Определение экспертной системы  и её структура

   Одним из наиболее значительных достижений искусственного интеллекта стала разработка мощных компьютерных систем, получивших название «экспертных» или основанных на «знаниях» систем. В современном  обществе при решении задач управления сложными многопараметрическими и сильносвязанными системами, объектами, производственными и технологическими процессами приходится сталкиваться с решением неформализуемых либо трудноформализуемых задач. Такие задачи часто возникают в следующих областях: авиация, космос и оборона, нефтеперерабатывающая промышленность и транспортировка нефтепродуктов, химия, энергетика, металлургия, целлюлозно-бумажная промышленность, телекоммуникации и связь, пищевая промышленность, машиностроение, производство цемента, бетона и т.п. транспорт, медицина и фармацевтическое производство, административное управление, прогнозирование и мониторинг. Наиболее значительными достижениями в этой области стало создание систем, которые ставят диагноз заболевания, предсказывают месторождения полезных ископаемых, помогают в проектировании электронных устройств, машин и механизмов, решают задачи управления реакторами и другие задачи. Под экспертной системой (ЭС) будем понимать программу, которая использует знания специалистов (экспертов) о некоторой конкретной узко специализированной предметной области и в пределах этой области способна принимать решения на уровне эксперта-профессионала. Осознание полезности систем, которые могут копировать дорогостоящие или редко встречающиеся человеческие знания, привело к широкому внедрению и расцвету этой технологии в 80-е, 90-е годы прошлого века. Основу успеха ЭС составили два важных свойства, отмечаемые рядом исследователей:

• в ЭС знания отделены от данных, и мощность экспертной системы обусловлена в первую очередь мощностью базы знаний и только во вторую очередь используемыми методами решения задач;
• решаемые ЭС задачи являются неформализованными или слабоформализованными и используют эвристические, экспериментальные, субъективные знания экспертов в определенной предметной области.

   Основными категориями решаемых ЭС задач являются: диагностика, управление (в том числе технологическими процессами), интерпретация, прогнозирование, проектирование, отладка и ремонт, планирование, наблюдение (мониторинг), обучение.

   Обобщенная  схема ЭС приведена на рис. 1. Основу ЭС составляет подсистема логического вывода, которая использует информацию из базы знаний (БЗ), генерирует рекомендации по решению искомой задачи. Чаще всего для представления знаний в ЭС используются системы продукций и семантические сети. Допустим, БЗ состоит из фактов и правил (если <посылка> то <заключение>). Если ЭС определяет, что посылка верна, то правило признается подходящим для данной консультации и оно запускается в действие. Запуск правила означает принятие заключения данного правила в качестве составной части процесса консультации.

   Обязательными частями любой ЭС являются также модуль приобретения знаний и модуль отображения и объяснения решений. В большинстве случаев, реальные ЭС в промышленной эксплуатации работают также на основе баз данных (БД). Только одновременная работа со знаниями и большими объемами информации из БД позволяет ЭС получить неординарные результаты, например, поставить сложный диагноз (медицинский или технический), открыть месторождение полезных ископаемых, управлять ядерным реактором в реальном времени.

 
Рис. 1.  Структура экспертной системы

     Важную  роль при создании ЭС играют инструментальные средства. Среди инструментальных средств для создания ЭС наиболее популярны такие языки программирования, как LISP и PROLOG, а также экспертные системы-оболочки (ЭСО): KEE, CENTAUR, G2 и GDA, CLIPS, АТ_ТЕХНОЛОГИЯ, предоставляющие в распоряжение разработчика - инженера по знаниям широкий набор для комбинирования систем представления знаний, языков программирования, объектов и процедур.

Обобщенная структура ЭС

     Обобщенная  структура экспертной системы представлена на рис. 2. Следует учесть, что реальные экспертные системы могут иметь более сложную структуру, однако блоки, изображенные на рисунке, непременно присутствуют в любой действительно экспертной системе, поскольку являют собой негласный канон на структуру современной экспертной системы.

Рис. 2. Структура экспертной системы

Пользователь - специалист предметной области, для которого предназначена система, Обычно его квалификация недостаточно высока, и поэтому он нуждается в помощи и поддержке своей деятельности со стороны ЭС.

Инженер по знаниям - специалист по искусственному интеллекту, выступающий в роли промежуточного буфера между экспертом и базой знаний. Синонимы: когнитолог, инженер-интерпретатор, аналитик.

Интерфейс пользователя - комплекс программ, реализующих диалог пользователя с ЭС как на стадии ввода информации, так и получения результатов.

База знаний (БЗ) - ядро ЭС, совокупность знаний предметной области, записанная на машинный носитель в форме, понятной эксперту и пользователю (обычно на некотором языке, приближенном к естественному). Параллельно такому "человеческому" представлению существует БЗ во внутреннем "машинном" представлении.

