Экспертные Системы Нового Поколения

(New Generation Expert Systems)

Постепенно на этой странице станет доступной информация о новейшем достижении в информационных технологиях. Я имею ввиду именно обработку информации, а не что либо иное. На основе этой технологии нами уже разработана концепция Экспертных Систем Нового Поколения, а также имеются программные образцы, демонстрирующие некоторые основные свойства таких систем. (Аббревиатура будет чем-то вроде ES NG или ЭС НП).

Введение

Концепция Экспертных Систем Нового Поколения - это приоритетная разработка, не имеющая аналогов в мире. В ней органически сочетаются такие ведущие области, как нейрокомпьютинг, СУБД и компьютерная графика. Основу составляют собственные разработки, по результатам которых успешно защищена диссертация.

Помимо прочего, на основе этой технологии достигается большой эффект сжатия информации, в т.ч. и в режиме реального времени, что очень актуально при передаче данных. Я не говорю уже о перемещении звуковых, видео файлов и об VoIP (Voice over Internet Protocol, или IP-телефония). На базе этой технологии можно осуществлять интеллектуальные опросы общественного мнения, что существенно снизит затраты на обработку результатов опроса по сравнению с традиционным методом установки счетчиков в домохозяйствах. И много еще другого.

Страница все еще формируется. Постепенно изложено все будет достаточно подробно.

Несмотря на отмеченное многообразие областей применения новой технологии, данная страница описывает концепцию создания на этой основе только ЭС НП.

Для самых нетерпеливых и одновременно самых вдумчивых привожу ссылку на сайт изобретателя основ новой технологии и автора диссертации. http://www.ipu.ru/stran/bod/bod.htm Бодякин В.И.

Терминология

Искусственный Интеллект - ИИ
Информационные технологии - ИТ
Экспертная Система - ЭС
Система управления Базами Данных - СУБД
База Данных - БД
База Знаний - БЗ
Предметная область - ПО
Автоматизированное рабочее место - АРМ
Экспертная Система Нового Поколения - (пока условно) ЭС НП

Встречаемые в тексте '???' - означают, что в полной корректности соседствующего высказывания автор на данный момент не вполне уверен.

Основные свойства

Чем отличается новый подход в построении ЭС от традиционных?

Привожу только основные преимущества предлагаемого подхода:

