Интерфейс с внешним окружением - раздел Образование, Введение в экспертные системы
В G2 Реализована Распределенная Обработка Приложения На Принц...
В G2 реализована распределенная обработка приложения на принципах архитектуры клиент-сервер. Клиентная система Telewindows обеспечивает множественный доступ к централизованной базе знаний и групповую работу с приложением. Взаимодействие между G2 и Telewindows может быть организовано одним из следующих способов: процесс Telewindows исполняется на той же машине, что и G2, а пользователь получает к ней доступ через X-терминал; Telewindows исполняется на рабочей станции или ПК пользователя. Кроме того, приложение можно построить как содружество автономных интеллектуальных агентов на базе интерфейса G2 ↔ G2, исполняемых на одной и той же или на разных ЭВМ, связанных в сеть. При этом обмен данными осуществляется на уровне переменных через протокол ICP (Intelligent Communication Protocol). Интерфейс G2 ↔ G2 позволяет разработчику создать в одном G2-приложении объекты, которые получают информацию от другого G2. Эти объекты создаются, подобно другим объектам в G2, а интерфейс G2 ↔ G2 действует как сервер данных для этих объектов (подобно механизму вывода или G2-подсистеме моделирования). Для организации обмена необходимо в описании переменных объекта, получающих значение от другого G2-процесса, просто указать номер сетевого порта источника. Как результат, переменные объекта получат значения от второго G2. Подчеркнем, что G2-приложение может как получать, так и посылать информацию в одно и то же время по одному интерфейсу.
G2 разработана как открытая система. Связь с внешними источниками данных строится на основе библиотеки стандартных интерфейсов и сервера GSI (G2 Standart Interface). Подсистема GSI работает параллельно с прикладной системой как независимый обработчик событий и обеспечивает ее двустороннее взаимодействие с широким спектром программируемых контроллеров ведущих фирм (Allen Bradley, GE-Fanuc, AEG Modicon), систем сбора данных (ABB, Fisher, Siemens, Yokogawa, Foxboro, ORSI), концентраторов данных (DEC BASEstar, Allen Bradley Pyrammid Integrator, SETPOINT SETCIM) и развитых СУБД (Oracle, Sybase, DEC Rdb). Библиотека GSI и G2 Bridge products позволяют легко интегрировать G2-приложение в существующие системы управления. При отсутствии в библиотеке GSI интерфейса к некоторому уникальному контроллеру не составляет особого труда запрограммировать его по представляемому шаблону на языке С и подключить к системе.
С точки зрения современной концепции разработки открытых систем в системе G2 предлагается более гибкая и надежная трехзвенная схема организации взаимодействия клиентской и серверной частей приложения, используя GSI в качестве монитора транзакций.
Обычно, когда перед разработчиком встает проблема создания интерфейса данных, он вынужден принимать во внимание целый ряд разнородных требований: эффективность, реализуемость, надежность, переносимость, сопровождаемость, конфигурируемость, гибкость, возможность мультиплексирования сигналов и т. д. Для удовлетворения этих требований он должен реализовать множество функциональных блоков, таких, как: синхронизация обрабатываемых запросов, протоколы взаимодействия; сетевые интерфейсы, восстановление после сбоев в сети или узле; работа с множеством источников данных; группировка данных; обработка данных, пришедших без запроса; обмен сообщениями об ошибках; обмен данными о состоянии взаимодействующих систем; буферизация данных; преобразование форматов данных, работа с данными переменной длины; планирование обработки запросов; отработка запуска и остановки системы; отработка пауз и перезапуска; отработка прерываний; обработка переполнения буфера; распределение ресурсов; минимизация загрузки системы; диагностика сбоев; доступ к внешним данным и конфигурирование интерфейса. Все это применимо к любому интерфейсу данных независимо от назначения прикладной системы. Все перечисленные требования, кроме двух, удовлетворяются в подсистеме GSI автоматически независимо от платформы и типа сетевого обеспечения. Исключение составляют функции доступа к данным и конфигурирование интерфейса, но реализацию этих функций GSI делает настолько простой, насколько это возможно.
Подсистема GSI состоит из трех основных частей:
• ядро GSI;
• GSI- расширение;
• коммуникационный канал связи между ядром GSI и GSI расширением.
