Экспертные системы

Введение.

 

Экспертные системы (ЭС)- это яркое и быстро прогрессирующее направление в области искусственного интеллекта (ИИ). Причиной повышенного интереса, который ЭС вызывают к себе на протяжении всего своего существования, является возможность их применения к решению задач из самых различных областей человеческой деятельности. Пожалуй, не найдется такой проблемной области, в которой не было бы создано ни одной ЭС или по крайней мере, такие попытки не предпринимались бы.1

. Экспертные системы –  это новый класс автоматизированных информационных систем, основанных на искусственном интеллекте и представляющих собой симбиоз автоматизированных информационных систем. ЭС состоят из базы знаний, набора правил и механизма вывода и позволяют на основании правил и предоставляемых пользователем фактов распознать ситуацию, поставить диагноз, сформулировать решение иди дать рекомендацию для выбора действий. Их ещё называют системами поддержки принятия решений.

В настоящее время «классическая» концепция экспертных систем, сложившаяся в 70-80 годах прошлого века, переживает серьезный кризис, по всей видимости связанный с её глубокой ориентацией на общепринятый в те годы текстовый человеко-машинный интерфейс, который в настоящее время в пользовательских приложениях почти полностью вытеснен графическим (GUI). Кроме того, «классический» подход к построению экспертных систем плохо согласуется с реляционной моделью данных, что делает невозможным эффективное использование современных промышленных СУБД для организации баз знаний таких систем. Все приводимые в литературных и интернет-источниках примеры «известных» или «распространенных» экспертных систем на самом деле относятся к 80-м годам прошлого столетия и в настоящее время давно не существуют, либо безнадежно устарели и поддерживаются лишь немногочисленными энтузиастами. С другой стороны, нередко в качестве маркетингового хода экспертными системами объявляются современные программные продукты, в «классическом» понимании таковыми не являющиеся (например, компьютерные справочно-правовые системы). Предпринимаемые энтузиастами попытки объединить «классические» подходы к разработке экспертных систем с современными подходами к построению пользовательского интерфейса (проекты CLIPS Java Native Interface, CLIPS.NET и др.) не находят поддержки среди крупных компаний-производителей программного обеспечения и по этой причине остаются пока в экспериментальной стадии.2

 

1.Понятие экспертной системы.

 

Систему искусственного интеллекта, построенную на основе высококачественных специальных знаний о некоторой предметной области (полученных от экспертов – специалистов этой области), называют экспертной системой.3

Экспертные системы относятся к числу интеллектуальных вычислительных систем и предназначены для моделирования, или имитации поведения опытных специалистов-экспертов при решении задач по какому-либо узкому вопросу. Экспертные системы призваны оказывать помощь специалистам, когда их собственных знаний, опыта и интуиции не хватает для самостоятельного решения возникающих проблем.

Такие системы представляют собой машинные программы, решающие задачи примерно так же, как решает их эксперт в реальной обстановке. Это позволяет накапливать, систематизировать и сохранять знания и профессиональный опыт тех экспертов, которые выполняют конкретные задачи наилучшим образом, в первую очередь в тех областях, где задачи и их решения формализованы слабо или совсем не формализованы (не структурированы), а именно в машиностроении, вычислительной технике, информатике, медицине, биологии, геологии, ядерной энергетике, ядерной физике, экономике, истории, военном деле.

Таким образом, экспертные системы – это программы, моделирующие образ мышления человека–эксперта на основе механизмов логического вывода и эвристических методов.

 В литературе приводятся разные определения ЭС. В настоящее время отсутствует единое определение ЭС. Наиболее часто встречающимся  является следующее.

Экспертная система — это вычислительная система, включающая знания специалистов о некоторой конкретной предметной области и способная принимать решения в пределах этой области,  качество которых соответствует решениям, принимаемым экспертами-людьми.4

Также в литературе встречается определение, одобренное Комитетом по экспертным системам Британского компьютерного общества: - это система, объединяющая возможности компьютера со знаниями и опытом экспертов в такой форме, что система может предложить РАЗУМНЫЙ СОВЕТ или осуществить РАЗУМНОЕ РЕШЕНИЕ задач. Такая система должна уметь объяснять из своих рассуждений в понятной форме.5

Экспертные системы выдают советы, проводят анализ, выполняют классификацию, дают консультации и ставят диагноз. Они ориентированы на решение задач, обычно требующих проведения экспертизы человеком-специалистом. В отличие от машинных программ, использующий процедурный анализ, экспертные системы решают задачи в узкой предметной области (конкретной области экспертизы) на основе дедуктивных рассуждений. Такие системы часто оказываются способными найти решение задач, которые неструктурированны и плохо определены. Они справляются с отсутствием структурированности путём привлечения эвристик, то есть правил, взятых «с потолка», что может быть полезным в тех системах, когда недостаток необходимых знаний или времени исключает возможность проведения полного анализа.

Состав ЭС:

По своему составу экспертная система - это совокупность банка данных (база данных или знаний)  в какой-либо специальной области знаний  и базы моделей их математического анализа (методы, алгоритмы сравнительного анализа информации), способная осуществить разумное решение поставленной задачи в данной предметной области. В отличие от обычных банков или баз данных ЭС содержит знания, отражающие основные понятия рассматриваемой области и отношения между этими понятиями.6

Основу ЭС составляет база знаний, хранящая множество фактов и набор правил, полученных от экспертов и из специальной литературы.

