Лекция по "Экономической теории"

Приведем конкретные данные по системе КЛАСС [7]. Для - создания базы знаний по семи коматозным заболеваниям (классифицируются 2304 состояния пациента) потребовалось 12 ч работы эксперта, по 14 болезням, начинающимся с болевого синдрома в области живота (около 20 тыс. состояний), - 60 ч. Разработка первой базы знаний заняла примерно семь дней, второй — около месяца.

Система ДИФКЛАСС позволяет  классифицировать в среднем до 700 состояний объекта исследования в час [13].

 

11.7. Проверка  качества баз знаний

 

Основным критерием  проверки построенных баз знаний является степень совпадения решений, содержащихся в ней и принятых экспертом, который участвовал в создании этой базы знаний. Для небольших по размеру задач (порядка 100 диагностических правил) эксперт мог оценить каждую ситуацию. Через некоторое время (две - три недели) он строил ту же базу знаний с помощью разработанной человекомашинной системы. Появлялась возможность сравнить ответы экспертов, полученные двумя разными способами.

Эксперты, решавшие задачу с малым числом противоречий, т.е. имевшие четкие правила, показали почти полное совпадение своих решений. Для больших баз знаний сравнение проводилось по отдельным ситуациям; совпадение было практически полным. Следовательно, созданная база знаний служит хорошим отражением личности эксперта, его «двойником» в определенной предметной области.

 

12. Граничные элементы классификации

Построенную классификацию  можно охарактеризовать с помощью граничных элементов. Назовем граничным элементом состояние, которое в соответствии с построенной классификацией: а) принадлежит множеству Э-П; б) может оказаться в другом классе при изменении только одного значения одного диагностического признака. Граничные элементы называются так потому, что они находятся на границе между двумя классами решений (они имеют значения признаков, характерных для каждого из классов).

Отметим, что при построении классификации граничные элементы не могут быть проверены при помощи отношения доминирования по характерности, поэтому они предъявляются эксперту повторно после построения классификации. Оказывается, что граничные элементы могут быть применены для описания правил классификации, подсознательно используемых экспертами.

 

13. Решающие  правила экспертов

Исследования показали [10], что граничные объекты классов могут быть достаточно точно описаны сравнительно небольшим числом правил, имеющих структуру дерева (рис. 9.1).

На рис. 9.1 верхний кружок (корень дерева) представляет совокупность значений диагностических признаков, наиболее важных для данного класса (с точки зрения эксперта). К ним добавляется определенное количество характерных для данного класса значений менее важных признаков (нижние кружки). Например, при пяти диагностических признаках правило для класса Р, может иметь вид: характерные для первого класса значения второго и четвертого признаков (они обязательно присутствуют), к которым нужно добавить любые два характерных для Р, значения из оставшихся трех признаков.

 

 

 

 

 

 

 

                                          Рнс 9.1. Структура решающего правила

 

Важно отметить, что как  полная совокупность граничных объектов, так л описывающие их решающие правила могут быть получены только при построении полной и непротиворечивой базы знаний, содержащей решения эксперта по отношению ко всем возможным объектам. Частичная база знаний не дает представления о фактических решающих правилах, используемых экспертом.

Эксперименты,   проведенные   с   помощью   системы   ДИФКЛАСС  в задачах дифференциальной диагностики, позволили получить новые данные о системах решающих правил, используемых экспертами [12, 13]. Эти результаты можно кратко характеризовать следующим образом.

1. Граничные элементы  могут быть описаны набором простых по структуре диагностических правил.

2. Каждое из правил  описывает часть граничных элементов, разделяющих классы решений.

3. Эксперт тратит на  классификацию граничного элемента  в два — три раза больше  времени, чем на классификацию  состояния объекта, находящегося внутри класса.

4. Количество решающих  правил ограничено объемом кратковременной  памяти и не превышает восьми.

