Программные продукты и системы

Данный вариант экспертной системы (ЭС) предназначен для диагностирования причин, приводящих к зависаниям как при работе программ под управлением операционных систем (ОС), так и в процедуре загрузки ОС. В основу базы знаний (БЗ) положены собранные за 15 лет опытные данные, которые не описаны в научно-технической литературе, поскольку в качестве диагностируемых ситуаций приняты так называемые «нестандартные зависания».

Для установления диагноза инженер заполняет базу фактов (БФ), содержимое которой характеризует состояние системы в момент зависания. При отсутствии фактов в БФ система задает инженеру вопросы и на основании полученных ответов сама заполняет БФ. Используя БФ и базу правил (БП), система ставит диагноз, содержащий вероятную причину зависания и выдает рекомендуемые действия.

ЭС прошла испытания в условиях реальной работы вычислительного центра. Ее применение позволяет сократить потери машинного времени от зависаний на 40—60% благодаря своевременно поставленному диагнозу и принятию на основании этого диагноза соответствующих мер обслуживающим персоналом, а также за счет повышения квалификации инженеров.

В дальнейшем планируется пополнить БЗ для расширения класса диагностируемых зависаний и различного рода неисправностей устройств ЕС ЭВМ.

Рассматриваемая редакция БЗ содержит 257 правил, трудоемкость ее создания составила 0,6 чел./лет. Время обработки одного правила при вводе — 12—20 сек., число запросов системы в процессе поиска решений — 10—30 сек., время сеанса решения задачи находится в пределах 5—15 мин.

Правильность диагноза, установленного с помощью ЭС, оценивалась пятью независимыми экспертами по 10-балльной шкале; их средняя оценка составила 8,71 балла.

Рассматриваемая система состоит из инструментальных средств создания экспертных систем СПО-ЭС и прикладной базы знаний. СПО-ЭС относится к классу так называемых пустых систем. Прикладная ЭС создается в результате присоединения к СПО-ЭС соответствующей базы знаний.

 Программное обеспечение СПО-ЭС разработано для ЭВМ ЕС-1033 с операционной системой MVT версии 6.1 и выше. В качестве инструментальных средств использована базовая автоматизированная система СПО-397: СУБД оперативного контура, средства проектирования и ведения диалогов. Общий объем прикладного программирования составляет около 4500 операторов языка PL/I, требуемый объем оперативной памяти — не менее 512 Кбайтов.

Представление знаний реализовано в рамках продукционного подхода. Продукция (правило), являющаяся основной компонентой представления знаний, задается конструкцией

Условие и заключение имеют одинаковое синтаксическое представление:

Текст переменной задается в терминах словаря понятий, которое представляется произвольной последовательностью символов, включая пробел. Понятие может иметь до четырех синонимов. В различных контекстах правил могут быть использованы различные синонимы одного и того же понятия. Каждая переменная задается парой понятий: «объект» и «свойство», которым обладает объект. Тексты «объектов» и «свойств» можно переставлять местами.

Значениями могут быть числа и слова ДА или НЕТ.

Для вычисления истинностного значения условия необходимо задать значения переменных, имеющих вхождение в условие, для чего используется конструкция «факт» (задаваемая тройка: «объект», «свойство», «значение»).

Прикладная база знаний задается с помощью словаря понятий (СП) и базы правил. БФ содержит данные, используемые в процессе поиска решения задачи.

Экспертная система ориентирована на работу с тремя категориями пользователей: операторами, экспертами и конечными пользователями. Каждой категории выделен соответствующий пульт доступа к системе, представляющей собой диалоговую среду. Этот пульт имеет имя, используя которое пользователь может вступить во взаимодействием системой.

Пульт оператора (ПО) предназначен для параметрической настройки системы, переключения баз знаний, создания служебных наборов и выполнения других вспомогательных функций. Параметрическая настройка системы осуществляется с помощью изменения параметров словаря служебных переменных (ССП), доступного пользователю в диалоговом режиме. Основными параметрами ССП являются:

•      ограничения на количество понятий в СП, правил и условий в БП, фактов в БФ;

•      ключевые слова, используемые при формировании БЗ:

разделитель условий в тексте правил, разделитель левой и правой частей правила, допустимые атрибуты понятий (объект, свойство, отношение);

•      количество БЗ;

•      номера справок оперативного хранилища СУБД СПО-397, используемые для внешнего представления БЗ, БФ и вспомогательных наборов.

ПО используется на начальном этапе создания БЗ для конкретной предметной области и переключения БЗ. Получив от эксперта необходимые сведения о размерах БЗ и используемых ключевых словах, оператор выполняет свои функции в соответствии со сценарием диалога.

