Создание программного комплекса, позволяющего получить наглядное представления взаимодействия объектов, с учетом их характеристик, описанных в задаче

Содержание

Введение……………………………………………………………………….3

2.Методика решение задачна движение.…………..………………………….3

2.1.движение в одном направлении.…………………………………………….3

2.2. Встречное и противоположное движение ………………………………….3

2.3.Движение по воде….………………………………………………….3

3.Экспертные системы. Подсистема и логический вывод.………………….3

3.1. Определение экспертных систем.

3,2. Отличие ЭС от других программных продуктов.

3.3. Отличительные особенности. Экспертные системы первого и второго поколения.

3.4. Критерий использования ЭС для решения задач.

3.5. Ограничения в применение экспертных систем.

3.6. Преимущества ЭС перед человеком - экспертом.

3.7 Схема классификации.

3.8 Области применения экспертных систем.

3.9. Критерий пользователя ЭС.

3.10 Подсистема приобретения знаний.

3.11. База знаний.

3.12. Подсистема вывода, способы логического вывода.

3.13. Компонент вывода.

3.14. Управляющий компонент.

3.15. Диалог с ЭС. Объяснение.

4.Описание проекта.

5.Заключение ….………………………………………………………………….3

6.Литература ………………………………………………………………….3






Введение

Федеральный государственный образовательный стандарт (далее – ФГОС) нового поколения не предполагает революции в подготовке школьников.

Обучение в школе предполагает, как известно, усвоение нового материала с активным применением различных практических и познавательных задач. При этом часто возникает ситуация, когда для формализации данных задачи удобно наглядное представление. Это касается в первую очередь математики (задачи на движение, … ), физики (взаимодействие тел, отражение  и преломление световых лучей и т.д) и, и также может относиться и к любой другой дисциплине, где нужно решать задачи. Для решения этой проблемы применяются следующие методы:

Изображение объектов на доске (и в тетради)

Применение различных лабораторных принадлежностей

Демонстрация видео-роликов на интерактивной доске

Всё это даёт только приблизительное представление явления, описанного в задаче.

Цель моей работы – создание программного комплекса, позволяющего получить наглядное представления взаимодействия объектов, с учетом их характеристик, описанных в задаче. То есть позволяющего моделировать поведение объектов материального мира для лучшего понимания условия задач школьного курса, и не только. Также моей целью является теоретическое обоснование и практическая проверка эффективности использования моделирования в процессе обучения решению задач на в школе.

Рассматривая моделирование как частный, специфический вид общего способа деятельности с изучаемыми понятиями и отношениями, предполагается выстроить формирование конструктивных умений в процессе моделирования изучаемых понятий и отношений. Также возможность представления понятия или отношения в наглядной модели (макете или конструкции) даёт возможность сформировать у учащихся адекватное представление о чём-то абстрактном на наглядном уровне, что наиболее соответствует его возможностям и потребностям.

Моделирование — метод изучения объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей действительно существующих предметов и явлений (органических и неорганических систем, технических устройств, разных процессов — физических, химических, биологических, социальных) и конструируемых объектов для определения либо улучшения их характеристик, рационализации способов их построения, управления и т.п.

Существует своеобразная форма эксперимента, для которой характерно применение действующих материальных моделей в качестве отдельных средств экспериментального исследования. Такая форма называется модельным экспериментом. В отличие от очередного эксперимента, где средства эксперимента, так или иначе, взаимодействуют с предметом исследования, здесь взаимодействия нет, потому что экспериментируют не с самим предметом, а с его заместителем. При этом объект-заместитель и экспериментальная установка объединяются, сливаются в действующей модели в некоторое целое. Следовательно, проявляется двусмысленная роль, которую модель выполняет в эксперименте: она одновременно есть и объектом исследования и экспериментальным средством .В математике широко применяется метод моделирования при решении задач. Математической моделью можно охарактеризовать специфическое представление (часто приближенное) некой проблемы, ситуации, какое дает возможность в процессе ее анализа использовать формально – логический аппарат математики. При математическом моделировании имеем дело с теоретической копией, которая в Одна и та же модель может определять различные процессы, объекты, поэтому продукты внутри модельного исследования самого действия часто могут быть перенесены на другое действие. В этом заключается одно из основных значений математического моделирования.

