Построение Машины вывода для Экспертной Системы
реляционного типа
Цель работы:
— научиться проводить онтологические исследования, составлять словарь терминов и список взаимосвязей объектов выбранной предметной области (ПО);
— получить практический опыт построения концептуальной модели знаний ПО;
— научиться формализовать концептуальную модель знаний в виде правил логического вывода (концептуальная модель должна допускать это);
— научиться строить машину вывода (решатель) в виде дерева решений и реализовывать машину вывода с помощью таблицы переходов.
Краткие теоретические сведения
Ограничимся построением ЭС, которая относится к классу идентификационных (или диагностических) систем. Они решают задачу идентификации (определения) объекта по его признакам.
Такие системы составляют значительную часть существующих экспертных систем, и без их рассмотрения не обходится ни один учебник по экспертным системам.
Предлагается реализовывать следующий план построения экспертной системы. Сначала строим решатель, затем (на следующих лабораторных занятиях) добавим интерфейс пользователя и блок объяснения. Это позволит продемонстрировать работу экспертной системы в полном объёме.
Будем строить ЭС реляционного типа, используя дерево решений (машина вывода), отражающее знания и опыт эксперта в решении задач в данной проблемной области. Для реализации машины вывода и получения искомого решения будем применять таблицу переходов.
Идея реляционной модели Экспертной Системы была предложена американским ученым Е.Ф. Коддом в начале 70-х. Суть реляционного подхода заключается в том, что информация об объектах представляется в виде отношений, т.е. связанных между собой характеристик изучаемых объектов. В свою очередь, отношение удобно представлять в виде таблицы, в которой каждая строка содержит значения характеристик рассматриваемых объектов.
Построение ЭС реляционного типа с использованием дерева решений является наиболее простым, но не единственным способом построения диагностической экспертной системы.
Машину вывода (Решатель) реляционной ЭС можно изобразить в виде ориентированного графа (орграфом), который состоит из точек, называемых вершинами орграфа, и линий со стрелками, соединяющими эти точки. Каждая такая линия называется дугой орграфа.
Каждая вершина орграфа помечена либо уточняющим вопросом экспертной системы к пользователю, либо ответом ЭС на задачу (решение ЭС).
Для удобства все вершины пронумерованы, начиная с нуля.
Если вершина помечена вопросом экспертной системы, то из нее выходят две дуги (в случае многоальтернативного выбора количество дуг соответствует числу возможных выборов). Каждая дуга соответствует одному из альтернативных ответов пользователя. Вершина, соответствующая ответу ЭС на поставленную задачу (решение ЭС), не имеет выходящих дуг.
Пример построения Экспертной Системы реляционного типа
Рассмотрим, как спроектировать и построить экспертную систему для идентификации объектов в заданной ПО.
В нашем примере экспертная система поможет выбрать фотоаппарат в соответствии с нашими требованиями, опытом и финансовыми возможностями.
Этот пример позволит понять, как строить идентификационную ЭС в любой другой проблемной области.
Для простоты ограничимся случаем, когда пользователь может точно ответить на вопрос о наличии или отсутствии того или иного признака (детерминированная экспертная система).
Начнем с того, что сформулируем знания по указанному вопросу.
Лабораторная работа 78 «Построение машины вывода для экспертной системы реляционного типа»
4 Рис 1. Дерево решений (орграф), отражающее знания ЭС Таблица 1. Управление переходами состояний Начальное Конечное Конец Ответ пользователя состояние состояние поиска Нет, я ограничен(а) в бюджете Да, я не ограничен(а) в средствах Качество фотографий Стоимость фотоаппарата Наличие видео съемки Нет, не умею Да, есть опыт Меньше года Больше года В помещении На улице, на природе Нет, я не планирую фотографировать в студии 4
5 Да, я планирую фотографировать в студии Портреты Пейзажи Всё Нет, только фотоаппаратом Да, хочу максимально задействовать всю технику Таблица 1 «Управление переходами состояний» используется для реализации работы Машины вывода (Решатель). Она управляет «движением» системы от одного состояния к другому по дереву решений или выдает РЕШЕНИЕ экспертной системы и останавливается, если встречает «1» в столбце «Конец поиска». В этом случае система должна будет выдать пользователю окончательное решение и объяснить, как было получено принятое решение. Варианты выполнения работы варианта Тема 1 Фотоаппараты 2 Видеокамеры 3 Системные блоки ПК 4 Видеомониторы 5 Принтеры 6 Планшеты 7 Смартфоны 8 Телевизоры 9 Смартдоски 10 Проекторы 11 Аудиоплееры 12 Проигрыватели оптических дисков Ход выполнения работы 1. Студент самостоятельно выбирает проблемную область (ПО) и задачу, для решения которой он будет строить ЭС (в соответствии с номером своей фамилии в списке группы и приведенным выше списком вариантов). 2. Проводит онтологические исследования, составляет словарь терминов и определяет взаимосвязи объектов в выбранной ПО 1 ; 3. Строит концептуальную модель знаний определяет важные объекты, их свойства и связи между ними; 4. Строит систему декларативных знаний. 5. Строит дерево решений (решатель) на основе имеющихся декларативных знаний. 6. Показывает, обсуждает и уточняет вместе с преподавателем на практическом занятии и на лабораторной работе концептуальную модель и построенное дерево решений. 7. Создает таблицу управления переходами состояний и программирует ее для ввода в ЭВМ. 8. Показывает и уточняет вместе с преподавателем построенную Таблицу 1 «Управление переходами состояний». 1 Для этого целесообразно использовать таблицы свойств ТСО, предложенные в лаб. раб