Хотя подсистема GSI отрабатывает все взаимодействия между G2 и каждым из внешних процессов, необходимо сконфигурировать ее для конкретного приложения. Для разработки системы, в полном объеме использующей возможности GSI, нужно создать два фрагмента, отражающих специфику прикладной программы, в дополнение к базе знаний G2: спецификацию конфигурирования, которая настроит базу знаний для связи с внешней программой, и так называемый переходный код (application bridge code), который используется GSI-расширением для интерактивного взаимодействия с внешней прикладной программой.
Спецификация конфигурирования включает объекты базы знаний, конфигурирующие ее для использования GSI. Средства для создания этих объектов встроены в G2. Для формирования спецификации конфигурирования создают объекты, принадлежащие к к GSI interface object. Эти объекты содержат информацию, необходимую GSI для связи с внешней прикладной программой. Далее создают переменные класса GSI variable, соответствующие переменным внешней прикладной программы. G2 передает и принимает данные эти переменные. Кроме этого создают переменные GSI variable для обмена текстовыми сообщениями с внешней прикладной программой.
Переходный код объединяет GSI-расширение с внешней при ной программой. Он состоит из набора функций на языке С, обеспечивающих передачу данных, текстовых сообщений, запуск, остановку и завершение внешней программы.
Кроме интерфейсов GSI и G2 ↔ G2 доступны еще два интерфейса с внешними процессами и источниками данных: файловый интерфейс (G2 File Interface - GFI) и интерфейс с внешними функциями (Foreing Function Interface).
Файловый интерфейс GFI представляет собой гибкое средство, позволяющее G2 писать и читать информацию из внешних файлов. GFI является отдельным от G2 продуктом. Разработчик может использовать GFI для того, чтобы делать следующее:
• архивировать и запоминать данные;
• инициализировать тесты проверки БЗ;
• собирать данные для внешнего анализа;
• создавать снимки (snapshots) данных;
• считывать данные из внешних файлов во время исполнения.
Интерфейс с внешними функциями. Разработчик С2-приложения может вызвать внешние (foreign) для G2 функции, написанные на С и Фортране. Этот интерфейс включен в G2. Для того чтобы использовать в G2 внешнюю функцию, разработчик описывает ее и затем использует таким же способом, как и функции, определенные пользователем.
Открытость системы G2 и продуктов на ее основе обеспечивается ориентацией фирмы Gensym на промышленные стандарты. Являясь членом OMG (Object Management Group), фирма Gensym сотрудничает в этой области со многими независимыми организациями и комитетами по стандартам. В части технических средств - это поддержка широкого спектра платформ DEC, HP, Sun, IBM и ПЭВМ на базе процессоров Х86 и Pentium. Развитый графический интерфейс, включающий элементы анимации, базируется на средствах Motif и MS Windows. Сетевые протоколы - TCP/IP и DECnet. Архитектура клиент/сервер на уровне обмена данными поддерживается монитором транзакций GSI и DDE, на уровне объектов - CORBA, на уровне приложения - клиентной подсистемой Telewindows. Распределенная обработка обеспечивается интерфейсами G2 ↔ G2, G2 ↔ Telewindows и поддержкой вызова удаленных процедур. Существует множество готовых решений "под ключ" для прямого взаимодействия G2 с распространенными программными и техническими системами контроля и развитыми СУБД.
Возможность простого манипулирования графическим представлением объектов в G2 и составления схем, являющихся отображением технологических цепочек или абстрактных алгоритмов обработки данных, обеспечивает базовые средства для построения проблемно-ориентированных языков визуального программирования. В этом случае объекты приобретают свойства операторов и в совокупности с различными классами связей формируют грамматику нового языка. Основным преимуществом такого подхода является то, что сформированная диаграмма потоков информации по сути и есть исполняемая программа, промежуточные фазы генерации кода и компиляции для ее использования не требуются. Впервые эта концепция была реализована фирмой Gensym в GDFL- языке графического представления информационных потоков для построения систем диагностики реального времени в системе GDA (G2 Diagnostic Assistant). Подход оказался настолько удачным, что в той или иной мере используется теперь во всех проблемно/предметно-ориентированных расширениях G2.