Математика не только создала разнообразные внутренние модели алгебры, геометрии, функции комплексного переменного, дифференциальных уравнений и т.д., однако и помогла естествознанию построить математические модели механики, электродинамики, термодинамики, химической кинетики, микромира, пространства – времени и тяготения, возможностей передачи сообщений, управления, логического вывода . Реализация глобального математического способа познания есть основная задача и задача современной математики. Она включает, прежде всего, создание новых, неведомых математических моделей, к примеру, в биологии, для познания жизни и функции мозга, микромира, новых, фантастических технологий и техники, а также познание экономических и общественных явлений также при помощи математических моделей разнообразными математическими методами.

Отличительной чертой нового стандарта является его деятельностный характер, ставящий главной задачей развитие личности учащегося. Система образования отказывается от традиционного понимания результатов обучения в виде знаний, умений и навыков; формулировки стандарта перечисляют очевидные виды активности, которые учащийся обязан изучить к концу начального образования. Требования к результатам обучения сформулированы в виде личностных, предметных и реальных результатов.

Графической моделью называется схема сюжетной задачи, которая помогает учащимся увидеть заданные в условии задачи абстрактные отношения, в определенной пространственной форме. Схема является обобщением, позволяющим выйти за границы данной задачи и получить обобщающий способ для решения любых задач данной структуры . К несчастью, в целях экономии времени учителя недостаточно внимания уделяют решению задач различными способами. Это может быть объяснено тем, что такие задания в школьных учебниках попадаются от случая к случаю и в силу этого не воспринимаются многими учителями как важные. Однако опыт показывает, что постоянная нагрузка в этом направлении очень ценна как с позиции воспитания учеников, так и с позиции формирования умения решать задачи . Наряду с этим нужно отметить, что решение проблем разными путями — чрезвычайно интересное занятие для учащихся младших классов. Составление моделей к задаче — необходимый этап в поиске различных путей ее решения. Когда есть выбор при решении задачи, встает вопрос о нахождении подходящего способа ее решения. Модель способна помочь не только найти подходящий путь решения задачи, однако и проверить верность решения, поскольку решение задачи различными способами — это один из видов такой проверки.



2.Методика решению задач на движение .



Повышать уровень математической подготовки учащихся в школах и других учебных заведениях очень важно, так как математика,так или иначе, затрагивает все области деятельности человека, что способствует увеличению темпанаучно-технического прогресса.

Методическая разработка предназначена для лучшего усвоения материала.

Как учить детей решать задачи на движение? Это основополагающий вопрос в методике решения задач. Чтоб найти ответ на этот вопрос в литературе описывается много практических приемов, способов решения.

Для повышения интереса к решению задач на движение следует использовать разнообразные чертежи и схемы. Они позволяют наглядно представить ситуацию, способствуют осознанному приобретению знаний, умений и навыков, развивать память, речь, мышление. Учитель  должен выработать навык решения как простых, так и составных задач на движение, на основании которого они смогут решать более сложные задачи по алгебре и физике в старших классах.

С целью обобщения представлений детей о движении полезно организовать специальную экскурсию по наблюдению за движением транспорта, после чего провести наблюдения в условиях класса, где движения будут демонстрировать сами дети. На экскурсии и во время работы в классе необходимо пронаблюдать за движением одного тела и двух тел друг относительно друга.

В результате дети должны сделать следующие выводы:

два тела могут двигаться в одном направлении, а могут в противоположных, либо приближаясь одно к другому

может двигаться по прямой или кривой

одно тело может двигаться быстрее, медленнее, может остановиться тело



После наблюдения каждой из указанных ситуаций в условиях класса, надо вместе с детьми выполнить чертежи. На них расстояние принято обозначать отрезком, место (пункт отправления, встречи, прибытия) - либо точкой на отрезке и соответствующей буквой, либо черточкой, либо флажком; направление движения указывают стрелками.

