Реферат: Искуственный интеллект

система ЭКОНЭКС, созданная в Центре Информатики и Электроники им.  По-

пова, включает в себя возможности преобразования знаний из  одной  ст-

руктуры в другую, поддерживает иерархию  знаний,  обрабатывает  непол-

ные, недостоверные и противоречивые знания, содержит блок проверки ис-

тинности. Система реализована и используется на персональных компьюте-

рах типа IBM. Следует учитывать, что ПК обладают относительно  неболь-

шой памятью и быстродействием, следовательно, их  нельзя  применять  в

таких областях, где необходима обработка большого количества  информа-

ции. ЭС для ПК могут эффективно использоваться в таких областях, как:

    - задачи оптимизации;

    - анализ вариантов телефонных сетей;

    - диагностика отказов автоматики;

    - определение конфигурации компьютерных систем;

    - прогноз погоды;

    - обеспечение безопасности;

    - анализ отчетов о командировках для получения обощенных выводов;

    - разработка стратегий операций.

    Однако, несмотря на распространенность, все  вышеперечисленные  ЭС

в основном обладают некоторыми общими недостатками:

    - низкоразвитый интерфейс;

    - необходимость знания специальных языков представления знаний;

    - большие размеры;

    - низкое быстродействие;

    - не развиты связи с другими программами;

    - нет средств быстрой смены баз знаний;

    - высокая стоимость.

    Отсюда следует, что ни одна из приведенных выше оболочек ЭС не мо-

жет быть эффективно использована  в  Вооруженных  Силах,  где  большую

роль играют в основном быстродействие, интерфейс и  стоимость.  Совре-

менные ЭС также требуют больших машинных ресурсов, а именно -  памяти,

как оперативной, так и памяти жесткого диска. Следовательно, нужна но-

вая эффективная оболочка ЭС, ориентированная на потребности ВС.

                       1.3. Постановка задачи.

    В ВС часто возникают задачи, которые требуют  знаний  экспертов  и

которые не могут быть решены стандартными способами.

                                                            Таблица 4.

               Критерии применимости экспертных систем.

┌──────────────────────────────────┬─────────────────────────────────┐

│            Применимы             │           Неприменимы           │

├──────────────────────────────────┼─────────────────────────────────┤

│ Не могут быть строгие алгоритмы  │ Имеются эффективные алгоритми-  │

│или процедуры, но существуют эври-│ческие методы.                   │

│стические методы решения.         │                                 │

├──────────────────────────────────┼─────────────────────────────────┤

│ Есть эксперты, способные решить  │ Отсутствуют эксперты или их чис-│

│задачу.                           │ло недостаточно.                 │

├──────────────────────────────────┼─────────────────────────────────┤

│ По своему характеру задачи отно- │ Задачи носят вычислительный ха- │

│сятся к области диагностики, ин-  │рактер.                          │

│терпретации или прогнозирования.  │                                 │

├──────────────────────────────────┼─────────────────────────────────┤

│ Доступные данные "зашумлены".    │ Известны точные данные и строгие│

│                                  │процедуры.                       │

├──────────────────────────────────┼─────────────────────────────────┤

│ Задачи решаются методом формаль- │ Задачи решаются процедурными ме-│

│ных рассуждений.                  │тодами, с помощью аналогии или   │

│                                  │интуитивно.                      │

├──────────────────────────────────┼─────────────────────────────────┤

│ Знания статичны (неизменны).     │ Знания динамичны (меняются со   │

│                                  │временем).                       │

└──────────────────────────────────┴─────────────────────────────────┘

    Вот лишь некоторые из обычных  повседневных  задач  возникающих  в

ВС, которые могут быть решены с помощью ЭС:

    - составление расписаний занятий;

    - диагностика аппаратуры;

    - юридические консультации;

    - планирование тактических операций;

    - метеопрогнозы;

    - обеспечение безопасности;

    - анализ документов (отчетов);

    - управление подразделением;

    - обучение личного состава;

    - медицинскоя диагностика.

    По ранее указанным причинам, коммерческие ЭС не могут быть  приме-

нены. Требуется система, обладающая следующими свойствами:

    1) Высокое быстродействие.

    2) Высокая надежность.

    3) Простой в освоении интерфейс.

    4) Низкая стоимость.

    5) Низкая требовательность к машинным ресурсам.

    6) Простота представления знаний.

    Такая система бубет полностью удовлетворять нужды ВС.

              Часть 2. Выбор средств для решения задачи

    В своей повседневной деятельности командиру часто приходится стал-

киваться с различного рода информацией, необходимой ему в  ходе  рабо-

ты. Чаще всего это текстовая  (план-конспекты,  рапорта,  инструкции),

графическая (схемы, планы, графики, диаграммы) и  табличная  (ведомос-

ти, план-задания) информация. Процесс ее обработки  можно  ускорить  с

созданием так называемых автоматизированных рабочих мест командира.

