Экспертные системы принятия решений

Содержание

Введение

1. Состояние работ  в области экспертных систем 

2. Анализ состояния статических экспертных систем

3. Анализ состояния  динамических экспертных систем

Заключение

Литература

Введение

В начале восьмидесятых годов в исследованиях по искусственному интеллекту сформировалось самостоятельное направление, получившее название "экспертные системы" (ЭС). Цель исследований по экспертным системам состоит в разработке программ, которые при решении задач, трудных для эксперта-человека, получают результаты, не уступающие по качеству и эффективности решениям, получаемым экспертом.

Программные средства (ПС), базирующиеся на технологии экспертных систем получили значительное распространение в мире. Важность экспертных систем состоит в следующем:

технология экспертных систем существенно расширяет круг практически значимых задач, решаемых на компьютерах, решение которых приносит значительный экономический эффект;

технология ЭС является важнейшим средством в решении глобальных проблем традиционного программирования: длительность и, следовательно, высокая стоимость разработки сложных приложений; высокая стоимость сопровождения сложных систем, которая часто в несколько раз превосходит стоимость их разработки; низкий уровень повторной используемости программ и т.п.;

объединение технологии ЭС с технологией традиционного программирования добавляет новые качества к программным продуктам за счет: обеспечения динамичной модификации приложений пользователем, а не программистом; большей "прозрачности" приложения (например, знания хранятся на ограниченном ЕЯ, что не требует комментариев к знаниям, упрощает обучение и сопровождение); лучшей графики; интерфейса и взаимодействия.

1. Состояние работ  в области экспертных систем

Американские специалисты распределяют инструментальные средства (ИС) для создания ЭС (СОЗ) по следующим секторам рынка: персональные компьютеры (ПК) и компьютеры фирмы "Макинтош" (МАК), рабочие станции (РСт), большие ЭВМ (БЭВМ), символьные ЭВМ (СЭВМ), проблемно/предметно-ориентированные (ППО).

Практически все разработчики ИС, ориентированных на создание статических ЭС (Trinzic (AionDS), Inference (Art*Enterprise), Neuron Data (Nexpert Object\Smart Elements), Inference (KAPPA\OMW)) подают себя не как ИС для создания ЭС, а как ИС для проведения автоматизации бизнес-процессов (БПА) (Business Process Automation - BPA)

Все ведущие производители ИС для ЭС (Gensym, Inference, Intellicorp, Neuron Data) безоговорочно признали и реализуют проблемно-предметную ориентацию инструментальных средств. Наибольшего коммерческого успеха в этом направлении добилась фирма Gensym со своими продуктами: G2, GDA, DSP, NeurOn-Line, Rethink.

В проблемно/предметно-ориентированных ИС можно выделить следующие поднаправления:

1) ИС для динамических  экспертных систем реального  времени, используемых в управлении технологическими процессами и имитационном моделировании;

2) ИС для систем-советчиков (help-desk application);

3) ИС для систем, основанных на прецедентах.

В области ИС динамических ЭС доминирующие позиции занимает фирма Gensym (G2, GDA, NOL, DSP), затем идут Talarian (RTworks) и Comdale Technologies (Comdale/C, Comdale/X).

В области ИС для систем-советчиков лидирующие позиции у фирм Software Artistry (Expert Advisor) и Carnegie Group (TestBench). Заметное место занимают фирмы Intellisys, Emerald Intelligence, ServiSoft.

В области ИС для систем, основанных на прецедентах, безусловным лидером является фирма Inference (ИС - CBR Express, CasePoint, HelpDeskSeries). Следующие позиции занимают Cognitive Systems (ReMind) и Esteem Software (ESTEEM).

 

• 2. Анализ состояния статических экспертных систем

Состояние статических ЭС и ИС можно охарактеризовать следующим образом.

По типу приложений большинство ЭС являются интегрированными и открытыми. ЭС, реализуемые на рабочих станциях, как правило, используют архитектуру клиент-сервер. Однако на ПК и больших ЭВМ архитектура клиент-сервер еще не стала доминирующей.

По типу проблемной среды статические ЭС разрабатываются в средах типа 1, 2 и 3

При этом в средах типа 1 и 2 используются простые ЭС, реализованные на ПК, а в средах типа 3 - сложные ЭС, реализованные, как правило, на рабочих станциях (следующее место занимают большие ЭВМ и символьные ЭВМ).

ИС для сред типа 1 и 2 представляют данные в виде атрибутов и их значений, а исполняемые утверждения - либо в виде дерева решений (без правил), либо в виде специализированных (частных) правил

Для представления сред типа 3 в последнее время используются гибридные ИС, в которых возможности объектно-ориентированного программирования объединяются с общими правилами. Примерами современных гибридных статических ИС являются: ADS (5.1), Level 5 Object, Kappa.

Рассмотрим более подробно ИС, распространенные в США. Сначала проанализируем ИС общего назначения (малые, средние, большие и символьные), а затем проблемно/предметно-ориентированные.

Ниже приведены характеристики и названия ИС общего назначения по типам используемых ЭВМ.