Например, встречное движение двух тел изображается так:



А.______________________________________. В



Здесь отрезок обозначает расстояние, которое должны пройти 2 тела до встречи, - место встречи, точки A, В - пункты выхода тел, стрелки - направления движения.



Дети должны усвоить основные величины и способы их обозначения. В задачах на движение обычно используют следующие величины: скорость, время движения и пройденный путь. Каждая из этих величин имеет свои единицы измерения.Основные единицы измерения пути: километр, метр, дециметр, сантиметр и миллиметр.Основные единицы измерения времени: час, минута, секунда.



Скоростью называют путь, пройденный за единицу времени. Основные единицы измерения скорости: км/ч (километры в час), м/мин (метры в минуту), м/сек (метры в секунду) и т.д.

Основная формула равномерного движения: S = v · t,гдеS – путь, t – время, v – скорость.

Ученики должны получить представление о новой величине - скорости, которая характеризуется расстоянием, проходимым в единицу времени. Раскрывается связь между скоростью, временем и расстоянием (при равномерном движении) в виде формулы V= S: t, где S - пройденное расстояние,  t - затраченное время, V - скорость движения. Таким образом, скорость движения - это расстояние, которое проходит движущийся предмет за единицу времени.



После усвоения учащимися данного материала, начинается решение простых задач на движение:

в одном направлении

в противоположных направлениях

на сближение

по течению и против течения.



Простая задача - это задача, которая решается одним арифметическимдействием. Важным результатом ознакомления учащихся  с этим вопросом является усвоение простейших формул, связывающих такие величины, как скорость, время и расстояние (V, t, S).

Решение простых задач на движение в одном направлении

Дети учатся решать задачи, в которых по времени и скорости находится путь; по времени и пути находится скорость; по скорости и пути находится время. Подчеркивается, что речь идет о таком движении, при котором скорость не изменяется.

Необходимо, опираясь на жизненный опыт и наблюдения учащихся обратить внимание детей на то, что некоторые предметы могут двигаться быстрее и медленнее. Например, велосипедист может обогнать пешехода, автомобиль - велосипедиста, самолет - автомобиль и т.д. Предметы могут двигаться равномерно. Так, например, пешеход может проходить за каждый час по 3 км; автомобиль может проезжать за каждый час по 100 км; бегун может пробегать за каждую секунду по 8 м и т.д. В этом случае говорят, что скорость (соответственно) пешехода - 3 км в час (записывают 3км/ч), автомобиля 100 км/ч, бегуна - 8 м/с.

Дети должны прийти к выводу, что для того, чтобы найти скорость движения предмета, нужно расстояние, которое прошел предмет, разделить на затраченное для этого время.

Коротко этот вывод можно сформулировать так: скорость равна расстоянию, деленному на время. Если скорость обозначить буквой V, путь S, а время буквой t, то можно записать этот вывод в виде формулы: V= S: t.

Начинать следует с задач, где движение происходит в одном направлении.



2.1 Движение в одном направлении.



Фрагмент урока 1:



Учитель:

Учащиеся:

- Прочитайте задачу.

Расстояние  из пункта А в пункт В 120 км. Поезд едет со скоростью 60 км/ч. Сколько ему потребуется времени чтобы доехать из пункта А в пункт В?

- Что известно в задаче?



- Расстояние, которое проедет поезд- 120 км.

- Скорость с которой едет поезд- 60 км./ч

- Что требуется узнать в задаче?

-Сколько ему потребуется времени чтобы доехать из пункта А в пункт В.

Составим чертеж к задаче

V- 60 км./чt-?



АВ

120 км/ч

Можем ли сразу ответить на вопрос задачи?

Да, для этого нужно расстояние разделить на скорость.

Какое действие у нас получится?

120 км: 60 км/ч

Какой получим ответ?

Ему потребуется 2 часа.

Если мы правильно решили задачу, то наш поезд поедет, давайте посмотрим.





В результате решения соответствующих простых задач ученики должны усвоить такие связи:

если известна скорость и время движения, можно узнать расстояние действием умножения;

если известны расстояние и скорость, можно найти время движения действием деления.

