Введение к работе
Актуальность темы. В современном мире компьютеры стали поистине незаменимыми. Постоянно возникают все новые и. новые области их применения. Вместе с тем в ряде областей компьютерная "экспансия" встретила "стойкое сопротивление". В частности, с большими трудностями столкнулась разработка экспертных систем, предназначенных для решения слабо формализованных задач путем имитации рассуждений.
Как правило, экспертные системы разрабатываются в тех проблемных областях, в которых можно указать по крайней мере одного-двух выдающихся профессионалов (экспертов), способных решать возникающие задачи. В перспективе тиражирование опыта экспертов в виде компьютерных программ должно привести к резкому повышению общего уровня принятия решений в человеко-машинных системах.
Концепция экспертных систем была сформулирована в 70-е годы (Дж. Фейгенбаум, М.Минский, Д.А.Поспелов). Ядро экспертной системы - ее базу знаний - составляют формализованные знания, а остальные блоки системы реализуют функции преобразования знаний и определяются не столько содержимым знаний, сколько свойствами их формальных структур.
До середины 80-х годов во всем мире шел интенсивный процесс создания инструментальных средств для разработки экспертных систем. Параллельно, но с гораздо более скромными результатами шел процесс разработки практически полезных экспертных систем: MYCIN, DEIJDRAL, ... Постепенно выяснилось, что главная проблема экспертных систем - это проблема формирования конкретных баз
знаний.
Технология разработки баз знаний получила не совсем точное название "инженерия знаний". Согласно требованиям технологии построением базы должен заниматься специально подготовленный когнитолог, работа которого требует не только инженерных навыков, но и определенных творческих способностей. Когнитолог должен выявить и структурировать знания с тем, чтобы они могли эффективно функционировать по формальным правилам. В конце 80-х годов стало окончательно ясно, что для поддержки деятельности когнитолога требуются средства гораздо более разнообразные, чем те, что традиционно включаются в инструментальные экспертные системы.
Основные трудности инженерии знаний проистекают из особенностей личных знаний эксперта: способность применять знания радикально отличается от способности систематически излагать свои знания. Фактически когнитолог может рассчитывать только на ту информацию, которую он получает от эксперта в ответ на конкретные вопросы или задания. Более того, когнитолог должен преодолевать определенное сопротивление со стороны эксперта. Умение вести опрос, продуктивный с точки зрения извлечения знаний и не выходящий за пределы профессиональной компетенции эксперта - вот главное содержание инженерии знаний как самостоятельной дисциплины. На момент зарождения инженерии знаний в арсенал средств когнитолога можно было занести методику репертуарных решеток, заимствованную из экспериментальной психологии, а также методику диагностических игр. разработанную под руководством академика И.М.Гельфанда для проектирования медицинских систем.
В инженерии знаний естественным образом сложилась практика оформления продуктивных методов опроса в виде программных систем. Так. методика репертуарных решеток породила целое -семейство автоматизированных систем, предназначенных для опроса эксперта (AQUINAS, KRITON, SIMER и т.д.). В то же время процесс разработки такого рода программных продуктов, названных в диссертации автоматизированными системами инженерии знаний (АСИЗ), развивается во многом стихийно, и зачастую господствует упрощенный подход, вообще исключающий когнитолога из технологии формирования баз знаний.
В связи с этим назрела настоятельная необходимость в разработке общей концепции АСИЗ, которая позволяла бы:
-
стандартизовать подходы к реализации АСИЗ, что совершенно необходимо для их практического применения,
-
развивать проблематику АСИЗ как самостоятельное научное направление.
По принципиальным соображениям в инженерии знаний невозможно создание универсальной технологии, поэтому разработка новых методов реализации АСИЗ (и особенно - новых методов опроса экспертов) также остается актуальной задачей.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является повышение эффективности создания экспертных систем за счет разработки и обоснования общих принципов и новых методов построения инструментальных средств, предназначенных для формирования баз знаний посредством автоматизированного опроса „ экспертов.
