД OpenCyc
содержится 47000 понятий и 300000 фактов.
Система несомненно будет уместна, вместе с
появлением в сети Интернет семантического уровня
(обработки
запросов,
системы
взаимосвязи
контента и т.д.)
В 2008 интерес к данной экспертной системе был
проявлен фирмой Google. Применение OpenCyc
многообразно: создание обучающих игр, создание
БЗ в wikipedia, подключение в качестве модуля к
другим экспертным системам и т.д.

18.

Пример ЭС в военном деле
HASP/SIAP
SIAP
обнаруживает
и
идентифицирует различные
типы
океанских
судов,
используя преобразованные
в цифровую форму данные
от сетей гидрофонов. SIAP
пытается идентифицировать
суда и сгруппировать их в
более крупные единицы,
например флоты. Система
обеспечивает
анализ
в
режиме реального времени
и корректировку ситуации с
учетом
непрерывно
поступающих данных.

19.

Примеры ЭС в
компьютерных системах
ExpSystem PC 1.4.2 - Эта экспертная
система поможет людям не столь хорошо
разбирающихся в комплектующих для
персонального компьютера подобрать
себе
приемлемую
конфигурацию
будущего компьютера. В программу
вводятся данные о требовании к системе и
максимальной
сумме
денег,
предполагаемой для покупки. Так же
данная экспертная система пригодится для
менеджеров компьютерных салонов что
бы автоматизировать свою работу и
сделать автоматизированное рабочее
место для своих покупателей. Для
подбора комплектующих используется два
алгоритма расчета: для "богатого" и
"бедного" покупателям. Данная ЭС была
разработана в декабре 2006 года

20.

ACE - Экспертная система ACE определяет неисправности в телефонной сети и
дает рекомендации по необходимому ремонту и восстановительным
мероприятиям. Система работает без человеческого вмешательства, анализируя
сводки-отчеты о состоянии, получаемые ежедневно с помощью программы,
следящей за ходом ремонтных работ в кабельной сети. ACE обнаруживает
неисправные телефонные кабели и затем решает, нуждаются ли они в плановопредупредительном ремонте и выбирает, какой тип ремонтных работ вероятнее
всего будет эффективным.
Затем ACE запоминает свои рекомендации в специальной базе данных, к
которой у пользователя есть доступ. Система принимает решения, применяя
знания относительно телефонных станций, сообщения системы и стратегии
анализа сетей. Представление знаний в системе основано на правилах;
используется схема управления посредством прямой цепочки рассуждений. Она
разработана в Bell Laboratories. ACE прошла опытную эксплуатацию и доведена
до уровня коммерческой экспертной системы.

21.

Пример ЭС в химии
DENDRAL - это старейшая, самая разработанная экспертная
система, определяющая строение органических молекул
по химическим формулам и спектрографическим данным
о химических связях в молекулах.
В самых общих чертах процесс принятия решения
следующий:
Пользователь дает системе DENDRAL некоторую
информацию о веществе, а также данные спектрометрии
(инфракрасной, ядерного магнитного резонанса и массспектрометрии), и та в свою очередь выдает диагноз в
виде соответствующей химической структуры.
Эта продукционная система, в которой используется
прямой логический вывод, иллюстрирует довольно
распространенный в ИИ подход к решению проблем <порождение и проверку гипотез>. Система Dendral
использовалась в качестве консультанта химикамиорганиками более 15 лет. Она и сегодня считается
<экспертом> в масс-спектрографическом анализе.

22.

Пример ЭС в рекламной
деятельности и PR
"EXPO: 1001 Рекламоноситель" - В 2000-м году
консалтинговой фирмой "ТРИЗ-ШАНС" (Санкт-Петербург)
была начата работа над компьютерной программойконсультантом, которая позволила бы специалисту по
рекламе:
- за ограниченное время получить гамму решений задач;
- отобрать лучшие решения для дальнейшего доработки;
- выяснить адреса поставщиков рекламоносителей;
Данная экспертная система помогает при:
• разработке PR- и промо-акций, рекламных кампаний;
• поиске новых идей для продвижения продукции;
• поиске новых, нестандартных рекламоносителей и их
поставщиков;
• поиске идей для выставочных стендов;
• анализе полученной системы решений.

23.

База данных программы построена на основе анализа
нескольких сотен книг по PR, рекламе и выставочной
деятельности. А также нескольких сотен публикаций на эту же
тему, собранных за последние 5 лет.
Если программой пользуется новичок, то без чтения массы
книг, посещения платных многомесячных курсов и т.п., он за
несколько минут получит возможные варианты решения
своей задачи, из которых - на основании здравого смысла и
отпущенного бюджета - уже сможет отобрать наиболее
подходящие. Начальное освоение программы занимает 1-2
часа.
Если же пользователем является специалист, у которого с
годами выработался "свой стиль" (а порой и "штампы"), то
программа позволит ему взглянуть на свою работу с новой
точки зрения.
Естественно, некоторые решения, выдаваемые программой,
специалисту известны. Однако программа выдает целые
подборки решений и позволяет ему сосредоточиться не на
воспоминаниях, а на отборе лучших вариантов.

24.

Пример ЭС в медицине
Домашний доктор - простая
медицинская
экспертная
система.
Она
определяет
характер
заболевания,
основываясь
на
ответах
пользователя, полученных в
результате диалога. База знаний
включает
порядка
100
распространенных заболеваний.
Программа для определения
диагноза задаёт вопросы где
ответами могут быть: <нет> , <
не совсем> , <не знаю> ,
<наверное да> и <да> . В
зависимости от вариантов ответа
программа ставит вам диагноз.
Так
же
после
получения
варианта вашего заболевания
можно
просмотреть
информацию о нём прямо в тут
же - в этой программе.