    Однако у командира возникают задачи другого рода, такие как,  нап-

ример, диагностика аппаратуры, планирование рабочей  недели,  управле-

ние различного рода работами, анализ состояния воинской  дисциплины  и

много других, для решения которых нужна специальные программы  -  экс-

пертные системы. Для того, чтобы облегчить процесс решения такого  ро-

да задач, следует в пакет прикладных программ для АРМ командира  вклю-

чить и систему обработки знаний (ЭС).

    Для разработки и последующего нормального функционирования  проек-

тируемой ЭС для АРМ  необходимы  следующие  аппаратные  и  программные

средства.

         2.1. Выбор аппаратных средств для проектирования ЭС.

    Чтобы создать ЭС с указанными ранее свойствами, необходимы следую-

щие требования к аппаратной части (указаны минимальные требования):

    - персональный IBM-совместимый компьютер типа ЕС  1841  (желателен

компьютер IBM с процессором Intel 80386SX или выше);

    - ОЗУ не менее 128 Кб (желательно - 640 Кб или выше);

    - жесткий диск объемом не менее 10Мб (желателен - 120Мб и выше);

    - видеокарта 128 Кб, EGA 14" (желательно - VGA или выше);

    - манипулятор "мышь" (необязательно).

    Аппаратных средств с такими  требованиями  вполне  достаточно  для

создания полнофункциональной ЭС, отвечающей всем  ранее  установленным

требованиям.

    Персональный компьютер выбран как универсальное  средво  обработки

информации. Из всего многообразия персональных компьютеров выбор оста-

новлен именно на IBM-совместимых компьютерах, поскольку эти машины на-

иболее распространены в нашей стране, они обладают  хорошими  характе-

ристиками: модульно-магистральная архитектура, довольно  высокая  ско-

рость работы, распространенность  программного  обеспечения  для  этих

компьютеров и относительно низкая стоимость. Требования к ОЗУ и  "вин-

честеру" обусловлены лишь требованиями программного обеспечения, необ-

ходимого для создания и реализации ЭС. Монитор желателен цветной, пос-

кольку часть обрабатываемой информации в проектируемой системе  должна

выделяться цветом (на монохромном дисплее можно и не  заметить  разли-

чия в цвете различных компонентов ЭС). Хотя "мышь"  и  не  обязательна

для разработки ЭС, ее желательно иметь, потому что создаваемая  экспе-

ртная система ориентирована на "среднего" пользователя, среди  которых

в последнее время "мышь" находит все большее распространение и в  про-

цессе разработки ЭС может понадобиться проследить за реакцией  курсора

"мыши".

           2.2. Выбор программных средств для построения ЭС

    В процессе создания ЭС потребуются следующие программные средства:

    - операционная система  (ОС),  совместимая  с  MS-DOS  (желательна

MS-DOS 6.2 и оболочка Norton Commander);

    - операционная оболочка Windows 3.x (необязательна);

    - система программирования Турбо-Паскаль 6.0 с библиотекой  Turbo-

Vision 1.0.

    Операционная система выбрана только исходя из вопросов распростра-

ненности, поскольку на IBM-совместимых компьютерах  используются,  как

правило, именно указанные  ОС  (MS-DOS,  PC-DOS,  DR-DOS,  Альфа-ДОС).

Norton Commander желателен для удобства работы в среде MS-DOS.  Поско-

льку проектируется система, совместимая в  Windows,  эта  операционная

оболочка может тоже понадобиться при разработке для проверки совмести-

мости и установки связей между ними.

    Из всех существующих ныне систем  программирования  выбран  именно

Турбо-Паскаль по следующим причинам:

    1) По сравнению с другими языками программирования, которые  обыч-

но используются для создания систем искусственного  интеллекта  (LISP,

PROLOG, SMALLTALK), язык Паскаль проще в изучении; программы на Паска-

ле более читаемы.

    2) От других обычных  современных  языков  программирования  (C++,

BASIC,MODULA 2,SIMULA) Паскаль отличается  высокой  структурированнос-

тью (а большинство из перечисленных языков - строчно-ориентированы).

    3) Язык Паскаль обладает большим количеством типов  данных,  кото-

рых нет ни в одном языке программирования (такие структуры,  как  мно-

жества, записи).

    4) В Паскале имеются средства работы  с  динамической  памятью  (в

паскале она называется "кучей") и возможность работы не только с типа-

ми данных, но и указателями на типы.

    5) Паскаль обладает удобными средствами для работы со списками.

    6) В системе Турбо-Паскаль  6.0  имеется  объектно-ориентированная

библиотека Turbo-Vision, включающая в свой состав объекты  для  созда-

ния стандартного диалога с пользователем.