Кроме базового продукта - оболочки ЭС реального времени G2 на ее основе фирмой Gensym разработаны дополнительные проблемно-ориентированные средства разработки; основные из них: G2 Diagnostic Assistant (GDA) – среда визуального программирования на базе G2 для создания приложений активной диагностики производственніх и информационніх процессов; NeurOn-Line (NOL)- среда, интегрирующая технологию нейронных сетей и экспертных систем; ReThink- среда моделирования и реинжиниринга деятельности компаний.
Все темы данного раздела:
Структура экспертных систем
ЭС состоит [37] из следующих основных компонентов: решателя (интерпретатора); рабочей памяти (РП), называемой также базой данных (БД); базы знаний (БЗ); компонентов приобретения зна
Интерпретация данных
Это одна из традиционных задач для ЭС. Интерпретация – процесс определения смысла данных, результаты которого должны быть согласованными и корректными. Обычно предусматривается многовариантный анал
Диагностика
Диагностика – процесс соотнесения объекта с некоторым классом объектов и/или обнаружение неисправности в некоторой системе. Неисправность – это отклонение от нормы. Такая трактовка позволяет с един
Мониторинг
Основная задача мониторинга – непрерывная интерпретация данных в реальном масштабе времени и сигнализация о выходе тех или иных параметров за допустимые пределы. Главные проблемы – пропуск тревожно
Проектирование
Проектирование состоит в подготовке спецификаций на создание «объектов» с заранее определенными свойствами. Под спецификацией понимается весь набор необходимых документов – чертеж, пояснительная за
Прогнозирование
Прогнозирование позволяет предсказать последствия некоторых событий или явлений на основании анализа имеющихся данных. Прогнозирующие системы логически выводят вероятные следствия из заданных ситуа
Обучение
Под обучением понимается использование компьютера для обучения какой-то дисциплине или предмету. Системы обучения диагностируют ошибки при изучении какой-либо дисциплины с помощью компьютера и подс
Поддержка принятия решений
Поддержка принятия решений – это совокупность процедур, обеспечивающая лицо, принимающее решения, необходимой информацией и рекомендациями, облегчающими процесс принятия решения. Эти ЭС помогают сп
Этапы разработки экспертных систем
Разработка ЭС имеет существенные отличия от разработки обычного программного продукта. Опыт создания ЭС показал, что использование при их разработке методологии, принятой в традиционном программиро
Представление знаний в экспертных системах
Первый и основной вопрос, который надо решить при представлении знаний- это вопрос определения состава знаний, т.е. определение того, "ЧТО ПРЕДСТАВЛЯТЬ" в экспертной систе
Исчисление предикатов
Слово "логика" означает систематический метод рассуждений. Рассмотрим две конкретные системы логики - базисную (исчисление высказываний) и более богатую (исчисление предик
Доказательство приведением к противоречию
При построении выводов не всегда целесообразно ждать появления искомого заключения, просто применяя правила вывода. Именно такое часто случается, когда делается допущение В для дока
Доказательство методом резолюции
Применяется всего одно правило вывода, что позволяет не запоминать многочисленных правил вывода и тавтологии. Это- правило резолюции, которое приведено в таблице 2.1
Применение метода резолюций для ответов на вопросы
Предположим, что предикат F(х,у), означает х - отец у, и даны следующие факты об отцовстве:
F(john,. harry)
Эвристики для поиска доказательства
При написании программы, которая будет делать за нас резолюцию и искать ответы на вопросы, полезно использовать следующие методы.
Предпочтение единичных.
Подстановка и унификация
Метод резолюции требует, чтобы делались подстановки в дизъюнкты так, чтобы две литеры с противоположными знаками содержали совпадающие атомы. Так как эти атомы могут содержать перем
Семантические сети
Понятие семантической сети основано на древней и очень простой идее о том, что <память> формируется через ассоциации между понятиями. Понятие <ассоциативная память> появ
Правила продукций
Самым распространенным форматом для представления знаний, наиболее соответствующим их процедурному характеру, является правило продукции, которое по своей сути - просто программа из
Методы стратегии поиска решений
Как было показано в главе 1, экспертные системы состоят из трех компонентов:
- базы знаний, содержащей правила продукций;
- базы данных, которая отображает текущее
Поиск решения задач в пространстве состояний
Чтобы построить описание задачи с использованием пространства состояний, нужно иметь определенное представление о том, что собой представляют состояния в конкретной задаче. Таким об
Методы поиска решений в одном пространстве
Методы поиска решений в одном пространстве обычно делятся на поиск в пространстве состояний, поиск методом редукции, эвристический поиск и поиск генерация-проверка [39].
