Реферат: Экспертные системы на базе VP-Expert

Московский государственныйинститут электроники и математики

(технический университет)

кафедра ИТАС

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «экспертныесистемы» на тему:

«Экспертная система на базе VP-expert»

Выполнили

студенты

группы АП-101

Петушко А.Г.

Матусов В.В.

Ицков О.М.

Сдано _________ 199 г

Оценка___________

Москва 1996 г.

1. ВВЕДЕНИЕ

Совершенствование средств вычислительной техники по пути улучшения техническиххарактеристик позволяет значительно расширить сферу ее применения в народномхозяйстве. Появление персональных компьютеров дает возможность облегчить доступ к ЭВМ широкомукругу специалистов из различных областей производства, науки и техники. Внастоящее время при помощи ЭВМ различные типы задач решаютсяс большой эффективностью:

·

множеством входных данных получают множество результатов.Алгоритм в таких задачах выступает вкачестве строгой последовательности операций.

·

- нахождение части базы данных, соответствующей внешнему запросу. Алгоритм здесь — последовательность информационно - поисковых процедур, а база данных — набор декларативныхзнаний.

·

из множества альтернатив выбирается наиболееподходящая для достижения поставленных целей. Цели и критерии могут быть какпостоянными, так и изменяться в процессе решения задачи.

·

и целевой ситуаций из имеющегося набора действий синтезируется алгоритм достижения цели. Для решения двух последних типов задач могут применятьсяметоды искусственного интеллекта, основанные на знаниях. Одной из разновидностей систем, использующих эти методы, являются экспертныесистемы (ЭС). Они представляют собой попытку создания человеко-машинных комплексов для решения слабо формализуемых задач или задач вообще не имеющих алгоритмического решения.

Можно дать следующее определение экспертной системе:

Экспертная система - это компьютерная программа, содержащая накопленные знания специалистов в определенной предметной области, Эта программа способнавырабатывать рекомендации, какие бы далэксперт-человек, запрашивая при необходимости дополнительную информацию. Экспертные системы могут работать на том же уровне что и эксперты, а внекоторых случаях они лучше, потому чтов нее вложен коллективный опыт их создателей.

2. ВИДЫ И ФОРМЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЗНАНИЙ

Определим знания как систему понятий и отношений между ними. Задача, подлежащая решению с помощью экспертной системы, формулируется в терминах принятых в этой системе. Будемразличать в конкретной предметной области следующие типы знаний: понятийные, конструктивные, процедурные,фактографические и метазнания.

·

которыми пользуются при решении данной задачи. Этот тип знаний вырабатываются в фундаментальных науках и теоретических разделахприкладных наук.

·

это знания о наборах возможных структур объектов ивзаимодействии между их частями. Получение этого типа знаний характерно для техники и большейчасти прикладных наук.

·

- используемые в выбранной предметной области методы, алгоритмы и программы, полезные для данного конкретногоприложения, которые можноиспользовать, передавать и объединять в библиотеки.

·

Можно определить модель предметной областикак

(модель предметной области)=

(понятийные знания)+

(конструктивные знания),

а базу знаний:

(база знаний)=

(модель предметной области)+

(процедурные знания)+

(метазнания)+

(фактографические знания).

Существуют различные формы представления знаний. При практической разработке экспертныхсистем в настоящее время чаще всего используются эвристические модели - набор средств, (в принципе, любых) передающих свойства и особенности предметной области. Примером эвристической модели могут служить сетевые, фреймовыеи продукционные модели.

В большинстве экспертных систем в базе знаний хранятся используемыев данный момент правила и сведения о проблемной области.

Подход, основанный на продукционных правилах,чрезвычайно распространен в экспертных системах. Как правило, они имеют форму ЕСЛИ… ТОГДА… ИНАЧЕ… .

Например,

ЕСЛИ тип_эвм = микро И

класс_эвм = средний

ТОГДА эвм = IBM_PC/XT CNF 65

ИНАЧЕ эвм = ДВК-3 CNF 20 .

