Классификация задач экспертных систем
В сборнике статей, опубликованном под общей редакцией Хейеса-Рота [Heyes-Roth et al, 1983], была предложена классификация экспертных систем, которая отражает специфику задач, решаемых с помощью этой технологии. С тех пор эта классификация неоднократно критиковалась различными авторами, в основном из-за того, что в ней были смешаны разные характеристики, а это привело к тому, что сформулированные категории нельзя рассматривать как взаимно исключающие. Тем не менее мы кратко представим эту классификацию и будем рассматривать ее как отправную точку для дальнейшего совершенствования.
- Интерпретирующие
системы предназначены для формирования описания ситуаций по результатам
наблюдений или данным, получаемым от различного рода сенсоров. Типичные задачи, решаемые с помощью интерпретирующих систем, — распознавание образов и определение химической структуры вещества.
- Прогнозирующие системы
предназначены для логического анализа возможных последствий заданных ситуаций
или событий. Типичные задачи для экспертных систем этого типа — предсказание
погоды и прогноз ситуаций на финансовых рынках.
- Диагностические
системы предназначены для обнаружения источников неисправностей по результатам
наблюдений за поведением контролируемой системы (технической или биологической).
В эту категорию входит широкий спектр задач в самых различных предметных областях
— медицине, механике, электронике и т.д.
- Системы проектирования
предназначены для структурного синтеза конфигурации объектов (компонентов
проектируемой системы) при заданных ограничениях. Типичными задачами для таких
систем является синтез электронных схем, компоновка архитектурных планов,
оптимальное размещение объектов в ограниченном пространстве.
- Системы планирования
предназначены для подготовки планов проведения последовательности операций,
приводящей к заданной цели. К этой категории относятся задачи планирования
поведения роботов и составление маршрутов передвижения транспорта.
- Системы мониторинга
анализируют поведение контролируемой системы и, сравнивая полученные данные
с критическими точками заранее составленного плана, прогнозируют вероятность
достижения поставленной цели. Типовые области приложения таких систем — контроль
движения воздушного транспорта и наблюдение за состоянием энергетических объектов.
- Наладочные системы
предназначены для выработки рекомендаций по устранению неисправностей
в контролируемой системе. К этому классу относятся системы, помогающие программистам
в отладке программного обеспечения, и консультирующие системы.
- Системы оказания
помощи при ремонте оборудования выполняют планирование процесса устранения
неисправностей в сложных объектах, например в сетях инженерных коммуникаций.
- Обучающие системы
проводят анализ знаний студентов по определенному предмету, отыскивают
пробелы в знаниях и предлагают средства для их ликвидации.
- Системы контроля
обеспечивают адаптивное управление поведением сложных человеко-машинных
систем, прогнозируя появление возможных сбоев и планируя действия, необходимые
для их предупреждения. Областью применения таких систем является управление
воздушным транспортом, военными действиями и деловой активностью в сфере бизнеса.
Кленси предложил альтернативный метод классификации, взяв за основу набор родовых (generic) операций, выполняемых в рассматриваемых системах. Вместо того чтобы пытаться разделить анализируемые программы решения проблем по признакам особенностей тех проблем, на решение которых они ориентированы, он предложил поставить во главу угла те виды операций, которые выполняются по отношению к реальной обслуживаемой системе (механической, биологической или электрической).
Кленси предложил разделять синтетические операции, результатом которых является изменение структуры (конструкции) системы, и аналитические операции, которые интерпретируют характеристики и свойства системы, не изменяя ее как таковую. Эта обобщенная концепция может быть конкретизирована, в результате чего построена иерархическая схема видов операций, выполнение которых может быть затребовано от программы. На рис. 11.1 и 11.2 представлены такие иерархические схемы для аналитических и синтетических операций.
Рис. 11.1. Иерархия родовых аналитических операции ([Clancey, 1985])
Рис. 11.2.
Иерархия родовых синтетических операции ([Clancey, 1985])
Как показано на рис. 11.2, есть три варианта конкретизации операции Построение. Операция Спецификация задает ограничения, которым должна удовлетворять синтезируемая система. Операция Проектирование формирует структурную организацию компонентов, которая удовлетворяет заданным ограничениям, а операция Сборка реализует спроектированную систему, собирая воедино отдельные ее компоненты. Операция Проектирование, в свою очередь, разделяется на операции Конфигурирование (формирование структуры системы) и Планирование (формирование последовательности действий по созданию системы с заданной структурой).
- Теперь посмотрим, как
соотносится описанная ранее классификация экспертных систем с предложенной
Кленси иерархической схемой операций.
- Кленси относит интерпретацию
к родовым операциям, таким образом, задача интерпретации "накрывает"
любые другие задачи, в том или ином виде выполняющие описание обслуживаемой
системы. В частности, выделенные в первой классификации задачи (категории
экспертных систем) предсказание и управление теперь превращаются
в разновидность задачи интерпретация.
- Мониторинг и
диагноз становятся вариантами задачи идентификации, которая, в свою
очередь, является разновидностью задачи интерпретации. Задачу наладка можно
включить в задачу диагноз, хотя частично она включает и задачу модификация
(чтобы привести обслуживаемую систему в режим нормальной работы).
- Проектирование остается
базовой категорией, а обучение "поглощается" задачей модификация,
так же, как и ремонт. Задача планирование превращается в
один из вариантов задачи проектирование.