Пояснения к практическим работам
Практическая работа № 4 “Этап I. Идентификация”
На данном этапе выполняется постановка (формулировка) проблемы, цели и задач.
Перечень решаемых вопросов: идентифицируются задачи (сложность, структура знаний), определяются участники проекта (число экспертов, программистов и инженеров по знаниям) и их роли, ресурсы Ресурсами разработки являются источники знаний, время разработки, ЭВМ и инструментальные средства, объем финансирования) и цели.
На первом этапе инженер по знаниям должен ответит на вопрос о целесообразности применения ЭС к решению предложенных задач. В ходе идентификации задачи нужно ответить на следующие вопросы:
– какие задачи и подзадачи будет решать ЭС;
– основные понятия и отношения при формулировании и решении задач;
– какие ситуации препятствуют решению;
– как эти препятствия будут влиять на ЭС.
Для группы разработки рекомендуется не менее 3–4-х человек – 1 эксперт, 1–2 инженера по знаниям, 1 программист, привлекаемый для модификации и согласования инструментальных средств. При необходимости расширения круга экспертов, один из них играет роль руководителя группы экспертов.
Для взаимоотношения между экспертами и инженерами по знаниям известны две модели: эксперт консультирует или обучает инженера по знаниям. В любом случае желательно, чтобы инженер по знаниям изучил предметную область и использовал дополнительные источники знаний (книги, инструкции, отчеты и т. п.). При этом надо помнить, что не всякий специалист из предметной области пригоден на роль эксперта и не всякий эксперт подходит для создания ЭС. От эксперта требуется понимание необходимости ЭС и возможность уделять большое время разработке на протяжении длительного времени.
Начальное неформальное описание задачи (составленное экспертом) используется инженером по знаниям для уточнения терминов и ключевых понятий. Эксперт уточняет описание задачи, объясняет, как ее решать и какие рассуждения лежат в основе решения. Обычно требуется несколько итераций уточнения задачи.
Идентификация целей состоит в их явном формулировании. При этом важно отличать цели от решаемых задач. Цели могут быть разными, например:
– формализация неформальных знаний эксперта;
– улучшение качества решений, принимаемых экспертом;
– автоматизация рутинных операций пользователя;
– тиражирование знаний эксперта.
При этом надо помнить, что назначение ЭС состоит в том, чтобы решать определенную задачу в данной предметной области, а не заменять эксперта в этой области.
Практическая работа № 5 “Этап II.. Концептуализация”
Н данном этапе требуется представить следующие результаты разработки содержательной и концептуальной моделей.
На этом этапе эксперт и инженер по знаниям эксплицируют (объясняют и описывают) ключевые понятия, отношения (введенные на этапе идентификации) и характеристики, необходимые для описания процесса решения задачи. Определяются особенности задачи:
– типы допустимых знаний;
– исходные и выводимые данные;
– подзадачи исходной задачи;
– используемые стратегии и гипотезы;
– виды взаимосвязей между объектами проблемной области;
– типы используемых отношений (иерархия, причина-следствие, часть-целое и т.д.);
– процессы, используемые в ходе решения задачи;
– типы ограничений, накладываемых на процессы, используемые в ходе решения;
– состав знаний, используемых для решения задачи;
– состав знаний, используемых для оправдания (объяснения) решения.
Инженеру по знаниям целесообразно составить детальный протокол действий и рассуждений эксперта в процессе решения, хотя бы одной конкретной задачи. Протокол позволяет зафиксировать достаточно полный словарь терминов (объектов) и некоторые представления о стратегиях, используемых экспертом, а также помогает ответить на некоторые вопросы, возникающие в ходе разработки. На этом этапе не следует делать окончательный выбор инструментария. Но полезно сделать попытку создать прототип для решения хотя бы одной подзадачи.
Выделение основных сущностей предметной области. Выявление связей (соответствий, в частности, отношений) между сущностями.