если известны расстояния и время движения, то можно найти скорость действием деления;



При работе с этими задачами надо чаще использовать иллюстрации в виде чертежа, так как чертеж помогает правильно использовать, определять и представлять жизненную ситуацию, отраженную в задаче

После решения задачи на движение в одном направлении, следует переходить к решению задач на движение в разных направлениях.

До понимания учащихся должен быть доведен тот факт, что 5 м в минуту и скорость 5 км в час - не одно и то же. Только на этой основе всегда с решением задач в дальнейшем устанавливается, что при равномерном движении за одно и то же время тело пройдет тем большее расстояние, чем больше будет скорость (если скорость увеличится в несколько раз, то и расстояние увеличится во столько же раз), при одной и той же скорости расстояние уменьшается во столько же раз, во сколько увеличится время движения, и т.д.



Если два тела, находящиеся перед началом движения на расстоянии S, движутся в одном направлении со скоростями V1 и V2, где V2>V1, то возможны два случая.

1. Тело с большей скоростью догоняет тело с меньшей скоростью. В этом случае «скорость сближения» равна разности скоростей (V2–V1), а время, через которое второе тело догонит первое, равно:

t = S : (V2 – V1).

2. Тело с большей скоростью «убегает» от тела с меньшей скоростью. В этом случае «скорость удаления» также равна разности скоростей (V2 – V1), а расстояние, которое будет между телами через время t, равно:

S1= S + (V2 – V1) · t



2.2 Встречное и противоположное движение:



Составной задачей называется задача, которая решается двумя и большим числом арифметических действий.

Методика обучения решения задач "на встречное движение" основывается на четких представлениях учащихся о скорости равномерного движения, которые уточняются и обобщаются на  уроках.

На основе жизненных наблюдений выясняется и иллюстрируется смысл слов "двигаться навстречу друг другу", "в противоположных направлениях", "выехали одновременно из двух пунктов и встретились через…" и т.п.

После наглядной инсценировки каждого из случаев с помощью учащихся целесообразно с постепенным усложнением научить детей изображать схему таких задач "в отрезках". Причем стараться соблюдать отношения их длины в зависимости от скоростей и пройденных (в частности "до встречи") расстояний. Если, например, скорость одного поезда была 60 км в час, а другого - 45 км/ч, то первая стрелка должна быть длиннее второй и т.п.



А.___________________________________. В



В результате решения соответствующих простых задач ученики должны усвоить такие связи:

-если известны расстояния и время движения, то можно найти скорость действием деления;

если известна скорость и время движения, можно узнать расстояние действием умножения;

если известны расстояние и скорость, можно найти время движения действием деления. При работе с этими задачами надо чаще использовать иллюстрации в виде чертежа, так как чертеж помогает правильно использовать, определять и представлять жизненную ситуацию, отраженную в задаче.

Ознакомление с задачами на движение в противоположных направлениях может быть проведено аналогично введению задач на встречное движение. Проведя подготовительную работу, надо, чтобы ученики пронаблюдали движение двух тел (пешеходов, автомашин, катеров и т.д.) при одновременном выходе их одного пункта. Ученики должны заметить, что при таком движении расстояние между движущимися телами увеличивается. При этом надо показать, как выполняется чертеж.



Если два тела движутся навстречу друг другу, то скорость их сближения равна сумме скоростей данных тел.

Если первоначальное расстояние между двумя телами, движущимися навстречу друг другу со скоростями V1 и V2, равно S, то время, через которое они встретятся, равно:t = S : (V1 + V2).

Движение навстречу друг другу.





Учитель:

Учащиеся:

	Рассмотрите рисунок.

	- Что вы видите на нем?

	Составьте задачу по рисунку.

	

Из двух пунктов навстречу друг другу выехали две машины.  Одна двигалась со скоростью 70 км\час, а другой 60 км\час. Они были в пути 5 часов. Какое расстояние между пунктами?

	Давайте посмотрим, как происходит движение.



	- Какие величины известны?



Скорость и время.

	- Какая нет?



Расстояние между пунктами.

	- Какое время были в пути машины?

5 часов.