Основными задачами исследования, определенными поставленной целью, являются:
выявление и обоснование принципов построения программных систем, предназначенных для формирования баз знаний посредством автоматизированного опроса экспертов. - автоматизированных систем инженерии знаний;
разработка новых семейств и конкретных методов реализации АСИЗ, основанных на различных подходах к организации опросов эксперта;
разработка и обоснование математических методов построения АСИЗ;
практическая проверка разработанных методов.
Методы исследования. Разработка и обоснование общих принципов построения АСИЗ базируется на использовании теории программирования, теории интеллектуальных систем и теории представления знаний. При разработке новых семейств и конкретных методов реализации АСИЗ, а также при разработке и обосновании математических методов построения АСИЗ используется математический аппарат теории множеств, теории формальных грамматик, теории графов и математической логики.
Научная новизна. Разработанные в диссертации математические методы и общие принципы построения инструментальных средств, предназначенных для формирования баз знаний посредством автоматизированного опроса эксперта, являются весомым вкладом в развитие фундаментальных исследований в области экспертных систем. На их основе разработаны новые классы методов и отдельные методы формирования баз знаний, существенно расширяющие возможности реализации экспертных систем.
Основные научные результаты по проблеме создания автоматизированных систем инженерии знаний, полученные в
диссертации и представляемые на защиту:
предложены и обоснованы методология и типовая архитектура автоматизированных систем инженерии знаний;
разработаны и исследованы новые методы
построения АСИЗ и формирования баз знаний;
отладки баз знаний.
- разработаны и обоснованы математические методы, предназ
наченные для использования в АСИЗ,
формализм простых систем альтернатив для решения переборных задач и реализации баз знаний;
методы восстановления формальных грамматик для решения возникающих в АСИЗ подзадач индуктивного вывода.
Практическая ценность работы. Разработанные в диссертации принципы построения АСИЗ могут быть использованы при проектировании инструментальных средств формирования баз знаний. Конкретные методы организации АСИЗ реализованы в программных системах и могут быть использованы в практике инженерии знаний. Обоснованные в диссертации математические методы могут быть использованы для решения соответствующих подзадач, возникающих при реализации систем искусственного интеллекта.
Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы при выполнении ряда НИР и ОКР по заказам ВНИИПВТИ ГКВТИ СССР и ИПУ Минприбора и АН СССР; при выполнении задания 1.2.2.6.3 Комплексной Программы научно-технического прогресса стран членов СЭВ (1986-1990 гг.), а также в учебном процессе на факультете вычислительной математики и кибернетики Московского государственного университета им.М.В.Ломоносова.
Апробация результатов работы. Результаты диссертационной
работы докладывались и обсуждались на Международных-конференциях IMYCS-86 (Будапешт, 1986), "Экспертные системы и распознавание образов" (Новосибирск, 1987), "Проблемы и применения Искусственного интеллекта" (Варна, 1987), на Всесоюзной конференции "Автоматизация производства систем программирования" (Таллин, 1986), на 1-й, 2-й и 3-й Всесоюзных конференциях по искусственному интеллекту (Переславль-Залесский, 1988; Минск, 1990; Тверь, 1992), на республиканских конференциях "Интерактивные системы и их практическое применение" (Кишинев, 1984), "Логико-комбинаторные методы в искусственном интеллекте и распознавании образов" (Кишинев, 1985), "Автоматизация и роботизация призвод-ства с применением микропроцессорных средств" (Кишинев, 1986), "Молодежь, Наука, Производство" (Кишинев, 1986), на семинарах в ВЦ РАН, МГУ им.М.В.Ломоносова, ИТК РАН, ИПЙ РАН, ИСА РАН, ШС РАН, ИМ с ВЦ АН МССР.
Структура работы и ее содержание. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав основного содержания, заключения и списка литературы. Объем основного содержания - 242 стр., библиография - 65 наименований.
Публикации. По теме диссертации опубликовано свыше 35 работ. Основное содержание диссертации отражено в 25 работах автора, которые приведены в конце автореферата.