Тәртіп тақырыптары және қысқаша сипаттама Тақырып 1 Интеллектуалды ақпараттық жүйелер (иаж) ұғымы, негізгі қасиеттері

1. Интеллекуталды интерфейсті жүйелер.

- Интеллекуталды деректер қоры

- Гипермәтінді жүйелер

- Когнетивті графика жүйелері

- Табиғи тілдік интерфейс

2. Экспертті жүйелер.

- Топтастырғыш

- Алдын ала анықтау

- Трансформациялаушы

- Көпагенттік

3. Өзіндік оқу жүйелері

- Индуктивті

- Нейронды желілер

- Ақпараттық қоймалар

Интеллектуалды жүйе:

• 
  фактілер жиынтығында мәнділерді анықтауға қабілетті болуы керек;
  
• 
  ИЖ бар фактілер мен білімдерден дедукцияны ғана қолданып қоймай, аналогия, индукция және т.б. қолдана отырып қорытынды жасауға қабілетті;
  
• 
  ИЖ өзіндік бағалауға қабілетті болуы керек – рефлексияға ие болуы қажет, яғни өз жұмысының нәтижесін бағалау үшін арналған құралдарға;
  
• 
  Түсіндіру ішкі жүйелерінің көмегімен ИЖ қандай да бір фактінің орын алу себебі туралы сұраққа жауап бере алады;
  
• 
  ИЖ бар фактілердің арасындағы ұқсастықтарды байқай отырып, жалпылауға қабілетті болуы керек.
  

Экспертті жүйе эксперттің интеллекуталды қабілеттіліктерін күшейтетін құрал болып табылады.

Шығарылып жатқан есептердің күрделілік деңгейіне байланысты экспертті жүйелерді келесідегідей топтастыруға болады:

1 Шығарудың қалыптасу тәсілі бойынша экспертті жүйелер екі классқа бөлінеді: аналитикалық және синтетикалық. Аналитикалық жүйелер дегеніміз белгілі баламалар (объектілердің сипаттамаларын анықтау) жиынынан шешімді таңдап алу, ал синтетикалық жүйелер – белгісіз шешімдер генерациясы (объектілерді қалыптастыру).

2 Уақыттық белгіні есепке алу тәсілі бойынша экспертті жүйелер статикалық және динамикалық болуы мүмкін. Статикалық жүйелер шығару барысында өзгермейтін деректер мен білімдер болғандағы есептерді шығарады, динамикалық жүйелер ондай өзгерістерге рұқсат береді. Статикалық жүйелер деректерді енгізуден бастап соңғы нәтижеге дейін үздіксіз бірқалыпты есеп шығаруды жүзеге асырады, ал динамикалық жүйелер есепті шығару барысында ертерек белгілі болған нәтижелер мен деректерді қайта қарау мүмкіндігін береді.

3 Пайдаланылатын деректер мен білімдердің түріне байланысты экспертті жүйелер детерминалданған (дәл анықталған) білімдермен және белгісіз білімдермен жүйелер деп топтастырылады. Білімдердің (деректердің) белгісіздігі ретінде олардың толық еместігі (жоқтығы) алынады, күмәнділік (өлшеудің дәлсіздігі), екі ұштылық (ұғымдардың көп мәнділігі), анықсыздық (сандық бағалаудың орнына сапалық).

Эксперттік жүйелердің екі типін бөліп қарастырады: статикалық және динамикалық. Статикалық экспертті жүйелер қоршаған әлемнің есепті шығару барысында өзгерістерін ескермеуге болатын өосымшаларда қолданылады, олар тәжірибеде бірінші болып қолданысқа ие болды. Динамикалық экспертті жүйелер статикалықпен салыстырғанда, келесі екі қосымша компоненттке ие: сыртқы әлемді модельдеудің ішкі жүйесі және сыртқы әлеммен әрекеттесудің ішкі жүйесі.