При одном из глобальных взглядов, большинство ЭС можно разделить на ЭС статические и ЭС реального времени. Данная разработка может использоваться в обоих случаях.
Построение модели ПО органически сочетает в себе оба традиционных подхода к построению таких моделей: атрибутивный и структурный (см. например Э.В.Попов).
Настройка на различные ПО. БД и БЗ может формироваться непосредственно для желаемой ПО, а может формироваться сразу для нескольких из них.
Автоматическое формирование системы понятий ПО. В отличие от большинства методов извлечения знаний из экспертов, в которых последние должны сами что-то выдавливать из себя, при предлагаемом подходе система понятий ПО формируется автоматически, в т.ч. и динамически.
Формирование семантических связей между понятиями ПО. При этой процедуре также не требуется участие экспертов. Семантические связи между понятиями, как и сами понятия, формируются автоматически и могут изменяться динамически. Изменения связей также происходят в автоматическом режиме.
Возможность моделирования "внешнего мира" (модель открытого внешнего мира). Имеется возможность работать как с моделью "открытого внешнего мира", так и с моделью "замкнутого внешнего мира". В технологию формирования БД и БЗ и их функционирования встроена способность автоматического прогнозирования. Причем прогноз осуществляется в сформированных понятиях. Прогнозирование в данном случае существенно отличается от только распознавния ситуации, имевшей место в пошлом. Возможно предсказывание как частично новых, так и абсолютно новых ситуаций.
Когнитивные способности. Происходит автоматическая структуризация данных о ПО. При этом каждое понятие формируется во взаимосвязи с параметрами, от которых оно зависит, и которые формируются также автоматически. С учетом способности автоматического прогнозирования происходит автоматическое распознавание понятий по имеющимся параметрам.
Независимость формируемых понятий от субъективизма экспертов и инженеров по знаниям. Понятия формируются автоматически, на основе имеющейся объективной информации о ПО.
Устраняется промежуточное звено при создании БД и БЗ: инженер по знаниям, поскольку формирование БД и БЗ происходит автоматически.
Реальная ассоциативность. БД и БЗ формируются по ассоциативному принципу. Реализован полностью ассоциативный принцип поиска информации.
Благодаря ассоциативному принципу, заложенному в саму структуру БД и БЗ, а также ассоциативному способу поиска информации отпадает необходимость в реализации многочисленных стратегий поиска и решающих правил: Принцип формирования и принцип поиска - одинаковы.
Инструментарий для АРМ. Для создания АРМ требуется специализированный инструментарий, являющийся одновременно графическим интерфейсом к сформированной автоматически БЗ и БД. На него можно смотреть как на некое графическое средство для "копания в собственных мыслях".
Гибкость настройки под эксперта. (это уже свойство инструментария для АРМ) Настройка АРМ под эксперта производится им самим при помощи графического интерфейса в интерактивном режиме. Настройка, производимая экспертом, заключается в том, что он сам увязывает свое понимание ПО с тем, которое ему предлагает описываемая здесь система. Привязывание понятий производится методом "указать и выполнить" (именно это имеется ввиду под графическим интерфейсом). При помощи того же самого инструментария другой эксперт, также самостоятельно, производит увязывание своего понимания ПО с БД и БЗ. Таким образом каждый эксперт создает для себя свое собственное представление ПО. При этом расширяется и само значение слова эксперт. Под экспертом теперь понимается уже не только специалист, привлекаемый для формирования БД и БЗ, но и непосредственный исследователь ПО.
Сжатие информации. В результате автоматического устранения избыточности в БЗ и в БД достигается большая степень сжатия информации. Технология построения БЗ и БД такова, что начиная с некоторого объема данных, рост объема БЗ и БД перестает линейно зависеть от объема вводимой информации.
Что может служить описанием ПО. В качестве описания ПО могут быть представлены любые полнотекстовые БД, относящиеся к данной ПО, любые ??? тексты, написанные на тему, относящуюся к данной ПО. Отдельным описанием конкретной ПО может служить также большой массив числовых данных, если ПО является каким-либо технологическим процессом.
Границы применимости.
- Требуется достаточно большой объем информации, относящийся к конкретной ПО.
- ПО должна содержать внутренние закономерности, которые в явном либо скрытом виде должны присутствовать в имеющихся описаниях этой ПО.
Области применения. Это трудно структурируемые и слабо формализуемые ПО с большим объемом информации. Некоторые из них перечислялись в Анонсе.
Другие области применения:
- автоматизированное формирование системы понятий и их признаков (параметров), а на их основе - различных систем распознавания и прогнозирования. (Может использоваться, например, на фондовом рынке, в валютном дилинге, для распознавания текста и речи и во всех перечисленных выше и ниже областях, поскольку именно эта процедура и лежит в основе всех применений).
- мониторинг процессов (подшипники, бортовые компьютеры, техно-процессы, системы наблюдения),
- обработка текстовой и числовой информации большого объема (особенно!),
- понимание текста и речи, а по мере дальнейшего развития технологий и понимание мыслей.
Дополнительные области применения технологии (за счет сжатия данных), не относящиеся к ЭС. Любые области, где требуется повысить пропускную способность канала связи:
- передача данных,
- передача изображений,
- передача речи,
- IP-телефония
и т.п.

Исходя даже только из перечисленных свойств, можно сделать вывод о большой универсальности предлагаемой технологии. Вместе с тем технология изящна и легка в реализации.

Но несмотря на большой перечень преимуществ, новый подход не претендует на полное вытеснение традиционных ЭС. Более того, сохраняются целые классы задач, где их применение останется в ближайшее время по-прежнему намного эффективнее ЭС НП (например составление расписаний, планирование, оптимизация, проектирование и т.п.)

Возможности интерфейса АРМ

Интерфейс АРМ. Пока это только заготовка. (Описываются только свойства. Технология по возможности опускается.)

Поскольку необходима адаптация БД и БЗ к конкретной ПО, то считаю необходимым особо подчеркнуть роль АРМ, выделив отдельным параграфом описание основных принципов работы эксперта с БД и БЗ.

Здесь приводятся только отличительные особенности принципов работы и пользовательского интерфейса для ЭС НП по сравнению с традиционными ЭС.

Что имеется к началу работы.

Пользователю ЭС НП предоставляется иерархически структурированная сеть (почти многодольный граф, с упорядоченными по определенному алгоритму дугами), являющаяся лексико-семантической моделью ПО.

Каждый уровень иерархии отражает значимость в ПО элемента сети этого уровня.

(Значимость уровня не является постоянным свойством этого уровня, а есть статистическая функция от ПО. Тем не менее разброс значимости уровней подчиняется закону распределения, близкому к нормальному в зависимости от предметной области).

Общая тенденция в сформированной иерархии уровней такова: чем выше уровень, тем большую значимость в модели ПО имеют элементы этого уровня.

Основные приемы работы эксперта:

Здесь приводятся только два основных приема работы, из которых и вытекают перечисленные свойства ЭС. Наряду с ними в ходе взаимодействия с АРМ эксперт будет использовать и другие методы АРМ.

В результате автоматической структуризации ПО, каждый элемент построенной сети отражает в той или иной мере понятия, имеющие хождения в ПО. Роль эксперта заключается в том, чтобы менять значимость автоматически предлагаемых элементов, вводить описания недостающих элементов, уточнять описания, обучаться самому.

