Экспертные системы

        В рассматриваемом примере вывод целевого утверждения “Нужно взять с собой зонтик” обратной цепочкой рассуждений выполняется следующим образом:

    Шаг 1. Рассматривается правило 1. Оно не содержит цели в правой части. Переходим к правилу 2.

    Шаг 2. Рассматривается правило 2. Оно содержит цель в правой части правила. Переходим к правой части правила и рассматриваем в качестве текущей цели утверждения  “Скоро пойдет дождь”.

    Шаг 3. Текущей цели нет в рабочем множестве. Рассмотрим правило 1, которое содержит цель в правой части. Обе компоненты его условия имеются в рабочем множестве, так что условие истинно. Применяем, привило 1; в результате выводим утверждение “Скоро пойдет дождь”; которое было нашей предыдущей целью.

    Шаг 4. Применяем правило 2, условием которого является данное утверждение. Получаем вывод исходного утверждения.

        Заметим, что для упрощения ситуации мы предположили, что в обоих случаях факты “Небо покрыто тучами”  и “Барометр падает” уже известны системе. На самом деле система выясняет истинность или ложность факта, входящего в условие некоторого правила, спрашивая об этом пользователя в тот момент, когда она пытается применить правило.

         Приведенный пример сознательно  выбран очень простым и не  отражающим многих проблем, связанных с организацией вывода в экспертной системе. В частности, из примера может создаться впечатление, что прямая цепочка рассуждений эффективнее, чем обратная, что на самом деле, вообще говоря, не так. Эффективность той или иной стратегии вывода зависит от характера задачи и содержимого базы знаний. В системах диагностики чаще применяется прямой вывод, в то время как в планирующих системах более эффективным оказывается обратный вывод. В некоторых системах вывод основывается на сочетании обратного и ограниченно- прямого. Такой комбинированный метод получил название циклического.

    Стратегия вывода. 

         Поиск в глубину                              

          Обратный вывод                                                                       Прямой вывод

       4                                                 Начало          1

                 3                                     поиска                      2                

        5               2           Начало                                                              3     

                 7       6       1 поиска                                                                         4      

             

    

                                          Заключения

                                                                                                      Заключения

    

    

 
 

         Поиск в ширину                                              

 

                                                          Начало

                8                    Начало              поиска          1

                                      поиска                                     12

                            7                                                             2                               13

                                              1                                                                 11

                                     6                                                            3

                                                  2                                                                  10

                                      5                                                           4

                                                3                                                                 9

                                     4                                                             5

                                                                                     8

                                                                         6                                 Заключения

          

                                                                        7

      

        Выше уже отмечалось, что механизм вывода включает в себя два компонента- один из них реализует собственно вывод, другой управляет этим процессом. Компонент вывода выполняет первую задачу, рассматривая имеющиеся правила и факты из рабочего множества и добавляя в него новые факты при срабатывании какого-нибудь правила. Управляющий компонент определяет порядок применения правил. Рассмотрим каждый из этих компонентов более подробно.

       2.4.2. Компонент вывода.

        Его действия основаны на применении  правила вывода, обычно называемого модус поненс, суть которого состоит в следующем: пусть известно, что истинно утверждение А и существует правило вида «Если А, то В», тогда утверждение В так же истинно. Правила срабатывают, когда находятся факты, удовлетворяющие их левой части: если истинна посылка, то должно быть истинно и заключение.

        Хотя в принципе на первый  взгляд, кажется, что такой вывод  легко может быть реализован  на компьютере, тем не менее,  на практике человеческий мозг все равно оказывается более эффективным при решении задач. Рассмотрим, например, простое предложение: 

                                                  Мэри искала ключ.

         Здесь для слова «ключ» допустимы  как минимум два значения «родник» и «ключ от квартиры». В следующих же двух предложениях одно и то же слово имеет совершенно разные значения:

                                   Мы заблудились в чаще.

                                   Нужно чаще ходить в театр.

         Понять факты становиться   еще сложнее, если они являются  составными частями продукций,  которые используют правило модус  поненс для вывода заключения. Приведем такой пример:

             ЕСЛИ     Белый автомобиль  легко заметить ночью

                И         Автомобиль  Джека белый

               ТО       Автомобиль Джека  легко заметить ночью

          Это заключение легко выведет  даже ребенок, но оно оказывается не под силу ни одной из современных ЭС.

        Компонент вывода должен обладать  способностью функционировать при любых условиях. Механизм вывода должен быть способен продолжить  рассуждение и со временем найти решение даже при недостатке информации. Это решение может и не быть точным, однако система ни в коем случае не должна останавливаться из-за того, что отсутствует какая-либо часть входной информации.

       3.4.3. Управляющий компонент.

        Этот компонент определяет порядок  применения правил, а также устанавливает, имеются ли еще факты, которые могут быть изменены в случае продолжения консультации. Управляющий компонент выполняет четыре функции:

    1. Сопоставление- образец правила  сопоставляется с имеющимися  фактами;

    2. Выбор- если в конкретной ситуации могут быть применены сразу несколько правил, то из них выбирается одно, наиболее подходящее к заданному критерию (разрешение конфликта).

    3. Срабатывание - если образец правила  при сопоставлении, совпал с какими- либо фактами из рабочего множества, то правило срабатывает.

    4. Действие - рабочее множество подвергается  изменению путем добавления в него заключения сработавшего правила. Если в правой части правила содержится указание, на какое- либо действие, то оно выполняется (как, например, в системах обеспечения безопасности информации).

        Интерпретатор правил работает  циклически. В каждом цикле он  просматривает все правила, чтобы выявить среди них те посылки, которые совпадают с известными на данный момент фактами из рабочего множества. Интерпретатор определяет также порядок применения правил. После выбора правило срабатывает, его заключение заносится в рабочее множество, и затем цикл повторяется сначала.

        В одном цикле может сработать  только одно правило. Если несколько  правил успешно сопоставлены с фактами, то интерпретатор производит выбор по определенному критерию единственного правила, которое и срабатывает в данном цикле. Цикл работы интерпретатора схематически представлен

 
 

       

       

  сопоставление                   конфликтное                         критерий

                                            множество                     выбора правил   

                                                             

      

                                                                 разрешение

                                                                  конфликта

     рабочее             база 

   множество         правил

                                                                         

                                                                 выполняемое        действие

                                                                     правило                

    

        

 

              

        Информация из рабочего множества  последовательно сопоставляется с посылками правил для выявления успешного сопоставления. Совокупность отобранных правил составляет так называемое конфликтное множество. Для разрешения конфликта интерпретатор имеет критерий, с помощью которого он выбирает единственное правило, после чего оно срабатывает. Это выражается в занесении фактов, образующих заключение правила, в рабочее множество или в изменении критерия выбора конфликтующих правил. Если же в заключение правила входит название какого-нибудь действия, то оно выполняется (например, подается звуковой сигнал, начинает выполняться процедура и т.д.).