В приведенном правилезаложено знание о том, что если выбираемый тип ЭВМ микро, а класс ее средний, то с уверенностью 65%желательно приобретение компьютера IBM PC/XT . В противном случае с уверенностью 20% допустим выбор ДВК-3. Набор правил подобной структуры — наиболеераспространенное представление знаний в базе продукционного типа.

В основе представления знаний спомощью семантических сетей лежит формализация в виде графа с помеченными вершинами идугами.

Вершины представляют собойнекоторые сущности (объекты, события,процессы, явления и др.), а дуги — отношения между ними. Рассмотрим простейшуюсемантическую сеть, выражающую знания: произведена классификация ЭВМ потипам — в зависимости от производительности (микро, мини, мега) и по классам — по их стоимости (низкая, средняя, высокая, большая). Дуги данной сети обозначают соответствие.

Различным моделям ЭВМсоответствуют различные комбинации классов и типов, Рис. 1.

В некоторых типах экспертных системприменяется представление знаний в видефреймов. Это специфические объекты, соответствующие понятиям предметнойобласти, имеющие внутреннююструктуру в виде слотов. Слотами могут быть данные,правила, другие фреймы. Фреймы — более сложный способ представления знаний, используемый в наиболее мощных экспертных системах.

3. СОСТАВ ИФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ

Обычно считается, что прагматические требования к экспертной системе сводятся к тому, что она должна быть предназначена дляудобной, квалифицированной поддержки информационной деятельности человека в определеннойпредметной области. Подразумевается наличие развитого диалога, обеспечивающего понимание входных сообщений, выполнениенужных процедур и выдача разумных сообщений в удобной форме.Считают, что сообщения разумны, если они заслуживают доверия и«прозрачны».

Структура типичной экспертной системыприведена на Рис.2. Как

правило, в еесостав входят:

1.

Интерфейс, обеспечивающий общение пользователя с экспертной системой в удобной для него форме, он позволяет передавать ей информацию, составляющую содержание базы данных, обратиться к системе с вопросом илиза объяснением.

2.

Рабочая память, хранящая данные (база данных), соответствующиеобъектам, связь между которыми задается правилами в базе знаний.

3.

Диспетчер, определяющий порядок функционирования экспертной системы, планирующий порядок постановки и достижения целей.

4.

Машина вывода - формально-логическая система, реализованная в виде программного модуля, позволяющаялогически выводить необходимую для пользователя информацию, исходя из сведений, размещенных в базе знаний.

5.

всех имеющихся сведений о проблемной области, для которой предназначена данная экспертная система, записанных с помощью определенных формальных структур представлениязнаний (набора правил, фреймов, семантических сетей и пр.)

Важной компонентой экспертной системы является блок объяснений, дающий возможность пользователю убедиться в обоснованности информации, получаемой им от экспертнойсистемы, позволяющий задавать ей вопросы, и на основании разумных ответов проникаться к ней доверием.

Два подхода получили наибольшеераспространение при создании машин логического вывода экспертных систем.

— Системы с прямым логическим выводом, в которых производится многократноеприменение всех правил базы знаний к доступным данным, с возможностью запросанедостающих. Процесс преобразования данных под воздействиеммашины логического вывода происходитдо тех пор пока возможно изменение их значений. Упрощенный алгоритм функционирования такой экспертной системы имеет вид (структура экспертной системы приведена нарис.2).

1.

2.

знаний 5 определяются те правила, в условиях которых присутствуют переменные,имеющиеся в рабочей памяти.

3.

с помощью машины логического вывода 4 и занесение результатов в рабочую память.

4.

5.

больше применить ни одно из правил базы знаний, то процесслогического вывода заканчивается и диспетчер 3 принимает решение о выдаче пользователю через интерфейсный блокинформации, полученной в результате применения правил.

Системы с прямым логическим выводом болеепросты в построении, результатом работы у них обычно является целый пакетданных, но их эффективность не всегда соответствует требованиям практических задач.

