Архитектура интеллектуальных информационных систем

1. Глава 5. АРХИТЕКТУРА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ.

2. 5.1. Структура интеллектуальных систем

3. 5.2. Проектирование базы знаний

Основа любой ИС - база знаний и заложенный в систему
механизм вывода решений.
Круг задач, решаемых на начальном этапе разработки ИС:
изучение проблемной области (ПО) (объекта, задач, целей),
т. е. «что представлять в БЗ» и «для чего представлять»;
определение понятия «знание» в контексте исследуемой ПО;
выявление источников знаний, активная работа с ними;
определение типов знаний для решения задачи;
оценка на основе исследования ПО и характера знаний
пространства поиска решений с целью выбора способа
структуризации знаний и механизма вывода;
определение способа структуризации знаний, т. е. того, «как
представлять знания»;
выбор способа представления знаний;
определение структуры БЗ;
определение характера взаимодействия структурных частей БЗ,
а также взаимодействия ее с другими компонентами
интеллектуальной СПР в процессе поиска решений;
подготовка к процессу заполнения БЗ.

4. Понятие знания в контексте исследуемой проблемной области

Знания представляют собой описания объектов, элементов,
явлений, связей, отношений м/у элементами и явлениями.
Другой составной частью знания являются процедуры и
операции, которые определяют действия в опр-х ситуациях,
при поиске решения задачи, реализации механизма вывода.
Человек-эксперт оперирует глубинными и поверхностными знаниями.
Глубинные знания - это категории, абстракции и аналогии, при
помощи кот-х эксперт приходит к пониманию структуры и
назначения текущих представлений.
Поверхностные знания-это умения и навыки, соответствующие
знанию на уровне рефлекторных реакций, отработанных действий.
(правила и ассоциации для стандартных рассуждений и ситуаций)
В составе БЗ помимо чисто экономических знаний необходимо
предусмотреть знания
о целях ИИС;
об объекте;
о мире (среде функционирования ИИС)
о пользователях (модели пользователей);
знания системы о себе (модель ИИС, метазнания).

5. Оценка пространства поиска решений

Монотонные БЗ (если ИС основана на надежных и
определенных знаниях и данных)
Вероятностный подход и подход, основанный на
теории нечетких множеств (для структуризации, и
работы с неточными неопределенными знаниями и
данными)
При вероятностном подходе применяются, например,
различные априорные и условные вероятностные
оценки на основе правила Байеса.
В нечетких подходах используются описания знаний на
основе теории нечетких множеств.
Ситуационное исчисление и язык ситуационного
управления (для представления ситуационных
знаний). Действия представлены функциями. Областью
определения этих функций являются ситуации.

6. Выбор способа представления знаний

Логика предикатов первого порядка (БЗ
рассматривается как совокупность логических формул,
которые обеспечивают частичное описание ПО)
Семантические сети позволяют описывать свойства и
отношения объектов событий, понятий, ситуаций или
действий с помощью направленного графа, состоящего из
вершин и помеченных ребер.
Фреймы представляют собой декларативнопроцедуральные структуры (возможна реализация
наследственных отношений)
Продукционные модели - наиболее популярный способ
представления знаний (в БЗ содержатся правила
продукций, а в БД содержится информация, которая
отображает текущее состояние решаемой задачи)
В последние годы активно ведутся работы по развитию
методов формализации нечетких знаний

7. Структура БЗ и взаимодействие с другими компонентами ИИС

Структурно БЗ можно организовать в виде двух основных
подбаз - базы правил (БП) и базы данных (БД).
I ур. фактографическая информация, данные;
II ур. описания, отношения, правила и процедуры, определяющие
способ манипулирования фактографической информацией.
III ур. уровень метазнаний, который необходим для обеспечения
рационализации процессов оперирования знаниями в БЗ.

8. Структура взаимодействия БЗ с основными компонентами ИИС

9. Структура взаимодействия БЗ с основными компонентами ИИС для продукционных систем

10. 5.3. Механизм вывода решений Стратегия управления определяет последовательность и содержание действий при реализации механизма

вывода
Структура взаимодействия решающих компонентов систем ИИ
включает в себя БЗ, рабочую память и управляющую стр-ру
Системы, в основу функционирования к-х положена идея обработки
модулей знаний по образцам, получили название систем
выводов, управляемых по образцам (обычно основаны на
правилах)
Процесс реализации стратегии вывода проходит через 4 стадии:
Выбор (выбираются модули БЗ и данные из рабочей памяти,
которые относятся к рассматриваемой ситуации)
Сопоставление (на основе сравнения с образцами активных
правил и действующих данных определяются модули, для
которых удовлетворяются условия выполнения)
Разрешение конфликтов (принимается решение, какие из
означенных модулей будут выполняться в действующем цикле)
Выполнение (запускаются модули, выбранные на предыдущей
стадии)

11. 5.3. Механизм вывода решений (продолжение)

