Этапы проектирования интеллектуальных систем.

Глава 7. Разработка и проектирование интеллектуальных систем.

Этапы проектирования интеллектуальных систем.

Проектирование интеллектуальных систем— это итеративный и эволюционный процесс, в котором участвуют несколько специалистов: эксперт, обладающий знания­ми о предметной области и желающий помочь работе по созданию системы, а также специалисты в области искусственного интеллек­та — инженеры знаний, аналитики и программисты. В зависимости от объема и трудоемкости работ группа может состоять из трех — шести человек.

При оценке проблемной области на этапе проектирования интеллектуальных СПР необходимо учитывать следующие факторы: легкость сбо­ра данных, представимость данных, оправданность затрат на раз­работку интеллектуальных систем, наличие экспертов, наличие необходимых ресурсов (компьютеров, программистов, программного обеспечения и т. д.).

После анализа проблемной области и определения целесообраз­ности внедрения интеллектуальной системы в этой сфере присту­пают непосредственно к проектированию системы.

Существуют различные взгляды на определение числа этапов проектирования интеллектуальных систем. Это зависит от многих факторов, в част­ности от характера функций будущей интеллектуальной системы, области использова­ния, наличия развитых инструментальных средств и т. д.

В [50] предлагается, процесс построения систем ИИ раз­делить на пять этапов (рис. 7.1).

1. Идентификация определения задач и идентификация их характеристик. На этом этапе устанавливаются задачи, которые предполагается решать, их характеристики и особенности. Разра­батывается техническое задание на проектируемую систему. Далее очерчивается круг пользователей системы. Эти сведения помогут в дальнейшем правильно определить область знаний эксперта, оп­ределить функции системы и, как следствие, уровень необходимых знаний. В результате вырабатываются определенные требования.

 

Рис.7.1 Этапы проектирования ИИ

2. Выделение главных концепций предметной области, которые отражают знания круга экспертов. Это дает возможность анали­зировать тип знаний, которыми оперирует эксперт в процессе при­нятия решений. Инженер знаний определяет формальные средства представления знаний и процедуры получения решений, в наиболь­шей степени соответствующие характеру рассуждений эксперта при выводе решения.

Таким образом, в результате выполнения этого этапа выявля­ется и формулируются понятия, определяющие выбор характерной схемы представления знаний эксперта о предметной области.

3. Выбор формализма представления знаний и определение механизма вывода решений. Эти компоненты моделирования в значи­тельной степени влияют на успешное решение поставленной зада­чи по проектированию системы.

Разработанная структура для представления знаний является основой для реализации следующего этапа — непосредственного построения базы знаний системы.

4. Выбор или разработка языка представления знаний. После того как правила сформулированы и представлены на выбранном языке представления, они заносятся инженером знаний в БЗ.

5. Тестирование системы.

Работоспособность системы определяется путем решения кон­кретных проверочных задач. При выявлении различных недостат­ков происходит обращение к тому или иному этапу разработки в зависимости от характера недостатков. При отсутствии каких-либо знаний в системе ИИ или их недостаточной определенности возвращаются к этапу 4 и по возможности вносят поправки. В слу­чае если какие-либо знания, представленные экспертом практиче­ски невозможно представить в пределах формализма выбранной модели представления знаний, то возвращаются к этапу 3 и вы­бирают альтернативные модели или схемы представления знаний. Возможно, что причиной возврата может служить недостаточно адекватный базовый механизм логического вывода. Возникают ситуации, когда требуется переформулирование проблемы, так как исходная постановка задачи была неправильной.

Приведенная схема последовательности работ, на наш взгляд, достаточно полно и подробно раскрывает процесс проектирования ИИ, но некоторые важные этапы, связанные с созданием ряда функ­циональных модулей систем ИИ, не рассмотрены. Более подробный перечень работ при проектировании интеллектуальных систем:

- извлечение знаний из эксперта и передача их системе;

- выбор способа представления знаний в системе;

- выбор стратегии вывода (управления);

- выбор подсистемы объяснения;

- выбор подсистемы взаимодействия с пользователем;

- выбор адекватных средств реализации системы. Однако здесь, уже отсутствуют некоторые важные этапы, описанные выше.

