Експертні системи та бази знань

Відповідальний лектор

Дорофєєв Юрій Іванович

1. Передмова

1.1. Предмет навчальної дисципліни, її наукові і методичні основи, мета викладання і завдання дисципліни.

Предмет дисципліни складають питання, пов’язані з методологією добування, зображення та використання знань, а також принципами функціонування і технологією побудови експертних систем.
Наукові основи дисципліни складають математика, теорія ймовірностей та математична статистика, математична логіка та теорія алгоритмів, програмування, системи штучного інтелекту, математичне моделювання.

Методологічною основою викладання дисципліни є загальні педагогічні методи, що побудовані на репродуктивному повторі теоретичних знань під час проведення лабораторних заняттях разом з самостійною роботою студентів.

Мета викладання дисципліни – формування у студентів професійних компетенцій в області формалізації та структурування знань, а також проектування та програмної реалізації експертних систем.

Завдання дисципліни – продемонструвати студентам сутність наукового підходу та специфіку методології штучного інтелекту в області створення експертних систем та інженерії знань.

1.2. Що студент повинен знати, вміти і з чим бути ознайомленим в результаті вивчення дисципліни.

В результаті вивчення дисципліни студент повинен знати:

  • призначення експертних систем та їх компонентів;
  • методи придбання, формалізації та структурування знань;
  • функції учасників процесу розробки експертної системи;
  • технологічні етапи побудови експертних систем;
  • стратегії керування логічним виведенням та методи підвищення ефективності виведення в експертних системах;

В результаті вивчення дисципліни студент повинен вміти:

  • вибрати спосіб організації бази знань залежно від предметної області та специфіки конкретної задачі;
  • правильно побудувати взаємодію з експертом при розробці бази знань експертної системи;
  • орієнтуватися в інструментальних засобах для створення експертних систем;
  • програмно реалізувати механізм логічного виведення експертної системи, який реалізує обрану стратегію керування виведенням;
  • протестувати та оцінити якість роботи експертної системи.

В результаті вивчення дисципліни студент повинен бути ознайомлений із:

  • основними галузями та прикладами практичного застосування експертних систем;
  • існуючими інструментальними засобами побудови експертних систем;
  • сьогоднішнім рівнем досягнень та перспективами розвитку галузі інженерії знань та експертних систем.

1.3. Організаційно-методичні указники щодо організації і методики проведення усіх видів навчальних занять, організації і виконання індивідуальних завдань.

Організаційно-методичними вказівками щодо організації і проведення лабораторних занять є «Методичні вказівки до лабораторних занять з дисципліни “Експертні системи та бази знань” для студентів спеціальностей 7.080202 “Прикладна математика”, 7.080203 “Системний аналіз і управління” та 7.080201 “Інформатика”» / уклад. Ю.І. Дорофєєв. – Харків: НТУ “ХПІ”, 2009. – 28 с.

1.4. Система контролю якості навчання студентів.

Контроль якості навчання студентів здійснюється проведенням модульного контролю згідно з переліком контрольних робіт, виконанням студентами лабораторних завдань та індивідуального розрахункового завдання, складанням студентами вихідного іспиту.

1.5. Організація самостійної роботи.

Для організації самостійної роботи студентів виділяється час для використання обчислювальної техніки. Під час самостійної роботи студенти вивчають питання дисципліни, передбачені для самостійної роботи, досліджують подані їм методи та приклади застосувань експертних систем, готують звіти з виконаних лабораторних робіт.

2. Зміст дисципліни

Модуль 1. Керування логічним виведенням в експертних системах

Тема 1. Призначення та особливості експертних систем

Стисла історія виникнення експертних систем. Поняття про інженерію знань. 1.Поняття про експертні системи (ЕС). Загальна класифікація ЕС. Типи задач, які вирішуються за допомогою ЕС. Особливості ЕС, які відрізняють їх від традиційних комп’ютерних програм. Переваги та обмеження ЕС порівняльно з людиною-експертом.

Тема 2. Зображення знань в експертних системах

Знання та способи їх завдання. Моделі зображення знань. Зображення знань за допомогою фреймів. Зображення знань семантичними мережами. Зображення знань засобами логіки першого порядку. Продукційна модель зображення знань. Переваги та недоліки продукційних моделей.

Тема 3. Принципи функціонування експертних систем продукційного типу

Структура та взаємодії складових частин ЕС продукційного типу. База знань ЕС продукційного типу. Робоча пам’ять ЕС продукційного типу. Принципи побудови механізму логічного виведення ЕС продукційного типу. Цикл роботи механізму логічного виведення. Підсистема пояснення ЕС продукційного типу. Редактор бази знань ЕС.

Тема 4. Стратегії керування логічним виведенням експертних систем

Принципи побудови стратегії керування логічним виведенням ЕС. ЕС з прямим виведенням. ЕС із зворотним виведенням. Відзнаки у методах прямого та зворотного виведення. Метод логічного виведення за аналогією. Метод абдукції.

Тема 5. Реалізація логічного виведення в умовах ненадійності даних

Види невизначеності даних та знань. Методи підвищення достовірності виводів ЕС. Методи умовної ймовірності. Основи теорії нечіткої логіки. Методи побудови функцій приналежності. Нечіткі логічні операції. Нечіткі продукційні правила. Основні етапи нечіткого виведення: фаззіфікація, агрегування, активізація, акумулювання, дефаззіфікація. Застосування коефіцієнтів впевненості.

Модуль 2. Технології інженерії знань

Тема 1. Методи придбання та структурування знань

Джерела знань. Поле знань. Стратегії отримання знань. Класифікація методів придбання знань. Пасивні методи придбання знань. Активні методи придбання знань. Методи структурування знань. Системи автоматизованого придбання знань. Побудова індивідуальної моделі зображення знань. Метод репертуарних грат.

Тема 2. Технологія розробки експертних систем

Технологічні етапи розробки ЕС. Типи архітектур ЕС. Алгоритм зіставлення зі зразком RETE. Інструментальні засоби (ІЗ) розробки ЕС. Вибір та оцінювання ІЗ розробки ЕС. Критерії доцільності розробки ЕС. Сучасний рівень та напрямки розвитку ЕС.