Экспертті жүйе құрылымы:

• 
  интерпретатор, шығарушы деп те аталатын логикалық шығару механизмі;
  
• 
  жұмыс деректер қоры (ДҚ) деп те аталатын жұмыс жадысы (ЖЖ);
  
• 
  білімдер қоры (БҚ);
  
• 
  иелікке алу және білімдерді толықтырудың ішкі жүйесі;
  
• 
  түсіндіру ішкі жүйесі;
  
• 
  сұхбаттың ішкі жүйесі;
  
• 
  сыртқы әлеммен әрекеттесудің ішкі жүйесі.
  

Интеллектуалды интерфейсі бар ақпараттық жүйелер келесі топтарға бөлуге болады:

1 Интеллектуалды деректер қоры

2 Табиғи-тілдік интерфейсті ақпараттық жүйелер

3 Гипермәтіндік жүйелер

4 Контекстті көмек жүйелері

5 Когнитивті графика жүйелері

Интеллектуалды деректер қоры қалыпты деректер қорынан қажетті ақпаратты сұраныс арқылы алу мүмкіншілігімен ерекшеленеді, сонымен бірге бұл ақпараттың сақталуы міндетті емес, деректер қорында барынан алынуы мүмкін.

1 графикалық пайдаланушы интерфейсін қамтамасыз ету

2 пайдалануышының түрлі кіріс құрылғыларымен әрекеттесу мүмкіншілігін ұйымдастыру

3 деректерді түрлі форматтармен және түрлі кіріс құрылғылары үшін ұсыну

4 пайдаланушыға көмек, түсініктемелер, кеңестер, жұмыстың диагностикалық режимін немесе басқа да иілгіш колдауды ұсыну

5 ДҚ мен модельдер қорымен әрекеттесуді қамтамасыз ету

6 кіріс және шығыс деректерді сақтау

7 түсті графика, үш өлшемді графика және деректер плоттингін қамтамасыз ету

8 көптеген функцияларды бір уақытта бейнелеуге мүмкіндік беретін терезелер

9 пайдаланушы мен жүйені құрушылар арасында әрекеттілікті қолдау

10 мысалдар арқылы оқып-үйренуді қамтамасыз ету

11 иілгіштік пен бейміделгіштікті қамтамасыз ету, ол интеллектуалды жүйеге түрлі есептер мен технологияыларды ендіруге мүмкіндік береді

12 сұхбаттың түрлі көптеген стильдерінде әрекеттестік

Интерфейстің түрлері: мәзір негізіндегі әрекеттестік, командалық тіл, сұрақ-жауаптық, әрекеттестікті қалыптастыру, табиғи тілді өңдеу және графикалық пайдаланушы интерфейс.

Білімдердің деректерден мәнді айырмашылығы болып табылатыны – олардың интерпретацияланытыны. Егер деректердің интерпретациясы үшін сәйкес бағдарламалар керек болса және олар өздігінше мазмұнды ақпартты тасымаса, ал білімдер әрқашан мазмұнды.

Білімнің басқа өзгеше қыры болып қатынастардың бар болуы табылады, мысалы, «тип-ішкі тип», «элемент-жиын» және т.б. түрдегі. Білімдер себептік-салдарлық байланыстарды анықтауға мүмкіндік беретін фактілер мен оқиғалардың жағдайлық сәйкестігін анықтайтын жағдайлық байланыстардың бар болуымен сипатталады.

Деректер – не адамның сезім мүшелері арқылы, неқұрылғымен алынып өңделетін кез келген сигналдар.

Білімдер – бұл заттарды, құбылыстарды және үрдістерді теориялық түсіну және тәжірибемен тексерілген қоршаған әлемді тану тәжірибесі, адам дүниетанымындағы нақтылықты бейнелеу.

Интенсионалды білімдер – абстарктілі объектілерді, оқиғаларды, қатынастарды сипаттайтын білімдер.