Классификация отношений. Описание сущностей. Разбиение задачи на подзадачи.
Выделение основных сущностей предметной области.
Результатом является полный список сущностей (объектов, концептов). В списке необходимо выделить основные сущности.
Оформление результатов: текст (список).
Выявление связей между сущностями.Результатом является граф, вершины которого обозначают сущности, а дуги - отношения между ними (в случае функциональной семантической сети - двудольного графа - отношения заносятся в соответствующие вершины). Возможно исключение некоторых сущностей, включенных на этапе разработки Содержательной модели.
Оформление результатов: текст, рисунки с пояснительным текстом (при необходимости).
Классификация отношений.Основные типы отношений: элемент-класс, род-вид; часть-целое; объект-атрибут (свойство, признак) объекта; объект-объект и т. д. Расширение и/или детализация данного списка разрешается и выражается в более высокой оценке работы.
Результатом является:
а) список отношений и их классификация (элемент-класс, род-вид; часть-целое; и т.д.);
б) классификация дуг (род-вид; часть-целое; и т.д.) и граф с помеченными дугами.
Оформление результатов: текст, содержащий список отношений и их классификацию. В тексте на рисунках графов помечены дуги.
Описание сущностей.
Каждой из сущностей устанавливается в соответствие ее краткое определение и описание (1 – 3 предложения), с указанием ссылок на литературу.
Результатом является совокупность описаний сущностей и соответствующих вершин графа, полученного на предыдущем этапе.
Оформление результатов: текст на бумажном носителе с рисунками, аккуратно выполненный от руки, или текстовый файл в формате Word.
Разбиение задачи на подзадачи. Результат: дерево подзадач, дерево решений, дерево состояний, И-ИЛИ-граф, и т.п.
Оформление результатов. Соответствующие графы (деревья и т.п.)
Практическая работа № 6 “Этап III. Формализация”.
Все ключевые понятия и отношения, введенные на предыдущем этапе, выражаются инженером по знаниям на некотором формальном языке. Процесс формализации зависит от:
– структуры пространства поиска, характеризующей особенности решаемой задачи;
– моделей лежащих в основе решения задачи;
– свойств данных рассматриваемой задачи.
Чтобы понять структуру пространства поиска, необходимо формализовать понятия (объекты, их характеристики и значения) и определить, как они могут связываться друг с другом при образовании гипотез, используемых для направления поиска. При этом необходимо ответить на следующие вопросы:
– являются понятия примитивными или имеют внутреннюю структуру;
необходимо ли представлять причинные и пространственно-временные отношения между понятиями в явном виде;
– необходима ли иерархия гипотез;
– относится коэффициент определенности (или другие свойства для выражения мнения) только к окончательным гипотезам или он необходим для промежуточных гипотез;
– необходимо ли рассматривать понятия и процессы на различных уровнях абстракции?
Важную роль в формализации знаний играют модели (поведенческие и математические) решения задачи, позволяющие генерировать решение, понимание природы данных проблемной области и выбор языков и ИС для различных частей решаемой задачи. Необходимо определить свойства данных, которые существенно влияют на решение исходной проблемы, например,:
– объясняются или нет данные в терминах гипотез;
– тип отношений между данными (причинные, определительные, корреляционные);
– данные редки (обильны) или недостаточны (избыточны);
– требуется ли использование коэффициента определенности;
– зависит ли интерпретация данных от порядка их появления во времени;
– стоимость приобретения данных;
– как данные приобретаются (какие вопросы необходимо задавать);
– как извлекаются характеристики объектов из потока данных;
– надежность, точность, согласованность, полнота данных.
Нужно представить следующие результаты: формальные модели представления (как знаний или данных, фактов, правил) тех сущностей и отношений, которые выделены на этапе Концептуализации в свете сформулированных целей и задач на этапе Идентификация.
Результаты: Продукционная модель представления знаний .
