Моделирование в картографии - Тикунов В.C.
ISBN 5-211-03346-9
Скачать (прямая ссылка):
Здесь мы подошли к необходимости описать всю структуру экспертной системы, которая, как правило, состоит из 4-5 компонент: базы знаний, машины вывода, системы накопления метазнаний (т.е. знаний второго уровня для самообучения системы), системы объяснений и общения с пользователем. Более детальная, "идеальная" схема экспертной системы приведена в книге (Построение..., 1987), хотя реальные работающие системы могут содержать лишь некоторые ее элементы.
Рассмотрим упрощенную схему экспертной системы. Что касается базы знаний, то к ее рассмотрению мы уже подошли вплотную. Знания в базе знаний в отличие от данных требуют и иного их представления, для чего используются семантические сети с произвольной структурой, а также более регуляризованные сети — фреймы. Фреймы выражают общие понятия, а слоты, или ячейки, дают их детализацию, что приводит к типичной иерархической структуре. Поясним суть фреймового представления знаний на примере оценки состояния природной среды с точки зрения ее антропогенной трансформации и прежде всего загрязнения. Образовав фрейм "состояние природной среды", в качестве слотов, мы можем использовать "степень загрязненности атмосферы", "загрязнение подземных и поверхностных вод", "состояние геологической среды", "состояние почвенного покрова", "состояние растительного и животного мира" и др.
Каждый слот кроме имени может иметь одно или несколько значений (качественных или количественных), например, "выбросы
354
вредных веществ предприятием в атмосферу" -> "изобутилен", "200", "600", "400", "600"; "этиленгликоль", "40", "70", "60", "80" и т.д. При характеристике выбросов изобутилена, этиленгликоля и т.д. первое числовое значение может определять фоновые, второе — максимальные концентрации, третье — реальные, а четвертое — предельно допустимую концентрацию. В качестве слота могут использоваться сложные структуры, включающие иерархию слотов более низкого порядка.
Так, в слот "выбросы вредных веществ предприятием в атмо- , сферу" можно включить "состояние атмосферы", который в свою очередь будет характеризоваться "скоростью ветра", "распределением температур", "стратификацией атмосферы" и т.д. Изменяя содержание слотов, преобразуется вся семантическая структура в зависимости от конкретных целей, например, связанных с выработкой рекомендаций по охране природной среды.
В настоящее время наибольшее распространение получают так называемые "продукции". Как описал академик Г.С. Поспелов (1988), "продукции" можно представить в виде выражения "если — то", например если содержание углеводородов в выбросе в атмосферу превысит предельно допустимую концентрацию (ПДК) в 100 раз, то это может привести к экологической катастрофе. Для получения выводов, "продукции" могут образовывать сложные цепочки. Кроме описанного ядра "продукции" допускают использование пред-и постусловий, разрешающих или запрещающих применять данное условие, а также определяющих, необходимо ли изменять что-либо в базе знаний в зависимости от результата выполнения процедуры "если — то".
Поясним использование языка "продукций" на примере. Если поставить условие, чтобы химический комбинат (/) увеличил выпуск каучука из изопентана на 10%, то объем выброса в атмосферу изопрена приведет к превышению нормы ПДК. Тогда постусловие должно изменить объем увеличения продукции или сделать предположение о возможности увеличения производства каучука на предприятии (/). В принципе если поставить вопрос о пересмотре ПДК, тогда "продукция" будет описывать иную ситуацию.
Изменив немного условия, перейдем к другой задаче, которую сформулируем по аналогии с примером из книги (Портянский, 1989). Допустим, поставлено условие: найти место для размещения завода (А) по производству алюминия (объем производства 100 тыс т в год). Для этого желательно выполнение следующих условий: P1 —
355
залежи бокситов удалены не более чем на 500 км; P2 — добыча бокситов не менее 400 тыс. т в год; P3 — производство из бокситов не менее 200 тыс. т глинозема; P4 — наличие значительных энергоресурсов; P5 — район размещения завода — Закавказье; P6 — город, где будет завод, должен обеспечить полное укомплектование персоналом (700 человек). "Продукция", описывающая ситуацию для места (z), такова: (z) р, р6 (N > 700), A-* В, (z), Q, где P определяет выполнение первых пяти условий размещения предприятия (А), т.е. р = Px # р2 # р3 # р4 # р5; P6 определит, достаточно ли свободных трудовых ресурсов (более 700 человек), В фиксирует пригодность пункта (z) для размещения завода, a Q определяет условия в связи с тем, что в пункте i будет завод.
Применение "продукции" упрощает диалог и объяснения пользователю, почему принято то или иное решение. Соответствующие примеры показаны в книге (Портянский, 1989). Для подчеркивания сильных сторон фреймов и "продукций" возможен их синтез (Поспелов, Поспелов, 1985), например "продукции" в качестве слотов во фреймах.
Важной особенностью экспертных систем является возможность работать с "нечеткими" данными (Zaden, 1965; Rolland-May, 1987; Тикунов, 1989а), но и, что самое главное, с "нечеткими" знаниями. Используя комбинации элементов знаний, можно прийти к вполне определенным заключениям, т.е. даже на основе ненадежных данных есть возможность получать правдоподобные выводы. "Нечеткость" определений, которыми оперирует географ, ведет к "нечеткости" знаний. Например, обратившись к понятию "широкая река", мы отчетливо представляем, что для разных людей этот размер может варьировать в значительных пределах. Для характеристики фактов используется "нечеткая" логика, разработаны коэффициенты уверенности для измерения степени доверия к любому заключению (Экспертные..., 1987).