Стратегия, реализующая поиск от целей, производит
поиск в обратном направлении - от искомого
конечного состояния к начальным условиям
Стратегия, реализующая поиск от данных,
производит поиск в прямом направлении — от
данных начальных условий к целям.
Комбинированная стратегия управления объединяет
в себе стратегии прямых и обратных рассуждений.
Агенда-система использует списки событий (или
списки заявок)
Системы black board - «доска объявлений»

12. 5.4. Объяснение и обоснование решений

Система объяснений (СО) функционально предназначена для
формирования ответов на вопросы пользователя относительно
поведения ИС в процессе получения ею заключения или решения.
В настоящее время на практике все СО реализуются в основном двумя
способами:
фиксацией событий и состояний с помощью заготовленных
текстов на естественном языке;
трассировкой рассуждений, обратным развертыванием дерева
целей с указанием подцелей.
Система объяснения отвечает преимущественно на два типа вопросов:
«Почему?» и «Как?»
Формирование объяснений чаще связывается с обработкой вершин
графа И/ИЛИ
При ответе на вопрос «Почему?» вероятнее движение вверх по
графу состояний к ближайшей подцели, которая объясняет причину
достижения текущей подцели.
При ответе на вопрос «Как?» возможно движение вниз по графу с
объяснением способа достижения текущей подцели.

13. 5.5. Интеллектуальный интерфейс

Подсистема интеллектуального интерфейса управляется программным
обеспечением, называемым управляющая система
интеллектуального интерфейса, обеспечивающая такие
способности как:
обеспечение графического пользовательского интерфейса;
организация взаимодействия пользователя с различными входными
устройствами;
представление данных с различными форматами и на разные
входные устройства;
представление пользователю помощи, подсказок, советов,
диагностического режима работы или другой гибкой поддержки;
обеспечение взаимодействия с БД и базой моделей;
хранение входных и выходных данных;
обеспечение цветной графики, трехмерной графики и плоттинга
данных;
окна, позволяющие отображать множество функций одновременно;
И др.

14. Виды интерфейса и графика

Виды интерфейса:
Взаимодействие на основе меню
Командный язык
Вопросно – ответный вид интерфейса
Формирование взаимодействия
Естественный язык
Графический пользовательский интерфейс
Графика
Графическое ПО может быть либо автономным пакетом, либо
оно может быть интегрировано с другими программными
пакетами.
Графические средства особенно важны для решения
бизнес-задач и поддержки принятия решений, т.к.
они помогают менеджерам визуально представлять
данные, отношения и результаты.

15. Мультимедиа Основной идеей интерактивного мультимедийного подхода является использование компьютеров для улучшения

человеко-машинного
взаимодействия путем использования нескольких медиасредств с
компьютеризированной системой в центре и в основе приложения.
Медиасредства человеко – машинного взаимодействия.

16. Гипермедиа

Один из классов мультимедиа называется гипермедиа.
Гипермедиа описывает документы, которые могут содержать
несколько типов медиасредсв, позволяющих связывать
информацию путем ассоциаций.
Гипермедиа может содержать несколько
информационных пластов таких как:
естественно языковой интерфейс
объектно-ориентированную БД
реляционный вопросный интерфейс
абстрактный механизм гипермедиа
Медиаредакторы
Гипертекст – система информационных объектов,
объединенных м/у собой направленными связями,
образующими cеть

17. Виртуальная реальность

Трехмерный пользовательский интерфейс предлагает
богатые возможности для качественных взаимодействий,
которые используют естественные опыты разума в
пространственном восприятии.
Трехмерный интерфейс имеет несколько преимуществ:
• трехмерность предоставляет больше информации,
• организация представления информации для
программиста более легкая,
• представления являются более выразительными,
• возрастают возможности для использования цветов.
Но реализация трехмерного пользовательского
интерфейса является трудной и дорогой
Одной из наиболее интересных реализаций трехмерного
интерфейса является виртуальная реальность
В виртуальной реальности вместо обозрения плоского экрана
компьютера, пользователь взаимодействует с трехмерной
средой, созданной компьютером.

18. Естественный язык

Одной из основных проблем ИИ является развитие систем понимания
естественного языка (ЕЯ), диалоговых систем человекомашинного взаимодействия.
Языки, с помощью которых пользователь может общаться с
машиной, можно разделить на 3 класса:
Регламентированные (система сама выбирает вариант диалога
и ведет его. Например, «меню» и анкетный язык. Преимущества
- простота и надежность. Недостаток - не может предусмотреть
все возможные варианты диалога.
Профессионально-ориентированные (лексика ограничена
предметной областью, к которой язык отнесен. Пользователь
может задавать вопросы на ограниченном ЕЯ, но не может выйти
за рамки того словарного запаса, который определен для данной
системы.
Естественные (системы, ориентированные все-таки на
определенную предметную область, обладающие более
развитыми возможностями восприятия языка и обеспечивающие
больший комфорт пользователю. В настоящее время в
законченном виде не существуют)