В системах обратного вывода намечается перечень конечных целей - переменных, значения которых необходимо получить. Далее производится поиск правил, определяющих эти цели.Вычисляются значения всех переменных, входящих в условия правила. Если переменные определяются другимиправилами, происходит переход к выяснению истинности их условий, в противном случае значения переменных запрашиваются у пользователя. Процесс экспертизы заканчивается после того, как будут найдены все поставленные цели консультации. Это означает, что должна быть выяснена истинность всех переменных, входящих взадействованные правила. Упрощенныйалгоритм функционирования экспертных систем обратного вывода можно

представить вследующем виде.

1.

Задается набор целей - переменных, значение которых требуется определить с помощью экспертной системы. Список этих переменных через интерфейс вводится врабочую память.

2.

выделяет список правил, из которых можно найти неизвестные переменные в рабочей памяти.

3.

Из условий выделенных правил, определяются остальные переменные,необходимые для применения правил.

4.

п.3 переменных можно получить из правил базы знаний.

5.

6.

Значения переменных из списка определенного в п.3, за исключением найденных в п.4, запрашиваются упользователя.

7.

правил базы знаний для достижения поставленныхцелей.

8.

Если не все цели достигнуты (не удалось применить все правила, определяющие интересующиенас переменные), производится переход к п.2, исключив изсписка целей найденные переменные.

9.

По достижению всех первоначально поставленных целей диспетчерпрекращает работу машины логического вывода и через интерфейс выводит пользователю значенияэтих переменных. Логический вывод прекращается также, если нельзя достичьпоставленных целей.

В большинстве реально работающих экспертных систем, как правило, используются различные модификации и комбинации рассмотренных выше алгоритмов.

4. ОСОБЕННОСТИ СОЗДАНИЯЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМ

Проектирование экспертных систем имеет определенные отличия от созданиятрадиционного программного продукта. Суть этого отличия в том, что разработчики не пытаются сразу построитьконечный продукт, а создают прототип экспертной системы. Прототип должен удовлетворятьосновным требованиям к системе при минимальной трудоемкости при егосоздании. Для удовлетворения этимтребованиям используются разнообразные инструментальные средства (специализированные языки искусственного интеллекта, оболочки экспертных систем и др.) ускоряющие процесс разработки. Возможно, что может потребоваться создание неодного, нескольких прототипов, базирующихся на различных способах представления знаний, с

последующим выбором наиболее удачного. B том случае когда достигнутаудовлетворительная работа прототипа повсему комплексу задач, возможно принятие решения об окончательном перепрограммировании всей системы на языках низкогоуровня, с целью улучшения ее характеристик — увеличения быстродействия, уменьшения занимаемойпамяти, повышения эргономическихпараметров интерфейса.

Опыт разработки экспертных систем позволяет выделить следующие этапы при их создании:

·

- определение проблемы, ресурсов, целей, экспертов,производится неформальное (вербальное) описание проблемы.

·

- выделение ключевых понятий системы, отношений и характеристик, достаточных для полного и детального описания рассматриваемой проблемы.

·

- выражение введенных понятий на некоторым формальнымязыке, построение модели исследуемой области.

·

тестирования — оценка выбранногометода представления знаний и работоспособности всей системы в целом наоснове проверки прототипа.

·

системы - полное перепрограммирование или доведениепрототипа до состояния программного продукта.

Известны три основные разновидностиисполнения экспертных систем:

¨

системы, выполненные в виде отдельных программ, на некоторомалгоритмическом языке, база знаний которых является непосредственно частью этойпрограммы. Как правило, такие системы предназначены для решения задачв одной фиксированной предметной области.При построении таких систем применяютсякак традиционные процедурные языки PASCAL, C и др., так и специализированныеязыки искусственного интеллекта LISP, PROLOG.

¨

обладающий средствамипредставления знаний для определенных предметных областей.Задача пользователя заключается не в непосредственномпрограммировании, а в формализации ивводе знаний с использованием предоставленных оболочкой возможностей. Недостатком этих систем можно считатьневозможность охвата одной системой всех существующих предметных областей.Примером могут служить ИНТЕРЭКСПЕРТ, РС+, VP-Expert.

¨

продукты, предназначенныедля получения оболочек, ориентированныхна то или иное представление знаний в зависимости от рассматриваемой предметной области.Примеры этой разновидности — системы KEE, ART и др..