	- Чем удобно воспользоваться, чтобы иметь перед глазами все данные задачи?

Чертеж, таблица.

	Составьте чертеж к задаче.

	Проверьте.

	

60 км\часt- 5ч.           70 км\час





?

	- Можем ли мы сразу ответить на вопрос задачи? Почему?

Нет.

	- Можем ли мы узнать какое-нибудь расстояние? Почему?

То, какое расстояние проехала 1 машина и то, какое расстояние проехала 2 машина. Нам известны скорость и время в пути.

	- Какой формулой мы воспользуемся?

S=Vt

	Запишите решение.



	-А теперь мы можем узнать все расстояние? Как?

	Закончите решение.

Да, нужно сложить полученные результаты



При ознакомлении с решением задач этого вида тоже может на одном уроке решать три взаимообратные задачи, после чего выполнить сначала сравнение задач, а затем их решений.

На этапе закрепления умения решать такие задачи ученики выполняют различные упражнения, как и в других случаях, в том числе проводят сравнение соответствующих задач на встречное движение в противоположных направлениях, а также сравнение решений этих задач. .



2.3 Движение в противоположные стороны.



Если два тела движутся в противоположные стороны, то скорость «их удаления друг от друга» равна сумме скоростей данных тел.

Расстояние между двумя телами, движущимися в противоположные стороны со скоростями V1 и V2, через время t равно S = S0 + (V1 + V2) · t, где S0 – первоначальное расстояние между ними. S0 = 0, если движение тел начинается из одной точки.










Учитель:

Учащиеся:

	Рассмотрите рисунок.

	- Что вы видите на нем?

	Составьте задачу по рисунку.

	

От старта в разном направлении выбежали 2 бегуна. 1 бегун бежал со скорость 4км/ч, а 2 бегун бежал со скоростью 3 км/ч. Через какое время расстояние между бегунами будет равным 21 км?

	Давайте посмотрим, как происходит движение. А 2 учеников инсценируют движение.

Показывают движение,  устанавливают, что движение происходит в противоположном направлении

	- Какие величины известны?



Скорость и расстояние

	- Какая нет?



Время в пути

	Чему равна скорость 1 бегуна?

4 км/ч

	Чему равна скорость 2 бегуна?

3км/ч

	Кто пробежит большее расстояние?

1 бегун т. к. его скорость больше

	- Чем удобно воспользоваться, чтобы иметь перед глазами все данные задачи?

Чертеж, таблица.

	Составьте чертеж к задаче.

	Проверьте.

	

4 км\часt- ?ч. 3 км\час



21 км

	

	- Можем ли мы сразу ответить на вопрос задачи? Почему?



Нет. Мы не знаем среднюю скорость.

	- А можем узнать?

Да, 4 км\час  + 3 км\час

	- Зная их среднюю скорость и зная расстояние, на которое они должны удалиться, можем мы ответить на вопрос задачи?

Да,  21 км :7 км/ч

	- Какой ответ вы запишете?

Через 3 ч между бегунами будет равным 21 км?



2.4 Движение по воде.

Решая задачи на движение по реке, нужно хорошо понимать, что такое собственная скорость, скорость по течению и скорость против течения

Собственная скорость - это скорость катера, теплохода и т.д. в стоячей воде. Скорость по течению складывается из собственной скорости и скорости течения. Скорость против течения, напротив, меньше собственной скорости на значение скорости течения реки.

В задачах на движение по воде скорость реки считается постоянной и неизменной. При движении по течению скорость реки прибавляется к собственной скорости плывущего тела, так как скорость реки помогает двигаться телу. При движении против течения от собственной скорости вычитается скорость реки (реально собственная скорость тела больше скорости реки), так как в этом случае скорость реки мешает движущемуся телу. Скорость плота считается равной скорости реки. Скорость перемещения тела V  по воде, при скорости течения реки Vр и собственной скорости движения Vс, выражается:

V по течению=Vс+Vр при движении тела по течению реки.

Движении течению реки.



Учитель:

Учащиеся:

	Рассмотрите рисунок.

	- Что вы видите на нем?

	Составьте задачу по рисунку.