В процессе работы можно настроиться на работу "верхнего уровня", т.е. иметь дело только с небольшим количеством (10-20) параметров, известных эксперту.

"Указать" и "Подкрасить" - это два основных метода действий. Они в некотором смысле являются взаимообратными.

"Подкрасить" - это метод работы с описанием ПО, при котором эксперт, зная, какие фрагменты в описании соответствуют нужному понятию, выделяет их одним цветом. После этого он может видеть, где в сети локализуется это понятие на различных уровнях, в зависимости от контекста "покраски". Из них выбирается наиболее правильный вершинный элемент подсети. Он связывается с данным цветом (т.е. с параметром).
Покрасив таким образом несколько участков в описании ПО, эксперт получает небольшое количество элементов сети разных цветов (а значит и заключающих в себе различные понятия ПО). Аналогичным образом можно расшифровывать более подробно каждое понятие, формируя тем самым его характерные признаки.
Таким образом происходит формирование системы понятий, относящихся к различным уровням значимости для ПО, и их отличительных признаков, которые сами могут являться какими-либо понятиями. Расшифровка каждого признака и каждого понятия в виде описания производится методом "Указания" (см. ниже).
Пользовательский интерфейс для "подкрашивания", т.е. для работы с описанием ПО, в общем случае будет зависеть от того, к какому классу относится описание ПО. Классы описаний ПО зависят от способа представления данных и знаний. Например:
- Для обычного описательного текста (энциклопедия, обзоры и т.п.) работа с описанием будет реализована как с обычным текстом. В этом случае "подкрашивание" текста можно производить в самом тексте.
- Для описаний ПО в виде стандартных БД может подойти интерфейс СУБД.
- Для числового потока данных "подкрашивание" может оказаться удобнее реализовывать непосредственно на графиках.
- Для визуальной информации, где решающие параметры имеют вид графических образов, "подкрашивание" удобнее реализовывать на соответствующих изображениях.
и т.д.
"Указать" - это метод работы эксперта непосредственно с иерархической сетью, с ее элементами, а также с понятиями, сформированными экспертом. Метод заключается в том, что среди элементов сети указывается тот элемент, который либо предположительно, либо достоверно является значимым параметром. При этом эксперт руководствуется общим правилом, что чем выше уровень элемента в сети, тем выше его значимость в описании ПО, и одновременно более крупному понятию ПО он соответствует. Указав элемент, можно посмотреть его содержание в описании ПО.
Таким образом, сравнивая описания различных элементов сети, эксперт может сделать вывод о значимости тех или иных элементов и о соответствии их тем или иным понятиям.

Остальные действия пользователя ЭС НП могут быть по желанию перенесены из прежних технологий (к ним можно отнести возможность ведения диалога на ограниченном естественном языке и т.п.).

Принцип модульности

При программной реализации ЭС НП используется принцип модульности. Главными модулями в технологии ЭС НП, составляющими основное отличие от традиционных ЭС, являются следующие (см. рисунок):

Модуль, формирования БД и БЗ.
Модуль интерфейса АРМ, состоящий из двух основных модулей:
1) Модуль интерфейса с БД и БЗ.
2) Модуль интерфейса с описанием ПО.

Реализация остальных модулей, которые на схеме представлены как "Другие модули", по существу ни чем не отличается от традиционных ЭС. К "Другим модулям" можно отнести все традиционные подсистемы ЭС, необходимость в которых возникнет при построении ЭС НП.

Краткий итог

Как видно из приводимого описания, в этой технологии работы эксперта отсутствует необходимость в промежуточном звене, какими при традиционном подходе построения ЭС являлся инженер по знаниям.

Для самого эксперта работа переводится на качественно новый уровень, предоставляя ему возможность самостоятельно понять, как он мыслит и рассуждает. Другими словами эксперту предоставляется средство "для копания в собственной голове".

Кроме того, после адаптации к ПО сформированной БД и БЗ, ЭС НП может работать как полностью в автоматическом, так и в автоматизированном режиме, являясь, например, главной частью в системах автоматического принятия решений при мониторинге технологических и других процессов. Таким образом, ЭС НП может выступать в качестве самостоятельного прикладного обеспечения.

Универсальность метода формирования моделей ПО делает ЭС НП наиболее перспективным инструментом для изучения, классификации и структуризации различных ПО.

Этот же метод позволяет автоматизировать формирование системы понятий и их признаков (параметров), которые прежде появлялись из различных эвристических алгоритмов или в результате длительных исследований большой группы работников. Теперь все это может быть совершено одним экспертом, а полученные результаты будут наиболее объективными, т.е. не зависящими от направления мыыслей исследователя.

Переход на ЭС НП может осуществляться постепенно, по мере создания инструментальных средств для новой технологии. Ядро новой технологии можно интегрировать с уже существующим переферийным программным обеспечением.

Источник: http://mosaica.narod.ru/Phisics/ExpertSystemsNG.htm