Решение задач в экспертной системе

ВІДКРИТИЙ МІЖНАРОДНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

РОЗВИТКУ ЛЮДИНИ “УКРАЇНА”

КОНТРОЛЬНА РОБОТА

з дисципліни

"СИСТЕМИ ШТУЧНОГО ІНТЕЛЕКТУ"

студента-заочника спеціальності

"Програмне забезпечення автоматизованих систем"

Виконав студент _____ курсу

групи ___________________

_______________ _______________

(підпис)                            (Прізвище І.Б.)

"____"____________ 200__р.

ЗАРАХОВАНО

Викладач ________________ Доля В.Г.

"____"____________ 200__ р.

Київ

Університет "Україна"

200__

СОДЕРЖАНИЕ

Общие указания по выполнению контрольной работы.. 3

1. Лабораторная работа №1 "Создание прототипа экспертной системы" 4

1.1. Основные теоретические сведения. 4

1.1.1. Экспертные системы.. 4

1.1.2. Прототипы экспертных систем.. 5

1.1.3. Базы знаний. 5

1.1.4. Типы решаемых задач в экспертных системах. 6

1.1.5. Постановка задачи распознавания в экспертной системе (пример) 7

1.1.6. Алгоритм решения задачи распознавания в экспертной системе (пример) 8

1.2. Порядок выполнения работы.. 9

1.2.1. Расчетно-графическая часть. 9

1.2.2. Практическая часть. 10

1.2.3. Отчет о работе. 10

2. Лабораторная работа №2 "Модели представления знаний" 11

2.1. Основные теоретические сведения. 11

2.1.1. Логические модели представления знаний. 11

2.1.2. Семантические модели представления знаний. 15

1.2.3. Фреймовые модели представления знаний. 16

2.2. Порядок выполнения работы.. 19

3. Лабораторная работа №3 "Программное обеспечение экспертной системы" 19

3.1. Основные теоретические сведения. 19

3.1.1. Структура „Prolog”- программы.. 19

3.1.2. Выполнение „Prolog”- программы.. 20

3.1.3. Примеры „Prolog”-программ.. 21

3.2. Порядок выполнения работы.. 24

Литература. 25

Общие указания по выполнению контрольной работы

1) Основной целью контрольной работы является получение навыков создания прототипов экспертных систем с применением методов и языков программирования, используемых в современных системах искусственного интеллекта.

2) В процессе выполнения контрольной работы студент должен:

· изучить основы создания современных систем искусственного интеллекта (в том числе - экспертных систем),используя материалы данного задания, лекционного курса и прилагаемой "Литературы";

· приобрести опыт создания баз знаний и прототипов экспертных систем;

· получить навыки использования моделей представления знаний и языков программирования при построении экспертных систем.

3) Контрольная работа состоит из трех лабораторных работ. Каждая лабораторная работа состоит из расчетно-графической части (подготовки к работе) и практической части, выполняемой на компьютере.

4) Расчетно-графическая часть лабораторной работывключает:

· разработку схем, рисунков, таблиц, графиков и других иллюстраций, необходимых для выполнения лабораторной работы;

· проведение необходимых расчетов для получения исходных данных к практической части работы;

· предварительную подготовку текстов программ решения задач на соответствующих языках программирования.

5) Практическая часть лабораторной работывключает:

· разработку и отладку компьютерных программ решения поставленных задач с использованием любого алгоритмического языка программирования высокого уровня ("Delphi", "Turbo-Pascal", "С++" и др.);

· создание входных баз данных, с которыми будут работать разработанные программысиспользованием любой традиционной системы создания баз данных ("Dbase", "Paradox", текстовый массив и др.);

· создание выходных баз данных, содержащих результаты работы программ;

· демонстрацию работыпрограмм при решении поставленных задач.