	

Парусник плывет по течению реки со скоростью 10км/ч. Какое расстояние проплывет парусник за 5 часов, если скорость течения реки 2км/ч?

	Давайте посмотрим, как происходит движение.

Парусник плывет по течению реки.

	Что нам известно в задаче?



Скорость и время.

	- Какаявеличина неизвестна?



Расстояние.

	Составьте схему к задаче.

Vк. – 10 км/ч

Vр – 2 км/ч

t – 5 ч.

S - ?



	Что помогает паруснику плыть быстрее?

Течение реки.

	Как узнать среднюю скорость парусника, которому помогает течение?

10 км/ч  + 2 км/ч



	Теперь можем ответить на вопрос задачи?

Да, 12км/ч  5 ч

	Какой ответ в задаче?

60 км/ч  проплывет парусник за 5 часов,

После решения задачи учащиеся должны сделать вывод, что скорость течения реки увеличивает скорость транспорта.

Движении тела против течения.

Скорость против течения=Vс?Vр при движении тела против течения реки.

V по течению – Vпротивтечения = 2Vр - разность скоростей по течению и против течения реки равна удвоенной скорости течения.Vс=2Vпо течению противтечения - формула нахождения собственной скорости тела.











Учитель:

Учащиеся:

	Рассмотрите рисунок.

	- Что вы видите на нем?

	Составьте задачу по рисунку.

	

Катер идет против течения реки со скоростью 20 км\ч. Какое расстояние пройдет катер за 5 часов, если скорость течения реки 2км/ч?

	Давайте посмотрим, как происходит движение.

Катер плывет против течения реки.

	Что нам известно в задаче?



Скорость и время.

	- Какаявеличина неизвестна?



Расстояние.

	Составьте схему к задаче.

Vк. – 20 км/ч

Vр – 2 км/ч

t – 5 ч.

S - ?



	Что мешает катеру плыть?

Течение реки.

	Как узнать среднею скорость катера, плывущего против течения реки?

20 км/ч  - 2 км/ч



	Теперь можем ответить на вопрос задачи?

Да, 18 км/ч  5 ч

	Какой ответ в задаче?

90 км/ч  пройдет катер за 5 часов,



3.Экспертные системы. Подсистема и логический вывод.

3.1. Определение экспертных систем.

Экспертные системы (ЭС)- это яркое и быстро прогрессирующее направление в области искусственного интеллекта (ИИ). Причиной повышенного интереса, который ЭС вызывают к себе на протяжении всего своего существования, является возможность их применения к решению задач из самых различных областей человеческой деятельности. Пожалуй, не найдется такой проблемной области, в которой не было бы создано ни одной ЭС или, по крайней мере, такие попытки не предпринимались бы.

ЭС - это набор программ или программное обеспечение, которое выполняет функции эксперта при решении какой-либо задачи в области его компетенции. ЭС, как и эксперт-человек, в процессе своей работы оперирует со знаниями. Знания о предметной области, необходимые для работы ЭС, определенным образом формализованы и представлены в памяти ЭВМ в виде базы знаний, которая может изменяться и дополняться в процессе развития системы.

ЭС выдают советы, проводят анализ, выполняют классификацию, дают консультации и ставят диагноз. Они ориентированы на решение задач, обычно требующих проведения экспертизы человеком-специалистом. В отличие от машинных программ, использующий процедурный анализ, ЭС решают задачи в узкой предметной области (конкретной области экспертизы) на основе дедуктивных рассуждений. Такие системы часто оказываются способными найти решение задач, которые нecтруктурировaнны и плохо определены. Они справляются с отсутствием структурированности путем привлечения эвристик, т. е. правил, взятых “с потолка”, что может быть полезным в тех системах, когда недостаток необходимых знаний или времени исключает возможность проведения полного анализа.

Главное достоинство ЭС - возможность накапливать знания, сохранять их длительное время, обновлять и тем самым обеспечивать относительную независимость конкретной организации от наличия в ней квалифицированных специалистов. Накопление знаний позволяет повышать квалификацию специалистов, работающих на предприятии, используя наилучшие, проверенные решения.