В
Процессы поиска на графе
Граф определяется как множество вершин вместе с множеством ребер, причем каждое ребро задается парой вершин. Если ребра направлены, то их также называют дугами. Дуги з
Эвристический поиск
Подход “поиск в пространстве состояний” сформировался в результате попыток автоматизации игр. В большинстве игр имеется конечное число позиций (или “состояний”), которые могу
Экспертная система на правилах
В системе, базирующейся на правилах, результат является действием одного из продукционных правил. Эти продукционные правила определяются входными данными.
Таким образом, экспертная система
Экспертные системы, базирующиеся на логике
В экспертных системах, базирующихся на логике, база знаний состоит из утверждений в виде предложений логики предикатов.
Такие предложения могут группироваться, образуя базу
Системы с доской объявлений
В последние годы в разработке архитектуры экспертных систем появилось новое направление [61], которое получило название системы с доской объявлений (blackboard syste
Принцип организации систем с доской объявлений
В основу организации систем этого типа положена следующая идея.
Представьте себе группу экспертов, которые сидят возле классной доски (или большой доски объявлений) и пытаются решить какую
Система HEARSAY
Архитектура на основе доски объявлений выросла из разработанной в конце 70 годов системы распознавания речи HEARSAY-II и HEARSAY-III. Программирование компьютера с целью распознаван
Виды неопределенности
В предыдущих примерах все знания были определенными. Утверждениями были или ИСТИНА, или ЛОЖЬ. Однако в жизни имеется тенденция к “нечеткости” в представлении знаний. Тем не менее, н
Байесовский метод
При байесовском подходе степень достоверности каждого из фактов базы знаний оценивается вероятностью, которая принимает значения в диапазоне от 0 до 1. Вероятности исходных фактов о
Биполярные схемы для коэффициентов определенности
Прототипом систем, основанных на приближенных рассуждениях, являются MYCYN и ее прямой потомок EMYCYN. В EMYCYN в любом случае, когда должна быть численно выражена определенность, и
Теория свидетельств Демпстера-Шефера
Подход, принятый в теории Демпстера-Шефера (ТДШ) [64] отличается от байесовского подхода и метода коэффициентов уверенности тем, что, во-первых, здесь используется не точечная оценк
Нечеткие множества и нечеткая логика
Для формализации нечетких знаний, характеризуемых лингвистической неопределенностью, применяется теория нечетких или расплывчатых множеств. Основы теории нечетких множеств были созданы в 1965 году
Многоступенчатые рассуждения
Чтобы представить себе, что же такое многоступенчатое рассуждение, допустим, что вы заболели. У вас простуда, вирусная инфекция или грипп, и вы хотели бы знать, что следует предприн
Процесс распространения в сети
Рассмотрим пример, иллюстрирующий распространение коэффициентов определенности в сети (Рисунок 6.8).
Особенности нейросетей
Главное достоинство [37] нейросетей в том, что они предоставляют в руки пользователю некий универсальный нелинейный элемент с возможностью широкого изменения и настройки его
Свойства нейрона
С конструктивной точки зрения нейрон, являющийся основным элементом нейросети, - это устройство для получения нелинейной функции нескольких переменных Xi с возможнос
Использование нелинейных элементов
Один из самых неожиданных результатов анализа И.Минского и С.Пейперта состоял в том, что персептрон, построенный на линейных функциях активации, не может воспроизвес
Сеть Хопфилда
В 1982 г. появилась работа Дж. Хопфилда [70], которая вызвала лавину теоретических и экспериментальных исследований и оживила угасавший интерес к нейронным сетям. Неожиданный успех работы объясняет
Многослойные сети
Сеть Хопфилда поддерживает множество лишних, неэффективных связей, по существу дублирующих друг друга. В реальных нервных системах поддержание таких связей требует определенных затр
Динамика обучения и поведения
В механике динамика в отличие от статики и кинематики предполагает наличие двух моментов: изменение переменных во времени и обусловленность этих изменений силами. Эти два момента им
Обучение многослойных сетей
Преимущества многослойных сетей были поняты достаточно рано. Ясно было также, что для использования этих преимуществ, преобразование при переходе от одного слоя к другому должно быть нелинейным: по
Проблемы и перспективы
Остановимся на трудностях, связанных с обучением нелинейных нейронных сетей. Основные из них следующие [37].