5. ОБЛАСТИ И КРИТЕРИИПРИМЕНИМОСТИ ЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМ

Не останавливаясь на подробном перечне многочисленных областей применения, отметим лишь некоторые отрасли народного хозяйства развитых стран, в которых методология экспертных систем была успешно опробована: химия, сельское хозяйство, электроника,образование, финансы, геология, медицина, военное дело, программное обеспечениеи многие другие.

Из перечня основных типов решаемых имизадач можно выделить интерпретацию, прогноз, диагностику, проектирование, планирование, управление, наблюдение,отладка, ремонт, обучение.

В списке наиболее распространенных в настоящее время за рубежом экспертных системи их оболочек можно выделить следующие наименования: INSIGT, LOGIAN, NEXPERT, RULEMASTER, KDS, PICON, KNOWLEDGE CRAFT, KESII, S1, TIMM и др.

В качестве критериев, по которым можносудить о возможности создания экспертной системы следует отметить следующие:

1.

очевидно, нет смысла разрабатывать экспертную систему для численных расчетов, например, для преобразований Фурье, интегрирования, решения систем алгебраических уравнений и др.

2.

компетентных в избранном круге вопросов, которые согласны сотрудничатьпри создании ЭС.

3.

проблема должна быть достаточно важной и актуальной. Это могут быть проблемы, требующие высокогоуровня экспертизы, либо простые, но трудоемкие многократно повторяющиесяпроверки. Нет смысла тратить время на решение проблем, которые возникают редко и могут быть разрешены человеком с обычной квалификацией.

4.

круг решаемых задач, т.е. предметная область выбирается достаточно«узкой», чтобы избежать«комбинаторного взрыва» объема информации необходимой для компетентного решения поставленной задачи.

5.

мнений экспертов о том, как следует решать поставленные задачи, какие факты необходимо использовать икаковы общие правила вынесения суждений. В противном случае невозможно расширить базу знаний за пределы опытаодного человека и осуществить сплав экспертных знаний из несколькихобластей.

6.

быть достаточно исходных данных для проверки работоспособности экспертной системы в выбранной предметной

7.

разработчики смогли убедиться в достижимости некоторого заданногоуровня ее функционирования.

8.

постепенного наращивания системы. База знаний должна легко расширяться и корректироваться, так как правилачасто меняются с появлением новых фактов.

Ценность использования ЭСпроявляется в следующих аспектах:

a)

сборе, оперативном уточнении, кодировании и распространении экспертных знаний.

b)

эффективномрешении проблем, сложность которыхпревышает человеческие возможности и для которых требуются экспертные знания нескольких областей.

c)

сохранении наиболее уязвимой ценности коллектива — коллективной памяти.

Создание баз знаний открывает широкиевозможности, которые обусловленыбезошибочностью и тщательностью, присущими ЭВМ и синтезом знаний экспертов. Если база знаний объединяет информацию по нескольким дисциплинам, то такой «сплав» знаний приобретает дополнительную ценность.

Экспертная система позволяет решить проблему сохранения экспертных знаний, связанную с утратой наиболее квалифицированных экспертов в результате ихпродвижения по службе, смерти, перехода на другую работу или выхода на пенсию, а такжепозволит сделать знания легко доступными для тех, кто займет места ушедших экспертов.

Ограничившись необходимым минимумом изложения теоретического материала, в дальнейшем сосредоточим внимание на практических аспектах применения экспертных систем.

6. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ VP-Expert

Рассматриваемая система представляетсобой «пустую» оболочку,хорошо зарекомендовавшую и получившую достаточно широкоераспространение. ее применение возможно на IBM совместимых персональных компьютерах соперационной системой MS DOS, имеющих не менее 256 К оперативной памяти и адаптеры графических дисплеев подобные CGA, EGA или HERKULES. Важной особенностью оболочки,существенно расширяющей ее возможности, является совместимость сфайлами созданными dBASE II, dBASE III и dBASE III+.

Для успешного функционированиясистемы необходим набор из следующих файлов VPX.EXE, VPX.TXT, VPXE.EXE,VPXH.EXE, VPXHELP.DBF, VPXHELP.HLP, VPXHELP.TXT, VPXI.EXE, VPXM.EXE, VPXT.EXE.