    7) В Turbo-Vision имеется инструментарий, расширяющий  возможности

как стандартного Паскаля, так и файловой структуры  компьютера  вообще

(коллекции, ресурсы, потоки).

    8) В Турбо-Паскале очень удобная среда (интерфейс) и  самый  быст-

рый из всех систем программирования компилятор.

           2.3. Выбор дополнительных средств для разработки

    Проектируемая оболочка для ЭС должна представлять  интегрированную

среду. Не выходя из среды ЭС, пользователь должен иметь доступ к  дру-

гим программным или аппаратным средствам. Поэтому для  отладки  проце-

дур работы с  этими  средствами,  при  разработке  системы  желательно

иметь:

    - принтер (для контроля создания процедур управления печатью);

    - накопитель на флоппи-дисках  3,5"  (для  проверки  переносимости

проектируемой системы) и сами дискеты;

    - приложения пакета "АРМ командира" (для установки связи создавае-

мой ЭС с ними).

    Кроме того для удобной и надежной работы следует иметь:

    - пакет Norton Utilities (для повышения надежности работы  компью-

тера);

    - программу-антивирус типа Dr.Web, Adinf или Антивир  (для  защиты

разрабатываемой ЭС и других программ от вирусов;

    - одну-две дискеты 3,5" (для создания резервных копий ЭС в качест-

ве защиты от несанкционированных случаев).

                             2.4. Выводы.

    Итак, выбор аппаратных и программных  средств  сделан.  Анализируя

сделанное, можно заметить такие характерные черты выбранных средств:

    1) Разрабатываемая система имеет низкие требования  к  техническим

характеристикам аппаратного обеспечения.

    2) Требуемое программное  обеспечение  достаточно  распространено.

    3) Программное обеспечение надежно, просто в обращении.

    Таким образом, выбранное программное обеспечение  полностью  удов-

летворяет поставленным требованиям.

   Часть 3. Состав системы "Консультант", разработка ее компонентов

                  3.1. Структура и назначение системы

    3.1.1. Назначение, логическая структура и технические  характерис-

                      тики системы "Консультант"

    Система "Консультант" предназначена для проведения консультаций  с

использованием баз знаний, а также  для  создания  новых  баз  знаний,

просмотра и редактирования уже имеющихся и управления ими.

    "Консультант" (далее по тексту просто "система")  требует  следую-

щих ресурсов:

    - объем на жестком диске не менее 350 Кб,

    - объем оперативной памяти не менее 128 Кб,

    - компьютер IBM-совместимый не ниже ЕС 1841,

    - операционная система типа DOS (MS-DOS,PC_DOS и им подобные),

    - желательно наличие мыши.

    система состоит из:

    - интерфейса пользователя;

    - системы управления базами знаний (СУБЗ);

    - банка знаний (комплекса баз знаний);

    - машины вывода;

    - системы приобретения знаний (редактора знаний);

    - системы объяснения (логически соединенной с машиной вывода).

     3.1.2. Физическая (файловая) структура системы "Консультант"

    Файловую структуру системы можно условно  разделить  на  следующие

части:

    - собственно ЭС (файлы, входящие в комплект поставки);

    - вспомогательные программы (не входящие в комплект ЭС);

    - исходные файлы программ (тексты программ на языке Паскаль);

    - файлы пользователя (возникающие в ходе работы).

    В состав ЭС входят следующие файлы:

    1) START.BAT - запускающий файл  системы.  Вначале  вызывает  файл

SERVE.EXE, производящий начальные установки системы,  затем  запускает

EXPERT.EXE;

    2) SERVE.EXE - производит  установку  запускающих  ключей  в  файл

SERVE.KEY;

    3) SERVE.KEY - установочный файл системы;

    4) EXPERT.EXE - главный файл системы "Консультант". Содержит  про-

цедуры вызова видимых компонентов системы из  файла  ресурсов  EXPERT.

AIR, процедуры динамической подзагрузки библиотечных переменных, конс-

тант, типов данных и функций из стандартных и созданных  вспомогатель-

ных библиотек (модулей),  содержащихся  в  упакованном  виде  в  файле

EXPERT.OVR;

    5) EXPERT.AIR - файл ресурсов системы. Содержит все видимые компо-

ненты системы в собственном внутреннем представлении. Компоненты  рас-

паковываются и извлекаются из файла  по  командам  основной  программы

(файла EXPERT.EXE);

    6) EXPERT.OVR  -  оверлейный  файл  системы.  Содержит  библиотеки

объектов, команд, регистрационных записей объектов, процедур  и  функ-

ций, переменных и констант в упакованном  виде.  Служит  для  экономии

оперативной памяти;

    7) EXPERT.BLC - содержит список имен баз знаний (банк знаний).