Как уже отмечалось, содержание работ, число этапов проекти­рования интеллектуальных систем, последовательность их выполнения зависят от целого ряда объективных и субъективных факторов. Однако многие этапы и содержание работ являются общими и необходимыми для интеллектуальных систем практически всех типов. Ниже приводится перечень таких этапов и их составляющих:

1. Описание проблемной области: определение проблемной об­ласти, показывающее важность проблемы для всей организации; определение проблемных экспертов, желающих передать эксперти­зы (знания) базе знаний; подготовка и объявление плана разви­тия.

2. Персонал: определение группы проектировщиков и соответ­ствующих заданий; назначение квалифицированного руководителя проекта; установление и проведение в жизнь твердой линии управ­ления.

3. Принятие проекта: проведение организационного заседания; обсуждение основного подхода к проблеме; подготовка специаль­ного -плана развития; подготовка к монтажу необходимых техниче­ских средств и инструментария.

4. Прототип системы: развитие системного прототипа: тестиро­вание; получение дополнительной информации о проблемной обла­сти по результатам тестирования.

5. Развитие полной системы: расширение базы знаний прототи­па; оценивание структуры интерфейса пользователя; объединение средств обучения пользователей и документации.

6. Верификация системы: вовлечение в процесс проверки экспер­тов и потенциальных пользователей; обеспечение функционирова­ния системы в соответствии с проектом.

7. Интеграция системы: выполнение полной системы, как пла­нировалось; обеспечение совместимости и взаимодействия системы с уже действующими.

8. Поддержка системы: обеспечение непрерывной поддержки системы; модернизация БЗ в случае поступления новой информа­ции; сохранение ответственности за систему.

9. Документация: подготовка полной документации системы; подготовка руководства для пользователя; организация консульта­ций пользователям.

Этапы создания интеллектуальных систем не являются четко очерченными и под­робно регламентированными. Между некоторыми из них трудно провести временную и содержательную границу. Они в какой-то степени приблизительно описывают процесс проектирования интеллектуальных систем.

Стадии существования интеллектуальных систем (или жизненные циклы системы) соответствуют уровню готовности системы, завершенности ее функциональных возможностей, реализуемых инструментарием. Определяют следующие стадии существования интеллектуальных систем: демонстрационный прототип; исследовательский прототип; действующий прототип; промышленная система; коммерческая система.

Демонстрационный прототип — это состояние разработанности системы, когда она решает некоторую часть проблемных задач. При разработке демонстрационного прототипа стремятся достичь противоречивых целей: с одной стороны, система на стадии демон­страционного прототипа должна выполнять задачи, которые бы до­вольно полно характеризовали ее возможности, с другой стороны, эту стадию стремятся пройти как можно быстрее. Работа демон­страционного прототипа может быть признана удовлетворительной, если он оперирует минимальным набором правил, достаточным для решения некоторых задач. Время разработки колеблется от двух месяцев до года.

Исследовательский прототип проектируется в течение 1,5...2 лет. На этой стадии развития системы ее БЗ уже содержит не­сколько сотен правил, которые достаточно адекватно описывают предметную область.

Действующий прототип интеллектуальных систем осуществляет качественный вывод решений на расширившемся пространстве правил, достигшем порядка 1000. Поэтому для вывода сложных решений требую большие ресурсы времени и памяти.

Промышленные системы обеспечивают высокий уровень качества решения проблем предметной области при значительных уменьшениях времени решения и требуемой памяти. Количество правил возрастает не столь значительно по сравнению с действу­ющим прототипом. На этой стадии происходит преобразование дей­ствующего прототипа за счет расширения числа правил и совер­шенствования интеллектуальных систем на базе использования более эффективных, инструментальных средств. Это требует примерно 3... 4 года.

Коммерческая система предназначена в основном для продажи. Она является либо проблемно-ориентированной, либо проблемно-независимой.