Перечисленные файлы желательно переписать с дискеты в специально созданную директорию. Старт экспертной системы производится запуском файла VPX.EXE на исполнение (возможно с указаниемфайла базы знаний с расширением .KBS).

7. Выполнение курсовой работы

Для выполнения курсовойработы была выбрана область- поломки в двигателях и способы их устранения. Входе работы был написан модуль, выполняя который можно получить консультацию.

Исходный текст модуля :

RUNTIME;

EXECUTE;

BKCOLOR = 0;

ACTIONS

cls color = 9

display

«Вас приветствует системапоиска неисправностей!

выбирайте симптомы- получайтеспособ устранения

(нажмите любую клавишу дляпродолжения.) »

cls

FIND bug_method

display «метод устранениянеисправности {#bug_method}.»;

ask prich1: «Неисправность

1-нет топлива в карбюраторе

2-нет импульсов высокого напряжения

3-нет импульсов тока на катушкезажигания

4-нет высокого напряжения на свечах

5-неправиьно подсоединенывысоковольтные провода

6-неправильный зазор в свечах

7-трещина на изоляторе свечей

8-неправильный момент зажигания

9-неисправен эл.маг. клапан

10-не открывается воздушнаязаслонка »

;

!----------------------------------------------------------------

ask prich1_1: «Неисправность

1-засорены топливопроводы

2-засорены фильтры

3-несправен топливный насос»

;

RULE 6

IF prich=1 and

prich1=1 and

prich1_1=1

THEN

bug_method=1

display «прочиститьтопливопровод~»

;

RULE 7

IF prich=1 and

prich1=1 and

prich1_1=2

THEN

bug_method=2

display «прочистить илизаменить фмльтры~»

;

RULE 8

IF prich=1 and

prich1=1 and

prich1_1=3

THEN

bug_method=3

display «починить насос~»

;

!----------------------------------------------------------------

ask prich1_2: «Неисправность

1-обрыв проводов коммутатора

2-несправен бесконтактныйдатчик»

;

RULE 10

IF prich=1 and

prich1=2 and

prich1_2=1

THEN

bug_method=4

display «проверить проводакоммутатора~»

;

RULE 11

IF prich=1 and

prich1=2 and

prich1_2=2

THEN

bug_method=5

display «починитьдатчик~»

;

!----------------------------------------------------------------

ask prich1_3: «Неисправность

1-обрыв проводов катушки зажигания

2-неисправен коммутатор

3-не замыкаются контакты выключателязажигания»

;

RULE 13

IF prich=1 and

prich1=3 and

prich1_3=1

THEN

bug_method=6

display «проверитьпровода~»

;

RULE 14

IF prich=1 and

prich1=3 and

prich1_3=2

THEN

bug_method=7

display «починитькоммутатор~»

;

RULE 15

IF prich=1 and

prich1=3 and

prich1_3=3

THEN

bug_method=8

display «починитьконтакты~»

;

!----------------------------------------------------------------

ask prich1_4: «Неисправность

1-повреждение изоляции проводоввыс.напр.

2-износ контактного уголька

3-повреждение крышки распределителя

4-повреждение ротора

5-отказ резистора

6-повреждена катушка зажигания»

;

RULE 17

IF prich=1 and

prich1=4 and

prich1_4=1

THEN

bug_method=8

display «проверитьпровода~»

;

RULE 18

IF prich=1 and

prich1=4 and

prich1_4=2

THEN

bug_method=9

display «осмотреть крышкураспределителя, прочистить уголек~»

;

RULE 19

IF prich=1 and

prich1=4 and

prich1_3=3

THEN

bug_method=10

display «заменить крышкураспределителя~»

;

RULE 20

IF prich=1 and

prich1=4 and

prich1_3=4

THEN

bug_method=11

display «заменить роторраспределителя~»

;

RULE 21

IF prich=1 and

prich1=4 and

prich1_3=5

THEN

bug_method=12

display «заменитьрезистор~»

;