Оформление результатов: текст с рисунками на бумажном носителе, аккуратно выполненный от руки, или текстовый файл (в формате Word) с рисунками.
Практическая работа № 7 “Этап III. Реализация”.
Цель этапа – создание одного или нескольких прототипов ЭС путем программирования или использования ИС. Разработку первой версии прототипа ЭС с использованием простейших процедур вывода, не заботясь об эффективности его работы следует начинать, как только будет хорошо понят первый тестовый пример. Первый прототип должен появляться уже через 2–3 месяца после начала разработки. Следует избегать типичной ошибки разработчиков, которые откладывают приобретение знаний ЭС до полного завершения программирования. Главное назначение прототипа – обеспечить проверку адекватности идей, методов и способов представления, положенных в основу разработки. Прототип позволяет уменьшить затраты времени на разработку действующей ЭС.
При разработке первого прототипа не следует ввязываться в решение сложных проблем программной реализации, требующих значительных трудозатрат: понимание и синтез фраз естественного языка, построение сложных моделей, учет сложных временных, причинных и модальных отношений и т. д.
Необходимо с самого начала разработки уделять пристальное внимание документации с подробным описанием первого и последующих прототипов ЭС.
Кроме перечисленных этапов в разработке ЭС выделяют следующие:
– тестирование: оценка способа представления данных и всей системы в целом. Как только ЭС стала способной обработать до конца 2 – 3 примера, можно расширять круг задач с целью выявления недостатков БЗ, управляющих механизмов (процедур вывода), ввода-вывода. При подготовке тестовых примеров необходимо выделять подпроблемы и подзадачи;
– опытная эксплуатация: проверяется пригодность ЭС для конечного пользователя. Только после успешного завершения этапа опытной эксплуатации и использования различными пользователями ЭС может считаться коммерческой;
– модификация системы: переформулирование понятий и требований, переконструирование представления и усовершенствование прототипа до тех пор, пока ЭС не будет вести себя должным образом.
Порядок оформления и защиты практических работ № 4–7
Результаты (включая рисунки) оформляются на листах формата A4, можно от руки, разборчиво (соблюдение ГОСТа на чертеж не требуется).
Отчет по практическим работам должен содержать следующие разделы:
1. Введение, предметная область, постановка задачи
2. Разделы I, II, III.
Для защиты практических работ необходимо:
– подготовиться по контрольным вопросам, приведенным в учебном пособии «Выбор материалов и технологий в машиностроении» / А. М. Токмин, В. И. Темных, Л. А. Быконя, Е. И. Герасимова. 2008 г.
– иметь оформленный текст с выполненной работой с выполненной работой;
– рабочую базу знаний в учебной оболочке экспертной системы.
Приложение 1
Структура отчета по практическим работам № 4–7
1. Титульный лист (форма титульного листа приведена в приложении 2).
2. Задание на проектирование. Задание на проектирование оформляется в соответствии с выбранным заданием.
3. Содержание. Содержание включает наименование всех разделов, подразделов и пунктов, если они имеют наименование, а также список литературы и приложений, с указанием номера страниц, с которых они начинаются. Форма оформления содержания приведена в приложении 3.
4. Введение. Введение должно содержать вводную информацию к практической работе. То есть цель практической работы, краткое содержание теоретического материала по данной теме.
5. Основная часть работы должна содержать этапы выполнения практической работы и результаты выполнения контрольных тестов (результаты ответа системы на вопросы, приведенные в заданиях к работам).
6. Заключение. Заключение должно содержать основные выводы, сделанные студентом, по выполнению практической работы.
7. Список используемой литературы. В список литературы должны быть включены все источники, которые были использованы при выполнении практической работы. Пример оформления списка литературы приведен в приложении 4.
8. Приложения. Приложения содержат вспомогательный материал, такой как базы знаний в виде одной из моделей представления знаний.
Приложение 2
|