Характеристики ИС для ЭС (США)

Малые ИС (23 фирмы):

1. Представление: специализированные правила и  простые механизмы вывода.

2. Изолированные  и интегрированные ЭС.

3. Доступ к  базам данных (БД) (dBase III) и интегрированным пакетам (Lotus I-2-3)

4. Оперативная  память 512 Кбайт - 4 Мбайта; жесткий диск  не обязателен.

5. Встречаются  индуктивные методы и гиперсредства.

6. Среда программирования. MS Windows, С, Pascal.

Средние ИС (10 фирм):

1. Представление: гибридные средства; специализированные  и общие правила; классы объектов

2. Интегрированные  ЭС.

3. Доступ к  БД (Oracle, dBase, RDb, DB2, VMS) и Lotus, X Windows

4. Оперативная  память 8 - 32 Мбайт; требуется жесткий диск.

5. Встречаются  индуктивные методы и гиперсредства.

6 Среда программирования: UNIX, WindowsNT, С, Pascal, Modula II, Fortran.

Большие ИС (5 фирм):

1 Представление: гибридные средства; специализированные  и общие правила, классы объектов

2 Интегрированные  ЭС.

3. Доступ к  БД (DL/1, DB2, Oracle, Sybase, SQL/DS, ADABAS).

4. Оперативная  память 8 - 64 Мбайт; требуется жесткий  диск.

5. -

6. Среда программирования: MVS, Unix, С, Pascal, PL/1.

Символьные ИС (5 фирм):

1. Представление: гибридные средства; общие и специализированные правила, классы объектов; альтернативные меры.

2. Интегрированные  ЭС.

3. Доступ к  БД (dBase, DB2, IMS, Oracle).

4. Оперативная  память 8 - 32 Мбайт; требуется жесткий  диск.

5. -

6. Среда программирования: MVS, Unix, диалекты Лисп.

Наиболее популярные ИС для ЭС (США)

Большие ИС:

1. AionDS 5.1 (Trinzic).

2. KBMS (Trinzic), ART (Inference).

Средние ИС:

1. Nexpert Object (Neuron Data), ProKappa(Intellicorp), Art-IM, ART Enterprise (Inference), Level 5 Object (IBI).

Малые ИС:

1. VP Expert (Paperback Software), 1st Class (1st Class Expert System).

2. Personal Consultant Easy, Procedure Consultant, Crystal.

Символьные ИС:

1. KEE (Intellicorp), ART (Inference).

2. Gold Works (Golden Hill), Mercury (AIT).

Заметное использование в США имеют 23 малые коммерческие ИС. Наиболее популярны следующие ИС: 1st-CLASS FUSION (фирма 1st-CLASS Expert Systems Inc.), VP Expert (Paperback Software), Exsys (Exsys Inc.), Procedure Consultant и Personal Consultant Easy (TI.), Level5 (Information Builders Inc.). Кроме того, распространены такие ИС: Crystal (Intelligent Environment Ltd.), Expert Common, OPS.5, Expertfacts, ExperOPS5 (Expertelligence), Expert Edge (Helix Expert Systems Ltd), KDS 2&3 (KDS Corp.), PC Expert Professional (Software Artistry), Instant Expert+ (Human Intellect Systems), Intelligent Developer (Hyperpress Publishing Corp.) и др.

Большинство этих малых ИС имеют доступ к БД (обычно dBase) и интегрированным пакетам (обычно Lotus 1-2-3), требуют от 512 Кбайт до 4 Мбайт оперативной памяти, жесткий диск не обязателен. Некоторые ИС используют индуктивные методы приобретения знаний (например, 1st-CLASS FUSION, KDS 2&3, Super Expert и др.). Большинство малых ИС реализованы на языках Си и Паскаль. Некоторые ИС (Instant Expert+, Intelledgent Developer, Level 5) сопряжены со средствами обработки гипертекстов (Hypertext, HyperCard).

Средние ИС в США используются в основном на рабочих станциях (Sun, HP, IBM, DEC), хотя встречаются случаи использования на PC и MAC. В США заметное распространение имеют не более 6 ИС. Наиболее популярны следующие средние ИС: Level 5 (Information Builders Inc.), Nexpert Object (Neuron Data.), ART IM (Inference Corp.), ADS (Trinzic), Kappa (фирма Intellicorp.)

Большинство средних ИС имеют доступ к БД (к dBase, DB2, Oracle, IMS и т. п.), интегрированным пакетам (Lotus 1-2-3), требуют от 8 до 32 Мбайт оперативной памяти, жесткий диск обязателен. Ряд средних ИС генерирует SQL-коды (Nexpert Object, Nexus). Средние ИС используют гибридные представления, специализированные и общие правила. Среди них есть ИС, ориентированные на индуктивные методы приобретения знаний (TIMM, RuleMaster). Большинство средних ИС написаны на языке С , используются также языки Pascal, Modula II, Fortran.

