Иллюстрированный самоучитель по введению в экспертные системы

Совершенствование стратегий. Уроки проекта GUIDON.

Работа инженера по знаниям отнюдь не заканчивается после того, как эвристические знания будут представлены в виде исходного набора порождающих правил. И исследователи, и практики давно пришли к выводу, что процесс дальнейшего совершенствования базы знаний не уступает по сложности процессу создания ее первой версии. Существует довольно большой круг проблем, связанных как с обслуживанием большого набора правил, так и с дальнейшим уточнением их на базе опыта, полученного в процессе эксплуатации системы.

Только часть из этих проблем может быть решена с помощью таких инструментальных средств извлечения знаний, как система MORE. Создается впечатление, что некоторые аспекты этих проблем являются следствием применения подхода, базирующегося на правилах, а потому требуется определенное переосмысление способов организации набора правил. В этом разделе мы попытаемся провести краткий обзор существующих на сегодняшний день мнений на этот счет.

В своей работе [Clancey, 1983] Кленси раскритиковал использование неструктурированного набора порождающих правил в экспертных системах, основываясь в основном на опыте адаптации системы MYCIN для учебных целей в ходе выполнения проекта GUIDON. Описание этого проекта можно найти в работе [Clancey, 1987, а]. Главный аргумент Кленси состоит в том, что единообразный синтаксис правил в виде выражений "если… то" скрывает тот факт, что такие правила часто выполняют совершенно различные функции и соответственно должны конструироваться по-разному.

При нынешней постановке вопроса определенные структурные и стратегические решения, касающиеся представления знаний о предметной области, присутствуют в наборе правил неявно, а потому недоступны для коррекции или анализа в явном виде.

Мы уже видели, что порождающие правила в обобщенной форме могут быть интерпретированы следующим образом: если предпосылки Р₁ и… и Р_т верны, то выполнить действия Q₁ и… и Q_n.

Порядок перечисления предпосылок Рi не имеет значения, поскольку Р1 ^ P2 эквивалентно P2^P1 в любой стандартной логике. Однако порядок перечисления предпосылок влияет на процедурную интерпретацию таких правил, поскольку он материализуется в логическом программировании. Различные варианты упорядочения в совокупности могут породить совершенно различные виды пространства поиска, которые будут анализироваться по-разному, как мы это уже видели в главе 8.

Аналогично, порядок применения правил для достижения определенной цели будет влиять на порядок формирования подцелей. Можно с уверенностью утверждать, что такой механизм разрешения конфликтов, при котором первыми будут выполняться наиболее предпочтительные правила, в большинстве случаев позволит намного сократить процесс поиска.

Проблема состоит в том, что критерии, по которым можно было бы упорядочить правила и логические фразы, представлены в наборе правил в неявном виде. Знания о том, какое правило следует применить первым и в каком порядке анализировать члены совокупности предпосылок в правиле, являются, по существу, метазнаниями, т.е. знаниями о том, как применять знания. Вряд ли кто-нибудь будет спорить с тем, что такие знания имеют важнейшее значение для правильного функционирования экспертной системы, а получить их от эксперта и представить в удобном виде в программе чрезвычайно трудно.

Кленси утверждал, что система, основанная на правилах, нуждается в эпистемологической оболочке, которая каким-то образом придает смысл специфическим знаниям о предметной области. Другими словами, правила логического вывода, имеющие отношение к определенной предметной области, часто оказываются неявно включены в более абстрактные знания. Лучший способ объяснить эту мысль – воспользоваться примером, описанным Кленси. Рассмотрим следующее правило:

ЕСЛИ: 1) заражение – менингит,
2) доступны только косвенные свидетельства,
3) тип инфекции – бактериальный,
4) пациент принимает кортикостероиды,
ТО: имеются основания предполагать наличие таких микроорганизмов e.coli (.4)
klebsiella-pneumoniae (.2) или pseudomonas-aeruginosa (.1).

Порядок перечисления предпосылок (конъюнктов) в этом правиле исключительно важен. Обычно стараются сначала сформулировать гипотезу относительно природы инфекции (предпосылка 1), а затем решать, являются ли свидетельства, относящиеся к этой гипотезе, косвенными или нет (предпосылка 2). Бактериальный менингит– это подкласс, отличный от вирусного менингита, и, следовательно, предпосылку 3 можно рассматривать как уточнение предпосылки 1. И наконец, решение отложить проверку предпосылки 4 можно, вероятно, отнести к категории стратегических. Если сделать эту последнюю предпосылку первой в правиле, то пространство поиска будет иметь совершенно другой вид, причем возможным следствием такого изменения будет отбрасывание всех последующих проверок, если эта даст отрицательный результат.

Процесс представления знаний приводит к тому, что знания становятся явными, но порождающие системы оставляют множество общих принципов управления поиском представленными в неявном виде. Возможно, этим и объясняется тот факт, что добавление или удаление правил из существующего набора иногда дает совершенно неожиданный эффект. Декларативная интерпретация правил на "человеческом" языке подводит нас к одному выводу, а процедурная интерпретация этих же правил в системе может дать совершенно иной результат.

Кленси предложил довольно привлекательную методику анализа разных видов знаний, выполнение которого может быть возложено на эпистемологическую оболочку системы, основанной на правилах. Предлагается выделить такие компоненты знаний: структурные, стратегические и поддерживающие.

• Структурные знания состоят из абстрактных категорий разных уровней, посредством которых представляются знания о предметной области. Таксономия – это, возможно, один из самых очевидных примеров источника таких знаний, которые обычно явно представляются в виде порождающих правил. Знание, что менингит – это заражение, которое может быть острым либо хроническим, бактериальным или вирусным и т.д., неявно представляется в предпосылках многих правил.
• Стратегические знания – это знания о том, как выбрать порядок применения методов или выбора подцелей, который минимизировал бы объем работы, необходимый для поиска' в пространстве решений. Например, правило, которое гласит, что пациент, склонный к определенной патологии (например, алкоголик), может с большей вероятностью иметь необычную этиологию, должно побудить эксперта первым делом обратить внимание на менее обычные причины заражения. Такие знания обычно используются в сочетании со структурными знаниями. Например, такая эвристика может быть связана скорее с бактериальным менингитом, чем с вирусным.
• Поддерживающие знания – это знания, которые содержатся в причинно-следственной модели предметной области и которые объясняют, почему в этой предметной области имеют место определенные необычные явления. Так, в системе MYCIN имеется правило, которое связывает употребление стероидов с наличием грамотрицательных микроорганизмов в форме палочек, которые могут вызвать бактериальный менингит. В основе этого правила лежит тот факт, что стероиды ослабляют иммунную систему. К тому же такие знания увязываются со структурными знаниями, касающимися классификации заболеваний и классификации микроорганизмов.

Очевидно, что большая часть таких фундаментальных знаний не представлена в явном виде в порождающих правилах. Структурные знания лучше всего представляются в форме составных объектов данных, таких как фреймы, но некоторая часть управляющей информации может быть представлена в процедурном виде. Поддерживающие знания, как правило, включаются в сопроводительную документацию к программе, но они должны быть доступны и для программы, формирующей объяснения сделанных заключений.

Попытка "втиснуть" разнородные знания в единый формат представления отрицательно сказывается на ясности и прозрачности системы для пользователя, но, тем не менее, позволяет весьма изобретательно использовать эффект от рационального выбора способа упорядочения правил и предпосылок.