5. Чаще всего решающее  правило представляет собою дерево, построенное на значениях диагностических признаков. Наиболее существенные для класса решений значения находятся в корне этого дерева. К ним добавляется совокупность сочетаний значений других признаков (например, не более двух характерных значений для этого класса из четырех признаков).

6. Основными подсознательными  операциями, выполняемыми экспертами, являются:

•   выделение в  описании объекта наиболее информативных  значений признаков (соответствующих  корню дерева);

•   подсчет количества характерных для данного класса и равно-информативных значений других признаков.

Приведенные результаты позволяют понять, как эксперт  осуществляет классификацию объектов, описываемых многими признаками. Наиболее вероятный, согласующийся  с известными данными, процесс классификации состоит в следующем:

1. на основании многолетней практики эксперт «запасает» в своей долговременной памяти совокупность решающих правил, позволяющих описать границы классов решений. Число этих правил невелико и чаще всего не превышает объема кратковременной памяти;

2) при предъявлении  очередного объекта эксперт «переносит» в кратковременную память решающие правила, сравнивает с ними объект и относит его к соответствующему классу решений. Если эти правила не позволяют классифицировать объект, он заменяет "их другими из полного множества правил, заранее выработанных на основе своей долголетней практики.

14. Система  диагностики заболеваний группы  «Острый живот», построенная на  основе метода

экспертной  классификации 

Метод экспертной классификации, реализованный в виде человекомашинных систем экспертного опроса, использовался  для разработки медицинских диагностических  систем (ДС), предназначенных для  морских кораблей [16].

Работа медицинского персонала на кораблях имеет свою специфику. Она обусловлена, с одной стороны, необходимостью своевременной и точной диагностики заболеваний личного состава (для его эвакуации в случае необходимости), а с другой — ограниченностью имеющихся в распоряжении врача диагностических средств. Важной особенностью является и то, что большинство медицинского персонала кораблей — молодые врачи с небольшим стажем работы. В связи с этим цель проводимой работы заключалась в разработке ДС-советчика для молодого, недостаточно опытного врача, работающего без контактов с высококвалифицированными специалистами (корабль, экспедиция и т. п.).

Для повышения эффективности  ДС при ее разработке максимально учитывались особенности практического применения системы. Был определен перечень заболеваний, которые должна уметь диагностировать система. При разработке ДС учитывалось, что система предназначена для диагностики заболеваний у ограниченного контингента больных - мужчин в возрасте 25—45 лет.

Большую сложность в  современной хирургии представляет диагностика острых хирургических заболеваний органов брюшной и грудной полостей, объединяемых в группу «Острый живот». Многие заболевания этой группы очень опасны для здоровья и жизни больного и требуют немедленного хирургического вмешательства. Необходимость своевременной диагностики заболеваний группы «Острый живот» обусловлена и тем, что ряд из них имеет похожую или близкую симптоматику и в то же время требует разного лечения.

Для диагностики были отобраны заболевания, которые наиболее часто встречаются в практической деятельности хирурга корабля.   Множество  диагностируемых   заболеваний   составили десять заболеваний группы  «Острый живот»: острый аппендицит;   острый  холецистит;  острый  панкреатит;  прободная  язва желудка и двенадцатиперстной кишки; острая кишечная непроходимость; тромбоэмболия брыжеечных сосудов; желудочно-кишечное кровотечение; закрытая травма живота с повреждением внутренних органов, перитонит. Проводилась также диагностика симулирующих «острый живот» заболеваний: кишечная и почечная колики; острый гастрит; пищевое отравление; инфаркт миокарда (абдоминальная форма); плевропневмония.

Для дифференциальной диагностики  перечисленных заболеваний было выделено 42 признака, доступных определению традиционными методами обследования. Они включают жалобы больного и его анамнез, а также данные осмотра, пальпации (прощупывания), перкуссии и аускультации. Кроме того, предусмотрены признаки, отражающие результаты дополнительных методов исследования, которые могут быть проведены в условиях медицинской службы корабля. Сюда относятся лабораторные показатели: лейкоциты, эритроциты и гемоглобин в периферической крови, лейкоциты и эритроциты в моче, а также обзорная рентгенография органов брюшной и грудной полостей и ЭКГ. Для каждого признака были определены его возможные значения, соответствующие диагностируемым заболеваниям.