Большие ИС (Aion Development System, KBMS (Trinzic), Expert System Environment (ESE), Knowledge Tool, TIRS (IBM)) имеют доступ к нескольким сложным БД (DB2, SQL/DS, DL/1, IDMS, ADABAS), генерируют SQL-коды, требуют память 8 - 64 Мбайт, написаны на языках Си, Паскаль, ПЛ/1.

Символьные ИС написаны на диалектах LISP и часто предназначены для Lisp-машин. Символьные ИС ориентированы на использование большой оперативной памяти (обычно 8 - 32 Мбайт). Многие из них имеют доступ к БД (dBase, DB2, IMS/DB, Oracle и т.п.) и некоторые генерируют SQL-код (см. выше). Ведущую роль среди ИС этого класса играют KEE (Intellicorp) и его модификация IBM/KEE (IBM и Intellicorp). Значительное распространение получили ИС ART (Inference Corp.), Eloquent (Eloquent Systems Corp.).

В проблемно/предметно-ориентированных ИС можно выделить следующие поднаправления:

• ИС для динамических экспертных систем реального времени, используемых в управлении технологическими процессами и имитационном моделировании;

• ИС для систем советчиков (help-desk application);

• ИС для систем, основанных на прецедентах.

Перечислим те проблемы и области, для которых разработаны проблемно/предметно-ориентированные ИС.

Для проблемно-ориентированных ИС - это диагностика оборудования - Test Bench (TI и Carnegie Group); Diagnostic Reasoning Template (Coherent Thought); интеллектуальный вход-выход к реляционным БД (Genesis V (Help/Systems Inc.); ProGenisis (Quantum in KNOWvations); поддержка разработчика планов и программ (Service /Maintenance Planner (Carnegie Group) и др.

Предметно-ориентированные ИС разработаны для следующих областей: разработка финансовых приложений - Cogensys Judgement Software (Cogensys Corp.); диагностика электронного оборудования -ICAT (Automated Reasoning Corp.); автоматизация конструирования - ICAD (ICAD Inc.); генерирование планов - Intelligen (CIMTelligence Corp.); поиск повреждений - CAIS (Rosh Intelligent Systems Inc.); управление производством - Flexis ToolSet (Savoir Systems Group) и др.

Коммерческие базы знаний (help-desk application)

Коммерческие БЗ используются совместно с коммерческими ИС и предлагаются третьими фирмами, не являющимися разработчиками ИС. Так, например, фирма ServiceWare предлагает базы знаний, называемые "KnowledgePaks", которые могут быть использованы с продуктами фирмы Inference CBR Express и CasePoint и ориентирована на поиск и устранение конфликтов в программном обеспечении типа Windows, Word, Lotus 1-2-3 и содержит решение от 450 до 500 различных задач.

ИС, ориентированные на приобретение знаний поставляются в составе ИС общего назначения и  охарактеризованы следующим образом.

1. Средства приобретения  знаний, основанные на деревьях  решений. Обычно включаются в  состав ИС общего назначения. Типичными примерами являются  Procedural Consultant (фирма TI), Dession Expert (фирма DEC).

2. Индуктивные  средства приобретения знаний. Эти средства либо включаются в состав ИС общего назначения (например, VP-Expert, 1st-CLASS FUSION, KDS 2&3 и др.), либо распространяются как самостоятельное средство (например, продукт BEAGLE фирмы VRS Consulting для PC и для VAX).

3. Средства приобретения знаний, базирующиеся на психологической теории. Наиболее широкое использование имеет ИС ETS (фирма Boeing), реализованное на символьной ЭВМ и базирующееся на методе репертуарных решеток Дж. Келли. Данное средство используется только для внутренних приложений фирмы.

4. Средства приобретения  знаний, ориентированные на конкретные  ИС общего назначения. Типичным  примером является ИС KAT, предназначенное для помощи в создании БЗ для ИС Level 5, и средство Nextra, которое упрощает приобретение знаний для ИС Nexpert Object. Nextra сочетает индуктивный метод и метод репертуарных решеток и реализовано на ПК Macintosh.

5. Средства приобретения  знаний общего назначения. Данные  средства не ориентируются ни  на какое ИС, они используются  не только для создания БЗ ЭС. Их цель помочь разработчику в накоплении, редактировании и управлении знаниями о конкретной проблеме. Типичным примером является ИС CAMEO (Arthur D.Little - ADL). Это ИС не продается, но доступно клиентам, работающим совместно с ADL.

 

• 3. Анализ состояния динамических экспертных систем

В последнее время на основе динамических ИС начинают создаваться ИС для интеллектуального имитационного моделирования, используемые в реинжиниринге (реорганизации) бизнес-процессов (БПР). Интерес к ИС этого типа инициируется тем, что в отличие от статических ИС и ЭС, используемых для БПА, т.е. для автоматизации текущего состояния бизнеса, ИС для БПР используются для решения существенно более значимых и сложных задач, таких как: мониторинг в реальном масштабе времени; системы управления верхнего уровня; системы обнаружения неисправностей; диагностика; составление расписаний; планирование; оптимизация; системы - советчики оператора; системы проектирования и т. п.