6) Отчет о контрольной работе должен содержать титульный лист (см. выше), и отчеты о всех лабораторных работах, в каждом из которых привести:

· название и цель работы;

· постановку задачи (со своим вариантом задания);

· краткое описание (реферат) основных объектов исследования и методов решения задачи;

· пошаговое описание (блок-схему) алгоритма (способа) решения задачи (с расчетами, схемами, рисунками, таблицами, графиками, комментариями и др.);

· программы (на указанных языках программирования) с необходимымивходными, промежуточными и выходными данными (базами данных);

· анализ результатов решения задачи и выводы.

7) Отчет о лабораторной работе должен быть выполнен в электронном виде и на листах бумаги формата А4.

1. Лабораторная работа №1
"Создание прототипа экспертной системы"

Цель работы – Получение практических навыков создания прототипа экспертной системы с использованием алгоритмических языков высокого уровня.

Основные теоретические сведения

Экспертные системы

Экспертная система (ЭС) представляет собой интеллектуальную систему, создаваемую с помощью эксперта – профессионала в той предметной (проблемной) области, в которой ЭС будет работать. Знания эксперта используются для создания базы знаний ЭС. Цель ЭС – сделать эти знания доступными для пользователя, когда ему необходимо помочь в решении практической задачи, с которой он самостоятельно справиться не может.

ЭС ориентирована на решение трудно формализуемых задач, которые обладают одной или несколькими из следующих характеристик:

· решаемые задачи не могут быть описаны в математической форме;

· цели не могут быть выражены в терминах точно определенной математической целевой функции;

· не существует алгоритмического решения задач и др.

В отличие от традиционных систем обработки данных в ЭС используется символьный (а не числовой) способ представления знаний, символьный вывод на знаниях и эвристический поиск решения задачи, а не исполнение математического алгоритма.

Прототип экспертной системы

При разработке ЭС вначале создается прототип ЭС, который является начальной версией создаваемой ЭС. Прототип создается для проверки правильности представления в ЭС знаний и рассуждений эксперта. База знаний прототипа ЭС содержит обычно несколько десятков правил, в то время как база знаний действующей ЭС может включать несколько тысяч (в отдельных случаях – десятки тысяч) правил и тестовых примеров. Прототип должен продемонстрировать пригодность используемых методов решения задач, возникающих в данной предметной области.

Решение задач в экспертной системе

Процесс функционирования ЭС состоит в следующем. Пользователь ЭС, желающий получить решение своей задачи, через пользовательский интерфейс посылает запрос к ЭС, т.е. ставит задачу. Решатель ЭС, используя базу знаний, в диалоговом режиме с пользователем решает эту задачу и выдает ему ответ или подходящую рекомендацию.

В данной работе ЭС решает задачу распознавания (идентификации), которая заключается в следующем. В базу знаний ЭС заранее заносится информация о множестве объектов, составляющих словарь данной предметной области. Каждый объект характеризуется своим набором значений атрибутов (признаков, свойств). Задача ЭС состоит в том, чтобы по отдельным заданным атрибутам определить название искомого объекта, который содержится в базе знаний. Таких объектов может быть несколько.

1.1.4. Постановка задачи распознавания
в экспертной системе (пример)

Пусть предметной областью ЭС являются "Транспортные средства", в состав которых входят следующие объекты, образующие словарь данной предметной области:

1. Самолет. 2. Вертолет. 3. Катер. 4. Танкер. 5. Грузовик. 6. Такси.

Указанные объекты могут иметь следующие свойства:

1. Имеет колеса. 2. Имеет винт. 3. Имеет крылья. 4. Возит грузы.

С учетом указанной информации состав базы знаний ЭС можно представить в виде табл.1.1:

Табл.1.1. Состав базы знаний ЭС

где: "+" – объект имеет указанное свойство;

"-" – объект не имеет указанного свойства.