RULE 22

IF prich=1 and

prich1=4 and

prich1_3=6

THEN

bug_method=13

display «заменить катушкузажигания~»

;

!----------------------------------------------------------------

RULE 23

IF prich=1 and

prich1=5

THEN

bug_method=14

display «проверьтеправильность присоеденения проводов~»

;

!----------------------------------------------------------------

RULE 24

IF prich=1 and

prich1=6

THEN

bug_method=15

display «очистите свечи иотрегулируйте зазор между электродами~»

;

!----------------------------------------------------------------

RULE 25

IF prich=1 and

prich1=7

THEN

bug_method=16

display «заменить свечи~»

;

!----------------------------------------------------------------

RULE 26

IF prich=1 and

prich1=8

THEN

bug_method=17

display «отрегулируйте моментзажигания~»

;

!----------------------------------------------------------------

ask prich1_9: «Неисправность

1-обрыв проводов блока управленияклапаном

2-неисправен блок управленияклапаном

3-неисправен клапан»

;

RULE 28

IF prich=1 and

prich1=9 and

prich1_9=1

THEN

bug_method=18

display «восстановитесоединение~»

;

RULE 29

IF prich=1 and

prich1=9 and

prich1_9=2

THEN

bug_method=19

display «починить блокуправления клапаном~»

;

RULE 30

IF prich=1 and

prich1=9 and

prich1_9=3

THEN

bug_method=20

display «заменитьклапан~»

;

!----------------------------------------------------------------

RULE 31

IF prich=1 and

prich1=10

THEN

bug_method=21

display «отрегулируйтезаслонку~»

;

ask prich2: «Неисправность

1-не отрегулирован холостой ход

2-несправен карбюратор

3-ранее зажигание

4-поврежден шланг вакумногоусилителя тормозов

5-повреждена прокладка во впускномколлекторе

6-повреждены трубки отбораразряжения»

;

RULE 33

IF prich=2 and

prich2=1

THEN

bug_method=22

display «отрегулируйтехолостой ход~»

;

!----------------------------------------------------------------

ask prich2_2: «Неисправность

1-засорены жиклеры или каналыкарбюратора

2-вода в карбюраторе

3-нарушена герметичностьдиафрагмы»

;

!----------------------------------------------------------------

RULE 35

IF prich=2 and

prich2=2 and

prich2_2=1

THEN

bug_method=23

display «продуть жиклеры иканалы~»

;

RULE 36

IF prich=2 and

prich2=2 and

prich2_2=2

THEN

bug_method=24

display «удалить воду~»

;

RULE 37

IF prich=2 and

prich2=2 and

prich2_2=3

THEN

bug_method=25

display «заменитьдиафрагму~»

;

!----------------------------------------------------------------

RULE 38

IF prich=2 and

prich2=3

THEN

bug_method=26

display «отрегулируйте моментзажигания~»

;

!----------------------------------------------------------------

RULE 39

IF prich=2 and

prich2=4

THEN

bug_method=27

display «замените поврежденныйшланг~»

;

!----------------------------------------------------------------

RULE 40

IF prich=2 and

prich2=5

THEN

bug_method=28

display «восстановитепрокладку~»

;

!----------------------------------------------------------------

RULE 41

IF prich=2 and

prich2=6

THEN

bug_method=29

display «восстановитетрубки~»

;

RULE 42

IF prich=3

THEN

bug_method=30

display «заменить пружины враспределителе~»

;

ask prich4: «Неисправность

1-повреждены провода в системезажигания

2-поврежен контактный уголек

3-подгорел центральный контакт

4-прогар ротора или крышки

5-износ электродов и

еще рефераты

Еще работы по программированию, базе данных

Реферат по программированию, базе данных

Разработка информационно-справочной системы

29 Августа 2013

Реферат по программированию, базе данных

Программа сложной структуры с использованием меню

29 Августа 2013

Реферат по программированию, базе данных

Расчётно-пояснительная записка к курсовой работе по ОМПТ

29 Августа 2013

Реферат по программированию, базе данных

Разработка программного обеспечения решения нелинейных уравнений

29 Августа 2013