Пульт эксперта (ПЭ), предназначенный для создания и ведения БЗ, обладает следующими основными функциями:

•      ввод и контроль понятий из последовательного набора;

•      ведение СП в интерактивном режиме (ввод, замена, удаление, просмотр) с контролем вновь вводимых понятий;

•      ввод правил из последовательного набора;

•      ведение БП в интерактивном режиме (ввод, замена, удаление, просмотр);

•      контроль БП;

•      преобразование правил и фактов из внешнего представления во внутреннее и наоборот.

Правило может быть введено в БП только после того, как в СП будут введены используемые в этом правиле понятия. При массовом вводе понятий или правил, осуществляемом в период загрузки БЗ, целесообразно пользоваться вводом из последовательного набора, подготовленного на ПК или МЛ. В этом случае разделителем между понятиями и правилами является символьная строка длиною 80 знаков с символом «*» в первой позиции.

При подготовке правил для ввода в БЗ рекомендуется предварительно сформулировать правила для некоторого фрагмента предметной области и представить их в виде схемы. При этом желательно иметь распечатки ранее сформированных СП и БП. После этого должна быть выполнена стилизация каждого правила:

а)  выделить условия из содержательного текста правил;

б) выделить из каждого условия объект, свойство, отношение и значение;

в) подобрать для каждого атрибута предиката подходящее обозначение, которое должно быть введено в СП;

г)  выразить текст правила в терминах СП;

д) текстовые значения недопустимы, кроме ДА или НЕТ.

В случае необходимости их следует включить в контекст объекта или свойства так, чтобы в результате получилось высказывание, оканчивающееся словом ДА или НЕТ.

Пульт конечного пользователя (ПП) предназначен для решения задач и ведения базы фактов. Основные функции ПП:

•      ведение БФ (ввод, замена, удаление, просмотр);

•      поиск решения задач (прямое и обратное сцепление);

•      подготовка и выдача ответа;

•      формирование и выдача информации о ходе решения задачи.

В процессе поиска решения задачи в БП активизируются цепочки правил, синтезируя деревья И/ИЛИ. Совокупность корневых вершин таких деревьев ассоциируется с целевым состоянием задачи, а концевых вершин — с ее исходным состоянием. Обычно выделяют две поисковые стратегии решения задачи: «обратное сцепление» — переход от целевого состояния к исходному — и «прямое сцепление» — переход от исходного состояния к целевому. Эффективность применения той или иной стратегии (выражаемая, например, в затратах времени на поиск решения, количестве запросов к пользователю) зависит от характера решаемой задачи и структуры пространства состояний. Считается, что обратное сцепление наиболее эффективно, например, в системах диагностического и консультирующего типов; прямое сцепление — в системах, ориентированных на прогнозирование и проектирование. В данной системе реализованы обе стратегии поиска решения. Результаты решения представляются в конъюнктивной нормальной форме. При реализации механизмов поиска решения использованы следующие унифицированные блоки: синтез деревьев И/ИЛИ, вычисление истинностного значения условия, интерфейс с пользователем, нормализация текстовой информации.

В системе имеется простой вариант объяснения хода решения задачи: по запросу пользователя выдается упорядоченная последовательность текстов правил, используемых в процессе поиска решения.

СПО-ЭС может последовательно обслуживать несколько БЗ. Параллельно в диалоговом режиме могут выполняться несколько различных функций. По ряду основных характеристик (количеству БЗ, их размерам и др.) система является параметрически настраиваемой, по некоторым другим имеет ограничения:

•      длина текста понятия или текста значения — не более 20 знаков;

•      длина текста условия — не более 100 знаков;

•      длина ключевого слова — не более 10 знаков;

•      формат поля для записи правила — 16 строк по 64 символа в каждой строке;

•      количество синонимов понятия — не более 4;

•      количество условий в правиле — не более 10.

Проведенные исследования и эксплуатация прикладной ЭС, созданной на базе СПО-ЭС, показали ее практическую ценность. Система рекомендуется для применения в крупных вычислительных центрах, оснащенных вычислительными машинами ЕС ЭВМ как для диагностирования неисправностей ЕС ЭВМ, так и для повышения квалификации обслуживающего персонала.

Вместе с тем выявлены «узкие» места данной ЭС:

•      недостаточная выразительность языковых средств для отображения ситуаций, обладающих пространственной или временной структурой;

•      отсутствие механизма подключения специализированных программ к процессу поиска неисправности.

Эти результаты определяют направление совершенствования ЭС: необходимость расширения языковых средств представления знаний фреймоподобными конструкциями и аппаратом встраивания алгоритмов с соответствующей программной поддержкой.