В данной лабораторной работе необходимо создать прототип ЭС для решения задачи распознавания (п.1.1.3). При решении такой задачи запрос пользователя может состоять в определении названия объекта, имеющегося в базе знаний ЭС и обладающего,например, такими свойствами:

· имеет колеса;

· не имеет винта;

· возит грузы.

1.1.5. Алгоритм решения задачи распознавания
в экспертной системе (пример)

Как отмечалось выше, решение задачи распознавания осуществляется в диалоговом режиме:ЭС будет задавать вопросы, на которые должен отвечать пользователь. Вопросы и ответы на них в данном случае будут такими:

1) "Объект имеет колеса?" "Да".

2) "Объект имеет винт?" "Нет".

3) "Объект возит грузы?" "Да".

В табл.1.2 приведены результаты решения задачи распознавания, из которой видно, как ЭС выбирает нужные объекты согласно ответам пользователя.

Табл.1.2. Решение задачи распознавания

Следует учесть, что объекты, не обладающие искомым свойством (т.е. получившие на каком-то шаге знак "-"), в дальнейшем исключаются из рассмотрения, поскольку они не являются искомыми объектами.

С учетом указанных ответов из табл. 1.2 следует решение задачи ЭС: "Искомым объектом является "Грузовик".

Порядок выполнения работы

Расчетно-графическая часть

1.1. Выбрать вариант предметной области (ПО) из табл.1.3 (студент может предложить свой вариант предметной области).

Табл.1.3. Перечень предметных областей (варианты задания)

1.2. Составить перечень объектов (словарь) ПО (10-15 наименований).

1.3. Определить свойства (признаки) объектов(5-7 наименований).

1.4. Установить состав базы знаний (см. табл.1.1).

1.5. Сформулировать запрос пользователя (задачу распознавания) с целью определения искомого объекта по некоторым заданным его свойствам (3-4 наименования).

1.6. Разработать вопросник (соответствующие вопросы) (см. табл. 1.2) для осуществления диалога пользователя с ЭС.

1.7. Разработать блок-схему (пошаговое описание) алгоритма решения задачи ЭС.

Лабораторная часть

1.8. Создатьв компьютере входные базы данных для объектов, их свойств и вопросника, используя любую традиционную систему создания баз данных ("Dbase", "Paradox", текстовый массив и др.).

1.9. Разработать программу решения задачи ЭС, поставленную в п.1.5, на любом алгоритмическом языке высокого уровня ("Delphi", "Turbo-Pascal", "С++" и др.).

1.10. Отладить программу решения задачи ЭС,вставив в нее все необходимые комментарии, связанные с алгоритмом ее решения.

1.11. Создать базу выходных данных, содержащую результаты работы программы.

1.12. Продемонстрировать работу ЭС в диалоговом режиме с пользователем при решении поставленной задачи.

Отчет о работе

Отчет о лабораторной работе должен иметь следующую структуру и содержать разделы:

Титульный лист (см.выше)

Содержание работы

Название и цель работы (см.выше)

Реферат (теоретические сведения и общая характеристика работы – см.выше)

Расчетно-графическая часть

Вариант задания (см. выше - привести только свой вариант с "шапкой" табл.1.3)

Cловарь (перечень объектов) ПО

Свойства (признаки) объектов ПО

Состав базы знаний (табл.1.1)

Запрос пользователя (постановка задачи ЭС)

Вопросник для осуществления диалога пользователя с ЭС (табл.1.2)

Пошаговое описание (блок-схема) алгоритма решения задачи ЭС

Лабораторная часть

Базы входных данных для объектов, их свойств и вопросника (здесь и далее – привести листинг (распечатку) и указать используемый тип системной базы данных)

Программа решения задачи распознавания (здесь и далее -привести листинг и указать используемую систему программирования)

Выходная база данных (результаты работы программы)

Анализ результатов решения задачи и выводы

Список использованной литературы.

2. Лабораторная работа №2
"Модели представления знаний"

Цель работы – получение практических навыков использования моделей представления знаний в базе знаний экспертной системы.