Введение к работе
Актуальность проблемы. Экспертные системы (ЭС), появившиеся в конце 60-х годов в качестве исследовательских проектов (MYCIN, PROSPECTOR, CASNET, DENDRAL), к настоящему времени стали одной из серьезных коммерческих отраслей информационной индустрии. Рынок программного обеспечения в этой области стабильно и быстро расширяется. Устойчивый интерес к технологии ЭС обусловлен тем, что они позволяют решать так называемые слабо формализуемые задачи, что до недавнего времени было исключительной прерогативой людей . Кроме того, аккумулируя практический опыт специалистов в определенной проблемной области, ЭС делают их знания и опыт доступными для использования другими людьми, позволяют быстро и эффективно проводить процесс обучения.
Количественный и качественный рост сферы применения ЭС требует обеспечения их максимальной эффективности, которая в значительной степени определяется отсутствием дефектов в базе знаний (БЗ), а также возможностью быстро и в полном объеме получать необходимую для сеанса экспертизы информацию. Одним из основных источников такой информации являются базы дапных (БД). Поэтому вопросы разработки методов выявления различных дефектов в БЗ и способов взаимодействия ЭС с БД становятся в настоящее время особенно актуальными.
Среди проблем, возникающих в связи с разработкой и эксплуатацией ЭС, одной из наименее исследованных является проблема выявления разного рода противоречий в продукционных базах знаний. Знания в БЗ такого типа представляются в виде множества правил (продукций) вида "условие применимости -> заключение". Организация знаний экспертов в виде совокупности не связанных между собой правил является основным достоинством продукционных систем и дает возможность легко дополнять и модифицировать БЗ. В то же время, независимость правил друг от друга значительно усложняет задачу контроля внутренней согласованности БЗ, делая невозможной проверку правильности рекомендаций ЭС не только "вручную", но даже с помощью подсистемы объяснений. Поэтому для продукционных БЗ задача разработки методов автоматизированного поиска противоречий приобретает особо важное значение.
Мы ограничимся рассмотрением продукционных БЗ, во-первых -детерминированных, а во-вторых - содержащих продукции, условия и заключения которых представлены конъюнкциями утверждений о принадлежности значений характеристик некоторым интервалам. Круг приложений, в которых удобно представлять знания в таком виде, достаточно широк. Сюда относятся , например, задачи технической и медицинской диагностики, определения предаварийных ситуаций , некоторые задачи реального времени и др. Во многих из них предъявляются повышенные требования к непротиворечивости БЗ, т.к. цена ошибки очень высока. В этой связи актуальной становится проблема разработки методов и средств автоматизации поиска противоречий в детерминированных продукционных БЗ с интервальными значениями характеристик в предикатах.
Решение этой проблемы позволяет расширить сферу практического применения ЭС. Например, вместо трудоемкой работы по созданию и отладке программ тестирования проектируемых узлов , механизмов и средств вычислительной техники появляется возможность , внеся в БЗ описания характеристик, управлений и реакций узла, автоматически строить всевозможные тестовые программы с помощью системы поиска противоречий.
Обширный класс приложений, в которых значения характеристик в правилах удобно представлять интервалами (техническая и медицинская диагностика, автоматизация проектирования и др.) использует стандартизированные для конкретной отрасли данные, хранящиеся в базах данных. В связи с этим важной остается проблема взаимодействия ЭС с БД и вопросы разработки СУБД, способной решать как традиционные прикладные задачи обработки данных, так и работать в комплексе с ЭС, "понимая запросы ЭС и предоставляя всю необходимую ей информацию во время сеанса экспертизы.
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является тео ретическое обоснование и разработка методов анализа непротиворечивости продукционных детерминированных БЗ, содержащих правила, использующие предикатные выражения с интервальными значениями характеристик, а также разработка эффективных механизмов взаимодействия ЭС с СУБД для информационной поддержки работы машины вывода.
-3-При этом решаются следующие задачи:
-
Анализ общих проблем и тенденций развития систем автоматизированного тестирования продукционных детерминированных БЗ и их классификация.
-
Построение модели продукционной системы с интервальными значениями характеристик в предикатах, разработка метода поиска противоречий в продукционной системе указанного вида.
-
Разработка алгоритма поиска противоречий и общей структуры системы поиска противоречий, определение функций модулей, входящих в ее состав.
-
Программная реализация и внедрение системы поиска противоречий (Cl111) как компоненты инструментальной ЭС ЭКРАН (ИЭС ЭКРАН).
-
Анализ способов взаимодействия ЭС и СУБД, разработка принципов организации интерфейса ИЭС ЭКРАН с внешней СУБД.
-
Разработка СУБД, способной функционировать как автономно, так и во взаимодействии с ЭС.
Методы исследования. В основу проведенных исследований положены методы математической логики, теории множеств, применен аппарат теории реляционных моделей БД и методы структурного программирования.
Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие новые научные результаты:
разработана модель системы продукций с интервальными значениями характеристик в предикатах (ИСП); дано оригинальное определение непротиворечивой системы продукций;
применительно к поиску противоречий в ИСП разработан метод целенаправленного перебора, основанный на введенном понятии эффективного множества истинности продукции;
определены понятия полной и частичной противоречивости ИСП, обоснован механизм их выявления;
определены условия формирования параллельных пространств вьшода при поиске противоречий в ИСП, введены понятия информативных и неинформативных пространств; предложен принцип сужения множества параллельных пространств вывода;
- предложен метод организации взаимодействия ЭС и СУБД дл; обеспечения информационной поддержки работы машины вывода.
Практическая ценность и внедрение результатов работы. Результати проведенных исследований использованы при разработке:
системы поиска противоречий в составе инструментальной ЭС ЭКРАР Использование СПП позволило сократить время отладки БЗ и повысит качество проводимых экспертиз за счет своевременного и полного выявления противоречий в продукционных БЗ;
СУБД общего назначения и системы создания отчетов в составе ИЭС ЭКРАН;
ИЭС ЭКРАН-ХТС - интегрированной ЭС синтеза теплообменных систем установок первичной переработки нефти;
ЭС синтеза теплообменных систем;
автоматизированной обучающей ЭС ИПИЛОГ;
автоматизированной информационно-аналитической системы (АИАС) "Контроль хода выполнения Долговременной программы комплексного развития производительных сил Дальневосточного экономического района, Читинской области и Бурятской АССР";
автоматизированной информационной системы "Банки данных России";
автоматизированной информационной системы "Токсичные отходы цветной металлургии";
АИАС "Утилизация технологического сырья на территории РСФСР
ИЭС "ЭКРАН" сдана в Казанский ФАП, а прикладные системы вне дрены и используются в ИЛИ РАН, ЦНИИПроекте, НИХТИ, Российскої химико-технологическом университете, АО "ЭТМ", Академии технических наук РФ. Результаты практического внедрения подтверждены справками о внедрении.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на научном семинаре ЦРДЗ "Экспертные системы. Базы знаний и данных' (Москва, 1992), на научном семинаре Московского Дома научно-технической пропаганды "Экспертные системы на персональных компьютерах" (Москва, 1990), на Всесоюзной конференции "Диалог Человек-ЭВМ" (Свердловск, 1989), на всесоюзных совещаниях "Проблемы применения вычислительной техники и автоматизированных систем в управлении комплексным социально-экономическим развитием регионов"
-5-(Донецк, 1989) и "Проблемы создания и использования фактографических баз данных" (Москва, 1989), Международной конференции "Восток-Запад по новым информационным технологиям в образовании" (Москва, 1992).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации - 136 страниц, список литературы содержит 79 наименований. В работе 16 рисунков и 2 таблицы.