Решатель - программа, моделирующая ход рассуждении эксперта на основании знаний, имеющихся в БЗ. Синонимы: дедуктивная машина, блок логического вывода.

Подсистема  объяснений - программа, позволяющая пользователю получить ответы на вопросы; "Как была получена та или иная рекомендация?" и "Почему система приняла такое решение?" Ответ на вопрос "как" - это трассировка всего процесса получения решения с указанием использованных фрагментов БЗ, т.е. всех шагов цепи умозаключений. Ответ на вопрос "почему"- ссылка на умозаключение, непосредственно предшествовавшее полученному решению, т.е. отход на один шаг назад.

Интеллектуальный  редактор БЗ - программа, представляющая инженеру по знаниям возможность создавать БЗ в диалоговом режиме- Включает в себя систему вложенных меню, шаблонов языка представления знаний, подсказок ("help" - режим) и других сервисных средств, облегчающих работу с базой.

В коллектив  разработчиков ЭС входят как минимум  четыре человека:

• эксперт;
• инженер по знаниям;
• программист;
• пользователь.

Возглавляет коллектив инженер по знаниям, это  ключевая фигура при разработке систем, основанных на знаниях.  
 
 

Вопрос  № 22. Мультимедийные технологии 

     Мультимедиа - это слово, а точнее понятие, часто  упоминается в разговорах о компьютерах, о компьютерной периферии, при обсуждении тех или иных программных продуктов и даже в разговорах о таких вещах, как телевидение или кинематограф. Так что же такое мультимедиа? Трудно дать краткое и точное определение этому понятию. Мультимедиа – это технология, позволяющая объединить данные, звук, анимацию и графические изображения, переводить их из аналоговой формы в цифровую и обратно. «Мультимедиа» – сложное слово, состоящее из двух простых: «мульти» – много и «медиа» – носитель. Таким образом, термин «мультимедиа» можно перевести как «множество носителей», то есть мультимедиа подразумевает множество различных способов хранения и представления информации (звука, графики, анимации и так далее). 
     Если говорить о мультимедиа как о некоторой технологии представления информации, то необходимо упомянуть два аспекта – аппаратный и программный. Аппаратная сторона мультимедиа может быть представлена как стандартными средствами (графический адаптер, монитор, звуковая карта, привод CD-ROM и так далее), так и дополнительными (видеокарта с телевизионным входом/выходом, приводы CD-R, CD-RW, DVD и др.). Программная сторона мультимедиа может быть разделена на чисто прикладную (сами приложения, предоставляющие пользователю информацию в том или ином виде), а также специализированную, в которую входят средства, используемые для создания мультимедийных приложений. К этой категории можно отнести профессиональные графические редакторы, редакторы видеоизображений, средства для создания и редактирования звуковой информации и т.п. 
     Одними из первых пользовательских мультимедийных программ были компьютерные игры. Они являются наиболее распространенным программным продуктом, в полной мере использующим преимущества технологии мультимедиа: графика высокого разрешения, анимация, звуковое, музыкальное и голосовое сопровождение присутствуют во всех современных играх. В книге М. Кирмайера «Мультимедиа» мультимедиа определена как сочетание возможностей создания видеоэффектов со звуковыми эффектами при управлении с помощью диалогового (интерактивного) программного обеспечения. Диалог означает, что пользователю в общении с компьютером отводится самая активная роль. Он может давать компьютеру свои указания и требовать их исполнения. А может обойтись и без этого, спланировав работу своих мультимедиа-приложений и возложив их исполнение целиком на компьютер. Видеоэффекты могут быть представлены показом сменных компьютерных слайдов, мультфильмов и видеоклипов, смешением изображений и текстов, перемещением (скроллингом) изображений, изменением цветов и масштабов изображения, мерцанием и постепенным исчезновением изображения и т.д. Они обычно идут в сопровождении речи и музыки. Сочетание видео и аудиоэффектов значительно повышает объем информации, которая поступает от компьютера к пользователю, и обеспечивает эффективное и одновременное восприятие ее двумя важнейшими органами чувств человека – зрительное восприятие и слух. 
     Технология мультимедиа прочно вошла в повседневную жизнь и успешно применяется во многих пользовательских приложениях. Но для успешной работы таких приложений должен соответствовать требованиям мультимедиа и сам компьютер. Таким образом «мультимедийный компьютер» – это такой компьютер, на котором мультимедийные приложения могут в полной мере реализовать все свои возможности. Мультимедийный компьютер должен уметь многое: отображать на экране монитора графическую и видеоинформацию, анимацию, воспроизводить с высоким качеством различное звуковое сопровождение, музыку, в том числе и с музыкальных компакт-дисков, и многое другое.