Медленная сходимость процесса обучения. Строго сходимост
Применение нейросетевой технологии
В настоящее время известно много удачных примеров применения нейросетевого подхода [19] для построения интеллектуальных информационных систем и, в частности, экспертных систем.
Инструментальный комплекс G2
История развития инструментальных средств (ИС) для создания ЭС реального времени началась в 1985 г., когда фирма Lisp Machine Inc. выпустила систему Picon для символьных ЭВМ Symboli
База знаний
Все знания в G2 хранятся в двух типах файлов: базы знаний (БЗ) и библиотеки знаний (БиЗ). В файлах БЗ хранятся знания о приложениях: определения всех объектов, объекты, правила, про
Структура данных БЗ
Глобально сущности в БЗ G2 с точки зрения их использования могут быть разделены на структуры данных и исполняемые утверждения. Примерами первых являются объекты и их классы, связи (
Объекты
Объекты в базе знаний представляют собой отображения элементов реального мира, которые будут применяться при решении поставленной перед ЭС РВ задачи. Выделяют постоянные и временные
Связи и отношения
G2 предусмотрены два вида взаимосвязей между объектами: связи и отношения. Под связями понимается взаимосвязь между двумя сущностями, задаваемая разработчиком приложения и им
Исполняемые утверждения БЗ
Основу исполняемых утверждений БЗ составляют правила и процедуры. Кроме того, есть формулы, функции, действия и т.п. Правила в G2 имеют традиционный вид: условие (антецедент) и закл
Машина вывода
Одним из основных компонентов G2 является машина вывода, выполняющая рассуждения на основании:
• знаний, содержащихся в базе знаний;
• данных, пост
Планировщик
В связи с тем, что С2-приложение управляет множеством одновременно возникающих задач, необходим Планировщик. Планировщик управляет всеми процессами в G2 (Рисунок 8.1). Планировщик о
Моделирование
Одним из возможных источников данных для G2 является система моделирования внешнего окружения. Данная система используется для моделирования реальных объектов и устр
Естественно- языковой текстовый редактор
Разработчик G2 представляет информацию о разрабатываемом приложении на ограниченном английском языке, и ему предоставлена возможность ссылаться на любую сущность в БЗ многими способ
Изображения
Изображения используются для того, чтобы предоставить пользователю возможность увидеть значение переменных и выражений. Существуют следующие варианты, реализующие возможность изобра
Управляющие воздействия
Управляющие воздействия (end-user controls) - это средства, с помощью которых конечный пользователь может взаимодействовать с приложением. Существуют следующие виды управляющих воздействий:
Сообщения
Сообщения (messages) есть класс сущностей, которые содержат в себе текст. Сообщения являются средством, позволяющим G2 информировать пользователя о каких-либо событиях. Например, в
Управление доступом
С помощью средств управления доступом (access control) разработчик может влиять на то, что конечный пользователь видит и может делать с БЗ. Например, разработчик может управлять дос
Создание опций меню
Разработчик может определить новые опции (строки) меню сверх тех, которые используются стандартно. Когда пользователь выбирает опцию меню (user menu choise - umc) для того, чтобы внести новую строк
Средства инспекции и отладки
Ясно, что отладка прикладной системы, объединяющей продукционные правила, процедуры, различные уровни абстракции и иерархию классов, может превратиться в далеко не тривиальную задачу. В этой ситуац
Информационные - ресурсы Интернет
Ниже даны некоторые ресурсы Интернет, посвященные проблемам искусственного интеллекта и экспертным системам:
1. http://www.aaai.org – сервер Американской ассоциации искусст
Новости и инфо для студентов