Основными компонентами информационной технологии, используемой в экспертной системе, являются:

- интерфейс пользователя;

- база знаний;

- интерпретатор;

- модуль создания системы. [2]

Интерфейс пользователя. Менеджер (специалист) использует интерфейс для ввода информации и команд в экспертную систему и получения выходной информации из нее. Команды включают в себя параметры, направляющие процесс обработки знаний. Информация обычно выдается в форме значений, присваиваемых определенным переменным. Менеджер может использовать четыре метода ввода информации:

- меню;

- команды;

- естественный язык;

- собственный интерфейс.

Технология экспертных систем предусматривает возможность получать в качестве выходной информации не только решение, но и необходимые объяснения.7

Различают два вида объяснений:

- объяснения, выдаваемые  по запросам. Пользователь в любой  момент может потребовать от  экспертной системы объяснения  своих действий;

- объяснения полученного  решения проблемы. После получения  решения пользователь может потребовать  объяснений того, как оно было получено. Система должна пояснить каждый шаг своих рассуждений, ведущих к решению задачи.

Хотя технология работы с экспертной системой не является простой, пользовательский интерфейс этих систем является дружественным и обычно не вызывает трудностей при ведении диалога.

База экспертных знаний содержит факты, описывающие проблемную область, а также логическую взаимосвязь этих фактов. Центральное место в базе знаний принадлежит правилам. Правило определяет, что следует делать в данной конкретной ситуации, и состоит из двух частей:

- условия, которое может  выполняться или не выполняться;

- действия, которое следует  произвести, если условие выполняется.

Все используемые в экспертной системе правила образуют систему правил, которая даже для сравнительно простой системы может содержать несколько тысяч правил. Интерпретатор — это часть экспертной системы, производящая в определенном порядке обработку знаний (мышление), находящихся в базе знаний. Технология работы интерпретатора сводится к последовательному рассмотрению совокупности правил (правило за правилом). Если условие, содержащееся в правиле, соблюдается, выполняется определенное действие, и пользователю предоставляется вариант решения его проблемы.8

Кроме того, во многих экспертных системах вводятся дополнительные блоки:

- блок расчета;

- блок ввода и корректировки  данных.

Блок расчета необходим в ситуациях, связанных с принятием управленческих решений. При этом важную роль играет база данных, где содержатся плановые, физические, расчетные, отчетные и другие постоянные или оперативные показатели.

Блок ввода и корректировки данных используется для оперативного и своевременного отражения текущих изменений в базе данных.

Модуль создания системы служит для создания набора (иерархии) правил. Существуют два подхода, которые могут быть положены в основу модуля создания системы:

- использование алгоритмических  языков программирования;

- использование оболочек  экспертных систем.

Оболочка экспертных систем представляет собой готовую программную среду, которая может быть приспособлена к решению определенной проблемы путем создания соответствующей базы знаний. В большинстве случаев использование оболочек позволяет создавать экспертные системы быстрее и легче в сравнении с программированием.

ЭС обладает способностями к накоплению знаний, выдаче рекомендаций и объяснению полученных результатов, возможностями модификации правил, подсказки пропущенных экспертом условий, управления целью или данными. ЭС отличают следующие характеристики:

• интеллектуальность;
• простота общения с компьютером;
• возможность наращивания модулей;
• интеграция неоднородных данных;
• способность разрешения многокритериальных задач при учете предпочтений лиц, принимающих решения (ЛПР);
• работа в реальном времени;
• документальность;
• конфиденциальность;
• унифицированная форма знаний;
• независимость механизма логического вывода;
• способность объяснения результатов.

На практике экспертные системы используются, прежде всего, как системы-советчики в тех ситуациях, где специалист сомневается в выборе правильного решения. Экспертные знания, хранящиеся в памяти системы, более глубокие и полные, чем соответствующие знания пользователя. При работе в оперативном режиме, когда времени для обдумывания и выбора решений у человека очень мало (например, при возникновении аварийной ситуации в энергосистеме или в летящем самолете), неправильное решение принимается не потому, что человек не смог найти лучшего, а в силу его психических особенностей. Стресс приводит к тому, что даже очевидные решения бывает найти не так-то просто. В этих случаях можно использовать системы-подсказчики. По сложившейся ситуации такая система начинает давать советы в темпе, достаточном для того, чтобы человек на них прореагировал. 9

Технология экспертных систем используется для решения различных типов задач: интерпретации предсказания, диагностики, планирования, конструирования, контроля, отладки, инструктажа, управления.

Решения экспертных систем обладают «прозрачностью» и могут быть объяснены пользователю на качественном уровне. Это свойство экспертных систем обеспечивается их способностью рассуждать о своих знаниях и умозаключениях. Экспертные системы способны пополнять свои знания в ходе взаимодействия с экспертом.

Отличиями экспертных систем от обычных компьютерных являются:

 • экспертные системы манипулируют знаниями, тогда как любые другие системы — данными;

• экспертные системы, как правило, дают эффективные оптимальные решения и способны иногда ошибаться, но в отличие от традиционных компьютерных систем они имеют потенциальную способность учиться на своих ошибках.

Главным достоинством экспертных систем является возможность накопления знаний и сохранение их длительное время. В отличии от человека, к любой информации экспертные системы подходят объективно, что улучшает качество проводимой экспертизы. При решении задач, требующих обработки большого объема знаний, возможность возникновения ошибки при переборе очень мала.

 

2. Цели создания и задачи, решаемые при использовании экспертных систем в юридической практике.

Экспертные системы в области  права - это системы, в которых  на основе специально систематизированной  правовой информации решаются конкретные задачи юридической практики. Данные системы при решении определенного класса задач могут заменить собой эксперта-юриста. Привлекая знания экспертов, заложенные в их информационный банк данных, они объясняют, аргументируют и делают выводы. Существенно, что система объясняет выбранные стратегии решения и даже цитирует источники, в ней используемые.10