Вопрос № 24. Сеть Интернет и её возможности

     Internet - глобальная компьютерная сеть, охватывающая весь мир. Internet образует  как бы ядро, обеспечивающее связь  различных информационных сетей,  принадлежащих различным учреждениям  во всем мире, одна с другой.

     В действительности Internet не просто сеть, - она есть структура, объединяющая обычные сети. Internet - это «Сеть сетей». Что включает Internet? Вопрос непростой. Ответ на него меняется со временем. Вначале ответ был бы достаточно прост: «все сети, использующие протокол IP, которые кооперируются для формирования единой сети своих пользователей». Это включало бы различные ведомственные сети, множество региональных сетей, сети учебных заведений и некоторые зарубежные сети (за пределами США).

     Чуть  позже привлекательность Internet осознали и некоторые не-IP-сети. Они захотели предоставить ее услуги своим клиентам и разработали методы подключения этих «странных» сетей (например, Bitnet, DECnet и т.д.) к Internet. Сначала эти подключения, названные шлюзами, служили только для передачи электронной почты. Однако, некоторые из них разработали способы передачи и других услуг. Являются ли эти сети частью Internet? И да, и нет. Все зависит от того, хотят ли они того сами.

     Если  ранее сеть использовалась исключительно  в качестве среды передачи файлов и сообщений электронной почты, то сегодня решаются более сложные задачи распределенного доступа к ресурсам. Около десяти лет назад были созданы оболочки, поддерживающие функции сетевого поиска и доступа к распределенным информационным ресурсам, электронным архивам.

     Internet, служившая когда-то исключительно  исследовательским и учебным  группам, чьи интересы простирались  вплоть до доступа к суперкомпьютерам, становится все более популярной  в деловом мире.

     При низкой стоимости услуг (часто это только фиксированная ежемесячная плата за используемые линии или телефон) пользователи могут получить доступ к коммерческим и некоммерческим информационным службам. В архивах свободного доступа сети Internet можно найти информацию практически по всем сферам человеческой деятельности, начиная с новых научных открытий до прогноза погоды на завтра.

     Кроме того, Internet предоставляет уникальные возможности дешевой, надежной и  конфиденциальной глобальной связи  по всему миру. Это оказывается  очень удобным для фирм имеющих свои филиалы по всему миру, транснациональных корпораций и структур управления. Обычно использование инфраструктуры Internet для международной связи обходится значительно дешевле прямой компьютерной связи через спутниковый канал или через телефон.

     В настоящее время Internet испытывает период подъема. Сегодня Internet имеет около 20 миллионов абонентов в более  чем 150 странах мира. Ежемесячно размер сети увеличивается на 7-10%.

Основные  возможности сети Интернет

     У каждого пользователя в Internet имеется своё мнение относительно того, как должна функционировать сеть. Пользователи Internet выражают свои мнения на заседаниях инженерной комиссии IETF (Internet Engineering Task Force). IETF – ещё один общественный орган; он собирается регулярно для обсуждения текущих технических и организационных проблем Internet. Если возникает достаточно важная проблема, IETF формирует рабочую группу для дальнейшего её изучения. (На практике «достаточно важная» означает, как правило, что находится достаточно добровольцев для создания рабочей группы.) Посещать заседания IETF и входить в состав рабочих групп может любой; важно, чтобы он работал. Рабочие группы выполняют много различных функций – от выпуска документации и принятия решений о том, как сети должны взаимодействовать между собой в специфических ситуациях, до изменения значений битов в определённом стандарте. Рабочая группа обычно составляет доклад. Это может быть либо предоставляемая всем желающим документация с рекомендациями, которым следовать не обязательно, либо предложение, которое направляется в IAB для принятия в качестве стандарта.

     Если  некая сеть принимает учение Internet, присоединяется к ней и считает  себя ее частью, тогда она и является частью Internet. Возможно, ей многое покажется  неразумным, странным, сомнительным - она может поделиться своими сомнениями с IETF. Некоторые жалобы-предложения могут оказаться вполне разумными и, возможно, Internet соответственно изменится. Что-то может показаться просто делом вкуса или традиции, тогда эти возражения будут отклонены. Если сеть делает что-либо, что может навредить Internet, она может быть исключена из сообщества до тех пор, пока она не исправится.

     Сейчас Internet состоит из более чем 20 тысяч  объединенных между собой сетей.

Доступ  в Internet

     Доступ  в Internet, обычно, получают через поставщиков  услуг (service provider). Поставщики эти продают  различные виды услуг, каждый из них  имеет свои преимущества и недостатки. Так же как и при покупке  садовой тачки (в оригинале - автомобиля) вы решаете, какими качествами должна она обладать, сколько вы за нее можете себе позволить заплатить, и, исходя из этого, выбираете подходящий вариант из предлагаемого множества.