Практическое применение искусственного интеллекта на машиностроительных предприятиях и в экономике основано на ЭС, позволяющих повысить качество и сохранить время принятия решений, а также способствующих росту эффективности работы и повышению квалификации специалистов.

3.2. Отличие ЭС от других программных продуктов.

Основными отличиями ЭС от других программных продуктов являются использование не только данных, но и знаний, а также специального механизма вывода решений и новых знаний на основе имеющихся. Знания в ЭС представляются в такой форме, которая может быть легко обработана на ЭВМ. В ЭС известен алгоритм обработки знаний, а не алгоритм решения задачи. Поэтому выполнение алгоритма обработки знаний может привести к получению такого результата при решении конкретной задачи, который не был предусмотрен. Более того, алгоритм обработки знаний заранее неизвестен и строится по ходу решения задачи на основании эвристических правил. Решение задачи в ЭС сопровождается понятными пользователю объяснениями, качество получаемых решений обычно не хуже, а иногда и лучше достигаемого специалистами. В системах, основанных на знаниях, правила (или эвристики), по которым решаются проблемы в конкретной предметной области, хранятся в базе знаний. Проблемы ставятся перед системой в виде совокупности фактов, описывающих некоторую ситуацию, и система с помощью базы знаний пытается вывести вывод из этих фактов:

Качество ЭС определяется размером и качеством базы знаний (правил или эвристик). Система функционирует в следующем циклическом режиме: выбор (запрос) данных или результатов анализов, наблюдения, интерпретация результатов, усвоение новой информации, выдвижении с помощью правил временных гипотез и затем выбор следующей порции данных или результатов анализов. Такой процесс продолжается до тех пор, пока не поступит информация, достаточная для окончательного заключения.

В любой момент времени в системе существуют три типа знаний:

- Структурированные знания- статические знания о предметной области. После того как эти знания выявлены, они уже не изменяются.

- Структурированные динамические знания - изменяемые знания о предметной области. Они обновляются по мере выявления новой информации.

- Рабочие знания- знания, применяемые для решения конкретной задачи или проведения консультации.

Все перечисленные выше знания хранятся в базе знаний. Для ее построения требуется провести опрос специалистов, являющихся экспертами в конкретной предметной области, а затем систематизировать, организовать и снабдить эти знания указателями, чтобы впоследствии их можно было легко извлечь из базы знаний.

Схема работы ЭС.

3.3. Отличительные особенности. Экспертные системы первого и второго поколения.

1. Экспертиза может проводиться только в одной конкретной области. Так как программа, предназначенная для определения конфигурации систем ЭВМ, не может ставить медицинские диагнозы.

2. База знаний и механизм вывода являются различными компонентами. Действительно, часто оказывается возможным сочетать механизм вывода с другими базами знаний для создания новых ЭС. Например, программа анализа инфекции в крови может быть применена в пульмонологии путем замены базы знаний, используемой с тем же самым механизмом вывода.

3. Наиболее подходящая область использования - решение задач дедуктивным методом. Например, правила или эвристики выражаются в виде пар посылок и заключений типа “если-то”.

4. Эти системы могут объяснять ход решения задачи понятным пользователю способом. Обычно мы не принимаем ответ эксперта, если на вопрос “Почему?” не можем получить логичный ответ. Точно так же мы должны иметь возможность спросить систему, основанную на знаниях, как было получено конкретное заключение.

5. Выходные результаты являются качественными (а не количественными).

6. Системы, основанные на знаниях, строятся по модульному принципу, что позволяет постепенно наращивать их базы знаний.

Компьютерные системы, которые могут лишь повторить логический вывод эксперта, принято относить к ЭС первого поколения. Однако специалисту, решающему интеллектуально сложную задачу, явно недостаточно возможностей системы, которая лишь имитирует деятельность человека. Ему нужно, чтобы ЭС выступала в роли полноценного помощника и советчика, способного проводить анализ нечисловых данных, выдвигать и отбрасывать гипотезы, самостоятельно пополнять свои знания, контролировать их непротиворечивость,оценивать достоверность фактов, оценивать достоверность фактов,  делать заключения на основе прецедентов и, может быть, даже порождать решение новых, ранее не расcматривaвшихся задач. Наличие таких возможностей является характерным для ЭС второго поколения, концепция которых начала разрабатываться 9-10 лет назад. Экспертные системы, относящиеся ко второму поколению, называют партнерскими, или усилителями интеллектуальных способностей человека. Их общими отличительными чертами является умение развиваться, обучаться , т.е. эволюционировать.