    Вспомогательные файлы выполняют свои функции в  процессе  создания

ЭС. После они обычно уничтожаются. При  создании  "Консультанта"  были

созданы следующие вспомогательные файлы:

    1) MAIN.TPU - библиотечный модуль.  Содержит  основные  компоненты

системы; при компиляции упаковывается в expert.ovr  вместе  с  другими

стандартными (такими, как SYSTEM.TPU, APP.TPU, COLORSEL.TPU,  OBJECTS.

TPU и другими) и демонстрационными (например, CALENDAR.TPU,  CALC.TPU,

GAUGES.TPU и другими) модулями;

    2) M_VISUAL.EXE - файл, создающий видимые объекты  системы  (окна,

меню, строку статуса, полосы скроллинга и другие)  и  записывающий  их

указатели в файл EXPERT.AIR;

    3) M_LIST.EXE - создает пустой список имен БЗ  и  помещает  его  в

файл EXPERT.BLC.

    Следующие файлы - тексты программ и модулей на языке Паскаль:

    1) EXPERT.PAS - текст основной управляющей программы системы.  При

компиляции из него образуется два файла: EXPERT.EXE и EXPERT.OVR;

    2) SERVE.PAS - текст установочной программы. Компилируется в  файл

SERVE.EXE;

    3) MAIN.PAS - текст модуля, описывающего созданные для нужд систе-

мы библиотеки. Компилируется в файл MAIN.TPU;

    4) M_VISUAL.PAS - текст программы создания ресурсов. При  компиля-

ции образует файл M_VISUAL.EXE;

    5) M_LIST.PAS - текст программы, создающей файл EXPERT.BLC и поме-

щающей в нее список банка  знаний.  При  компиляции  создает  файл  M_

LIST.EXE.

    При работе пользователь может, не  выходя  из  системы,  создавать

два вида файлов:

    1) *.PRO - файлы, содержащие базы знаний в виде  ресурсов.  Первый

ресурс в файле - база фактов (данных), записывается под  ключом  'Дан-

ные '+ <имя базы>. Второй ресурс - база правил, записывается в тот  же

файл под ключом 'Правила '+ <имя  базы>.  Имена  файлов  присваиваются

системой автоматически по принципу 'base'+ <номер базы  в  банке>  +'.

pro' и привязываются к реальным именам БЗ в списке баз  файла  expert.

blc;

    2) *.REP - файлы, содержащие  протоколы  проведения  консультаций.

После проведения консультации система, по просьбе пользователя,  может

создать протокол и затем сохранить его на диске, записав его  в  файл,

которому автоматически присвоит имя <число> + <месяц> + <год> + поряд-

ковый номер протокола на данные сутки.

               3.2. Информация, обрабатываемая в системе

            3.2.1. Математическая модель информации в ЭС

    База знаний представляет собой два множества: множество  фактов  {

f} и множество правил {r }, где n - общее количество фактов, m  -  об-

щее количество правил. Множество {f} можно представить в виде:

                          {f }={a ,q ,{v }}

где a - объект i-го факта, q - вопрос i-го факта,  {v  }  -  множество

значений i-го факта, l - количество значений в  i-м  факте.  Множество

правил формируется таким образом:

    так как v ={s,m,c }, где m,c  Е{0,1}  и  для  j-го  правила  имеем

следующую цепь преобразований:

    если m =1, то s =l  и если c =1, то c =1.

    Таким образом, имеем сформированное множество правил.

        3.2.2. Программная модель информации в "Консультанте"

    База фактов и база правил представляют собой указатели на  объекты

-потомки, порожденные от стандартного объекта - коллекции из библиоте-

ки Turbo-Vision:

                     TCOLLECTION───┬───TDATABASE

                                   └───TRULEBASE

    В коллекцию базы данных записываются факты,  представляющие  собой

также объекты-потомки от коллекции Turbo-Vision:

                       TCOLLECTION────────TFACT

    Объект-потомок  отличается  от  родителя  наличием   двух   полей:

ATRIBUT - объект и QUESTION - вопрос. В коллекцию  факта  записываются

указатели на значения объекта. В  объекте  TFACT  также  перекрываются

два метода: конструктор LOAD и  процедура  STORE,  позволяющие  теперь

сохранить в потоке, кроме коллекции значений, еще и новые поля.

    В свою очередь, значение - это потомок от  базового  объекта  всей

иерархии стандартных объектов Turbo-Vision:

                         TOBJECT───────TVALUE

    Этот потомок отличается от своего родителя  тремя  новыми  полями:

SLOT - собственно значение (в виде строки),  MARK  -  служебное  поле,

применяющееся при создании базы правил и CON - поле-признак того,  что

данное значение является заключением.

    Такова структура базы фактов. В базу правил же записываются прави-

ла, каждое из которых представляет собой  коллекцию,  в  свою  очередь

каждый элемент которой - элемент правила. Элемент правила порожден  от

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7