Заметим, что в рассматриваемой  задаче маловероятно одновременное наличие у больного нескольких заболеваний. Однако сложность диагностики острых хирургических заболеваний органов брюшной полости приводит к тому, что даже учет 42 признаков не гарантирует постановку точного, однозначного диагноза. В результате заключение ДС может содержать несколько подозреваемых заболеваний, но при этом данные обследования больного позволяют, как правило, выделить среди них группы заболеваний с более сильной степенью подозрения.

Использование характерности  значений признаков для различных заболеваний позволило организовать в системе имитацию динамики наблюдения за больным: в случаях, когда система ставит неоднозначный диагноз, она выдает совет врачу повторить осмотр больного через определенное время и указывает признаки, на изменение которых надо обратить особое внимание (выявленные при первичном осмотре признаки, одинаково сильно характерные для подозреваемых заболеваний). Следует отметить, что работу лечащего врача с системой заключается не только в постановке и уточнении диагноза, но и в выборе лечения в зависимости от наблюдаемой у больного симптоматики.

Проверка правильности решающих правил проводилась как  самим врачом-экспертом (правильность постановки диагноза в типичных и атиличных состояниях), так и, в ходе опытной эксплуатации системы в госпитале (проверка на реальных больных). Результаты проверки работы системы «Острый живот» в госпитале приводятся в табл. 9.1.

Из приведенных данных видно, что процент правильных диагнозов, устанавливаемых системой «Острый  живот», достаточно высок. Более того, при ее опытной эксплуатации в течение полутора лет в госпитале в 11,1% случаев система предлагала более точный диагноз, чем зрач, проводящий первичный осмотр больного.

Изложенный выше подход к построению полных и непротиворечивых баз знаний основан на имитации привычного поведения эксперта. Как оказалось, данный подход позволяет точно следовать логике рассуждений эксперта и с большой точностью воспроизводить его решения. Так, уже после построения базы знаний, содержащей огромное число диагностируемых состояний, эксперту - автору базы знаний было предъявлено 36 описаний сложных состояний, в которых (по правилам, содержащимся в базе знаний) система выдвигала подозрения одновременно на нескольке (более двух) заболеваний. Эксперту было предложено заново рассмотреть эти состояния, причем компьютерный диагноз ему не сообщался.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица   9.1

Результаты работы системы «Острый  живот»

 

 

 

Нозологическая форма	Число верифицированных случаев	Совпадения компьютерного и  окончательного диагнозов, %
Острый аппендицит Острый холецистит              Острый панкреатит             Прободная язва желудка и двенадцатиперстной кишки                                                         Желудочно-кишечное кровотечение                                     Закрытая травма живота                   Тромбоз мезентериальяых сосудов                                                 Перитонит                                           Почечная колика                               Кишечная колика                              Гастрит, пищевая токси-коинфекция                                          Острая пневмония, плевропневмония                                       Острый инфаркт миокарда (абдоминальная форма) Острая кишечная непроходимость	207 68 41     38   42 54   4   77 230 87   31   30     5   32	97,7 96,8 93,1     96,7   97,1 94,1   3 случая совпадений    96,1 98,1 97,4   94,1   94,5     3 случая совпадений    95,4

 

     Эксперт  проделывал эту работу дважды, с месячным интервалом, и его ответы показали высокую степень совпадения с правилами, содержащимися в базе знаний созданной им системы. В 16 случаях из 36 ответы эксперта и системы совпали полностью, в 17 случаях совпадали заболевания, указанные с высокой степенью подозрения, хотя и были различия в диагностике относительно слабо подозреваемых заболеваний. И только в трех случаях ответы частично не совпадали. Этот результат представляется весьма удовлетворительным, если учесть большую сложность построенной системы.