В экспертных системах первого поколения знания представлены следующим образом:

модели представления знаний ориентированы на простые области.

знаниями системы являются только знания эксперта, опыт накопления знаний не предусматривается.

методы представления знаний позволяли описывать лишь статические предметные области.

ЗнанийПредставлениев экспертных системах второго поколения следующее:

1) Используются не поверхностные знания, а более глубинные. Возможно дополнение предметной области.

2) ЭС может решать задачи динамической базы данных предметной области.

3.4. Критерий использования ЭС для решения задач.

Существует ряд прикладных задач, которые решаются с помощью систем, основанных на знаниях, более успешно, чем любыми другими средствами. При определении целесообразности применения таких систем нужно руководствоваться следующими критериями.

1. Пространство возможных решений относительно невелико.

2. Должен быть, по крайней мере один эксперт, который способен явно сформулировать свои знания и объяснить свои методы применения этих знаний для решения задач.

3. Данные и знания надежны и не меняются со временем.

4. В процессе решения задачи должны использоваться формальные рассуждения. Существуют системы, основанные на знаниях, пока еще не пригодные для решения задач методами проведения аналогий или абстрагирования (человеческий мозг справляется с этим лучше). В свою очередь традиционные компьютерные программы оказываются эффективнее систем, основанных на знаниях, в тех случаях, когда решение задачи связано с применением процедурного анализа. Системы, основанные на знаниях, более подходят для решения задач, где требуются формальные рассуждения.

В таблице приведены сравнительные свойства прикладных задач, по наличию которых можно судить о целесообразности использования для их решения ЭС.

Таблица:КритерийприменимостиЭС.



В целом ЭС не рекомендуется применять для решения следующих типов задач:

- задач распознавания, поскольку в общем случае они решаются численными методами;

- математических, решаемых обычным путем формальных преобразований и процедурного анализа;

- задач, знания о метoдах решения которых oтсутствуют (невозможно построить базу знаний).



3.5. Ограничения в применение экспертных систем.

Cуществуют лучшие  ЭС, которые эффективно функционируют как на больших, так и на мини-ЭВМ, имеют определенные ограничения по сравнению с человеком-экспертом.

1. Большинство ЭС не вполне пригодны для применения конечным пользователем. Если вы не имеете некоторого опыта работы с такими системами, то у вас могут возникнуть серьезные трудности. Многие системы оказываются доступными только тем экспертам, которые создавали из базы знаний.

2. Вопросно-ответный режим, обычно принятый в таких системах, замедляет получение решений. Например, без системы MYCIN врач может (а часто и должен) принять решение значительно быстрее, чем с ее помощью.

3. Навыки системы не возрастают после сеанса экспертизы.

4.В тех областях, где отсутствуют эксперты (например, в астрологии), применение ЭС оказывается невозможным.

5. Все еще остается проблемой приведение знаний, полученных от эксперта, к виду, обеспечивающему их эффективную машинную реализацию.

6. ЭС неприменимы в больших предметных областях. Их использование ограничивается предметными областями, в которых эксперт может принять решение за время от нескольких минут до нескольких часов.

7. ЭС не способны обучаться, не обладают здравым смыслом. Домашние кошки способны обучаться даже без специальной дрессировки, ребенок в состоянии легко уяснить, что он станет мокрым, если опрокинет на себя стакан с водой, однако если начать выливать кофе на клавиатуру компьютера, у него не хватит “ума” отодвинуть ее.

8. Имеет смысл привлекать ЭС только для решения когнитивных задач. Теннис, езда на велосипеде не могут являться предметной областью для ЭС, однако такие системы можно использовать при формировании футбольны.......................