Экстенсионалды білімдер – нақты объектілерді, олардың күйлерін, белгілі бір сәттегі параметрлердің мәндерін сипаттайтын білімдер.
Фактуалды білім – бұл мағыналы және түсінікті деректер. Деректер өз бетінше – қандай да бір тасымалдағыштағы арнайы ұйымдастырылған белгілер.

Операционды білім – бұл деректерді интерпретациялауды немесе олардан ақпаратты шығаруға мүмкіндік беретін фактілердің арасындағы жалпы тәуелділіктер.

Фактуалды білімді экстенсионалды (бөлшектенген), ал операционды білімді интенсионалды (жалпыланған) деп атау жиі кездеседі.

Деректерден ақпаратты шығару үрдісі операционды және фактуалды білімдердің адекватты бірігуіне әкеледі және де АЖ-нің түрлі типтерінде түрліше орындалады. Олардың бірігуінің ең қарапайым жолы бір қолданбалы бағдарлама төңірегінде жатыр:

Бағдарлама = Алгоритм (Деректерді өзгертудің ережелері +

Басқару құрылымы) + Деректер құрылымы

Деректер қорын өңдеуге негізделген жүйелерде (ДҚЖ – Data Base Systems) фактуалды және операционды білімдердің бір бірінен бөлінуі жүзеге асады. Біріншісі деректер қоры түрінде ұйымдастырылады, ал екіншісі – бағдарлама түрінде. Бағдарламаның өзі пайдаланушының сұранысы бойынша автоматты түрде генерациялануы мүмкін (мысалы, SQL немесе QBE сұраныстарын жүзеге асыру). Бағдарлама мен деректер қоры арасындағы келістіруші болып деректерге кіруге мүмкіндік бағдарламалық құралы – деректер қорын басқару жүйесі (ДҚБЖ) табылады.

Бағдарлама құрылымын талдау операционды білім бағдарламасынан (деректерді өзгерту ережелері), декларативті түрде түрлі есептер үшін ортақ білімдер бірліктерін сақтайтын білімдер қорына көшуге мүмкіншілік бар екенін көрсетеді. Басқару құрылымы есептерді шешудің әмбебап механизмінің (шығару механизмі) есептің нақты қойылымына (мақсат пен бастапқы шарттар сұранысында қалыптасқан) байланысты білімдер бірліктерін орындалатын тізбектерге (генерацияланатын алгоритмдер) біріктіретін сипаттамасына ие болады. Осындай АЖ білімдерді өңдеуге (БҚЖ – Knowledge Base (Based) Systems) негізделген жүйелерге айналады.

Интелектуалды ақпараттық жүйелердің дамуы өзіндік жүйешелерге бөліну (репозиторий метабілім), операциялық-фактуалды білімді шығылдыратын модель проблемалық облыста құрылымы сипаттайды. Мұндай жүйелерде және программалар, деректердің құрылымы, репозиториядан сипатталған, проблемалық облысында әрқашан модельді өзгерткен кезде генерацияланады немесе білімдер бірлігінен құрастырылады. ИАЖ деп атаймыз, метабілімді өңдейтін, модельде негізделген жүйелер.

Білімді ұсынатын декларативті модель ұсыныспен негізделеді, ұсыныс проблемасы қандай да бір проблемалар облысында тәуелсіз шешіледі, ондай білімдер кейін қолданылады.

Сондықтан модельекі бөліктен тұрады: білімнің статикалық сипатталатын құрылымы және қорытынды механизмі, мұндай құрылымдармен және практикалық тәуелсіз маңыздылықтың толықтығы.

Білімнің аспектісі синтактикалық және семантикалық болып бөлінетінің көрсету.

Декларативті модельде орындалатын процедуралар сипаттамасы жоқ.
Білімді ұсыну процедурасында поцедуралар болады-үлкен емес программаларда, анықталатын, спецификалық қимылды орындау.

Нақты жүйелерде білімді ұсыну элементтер және барлық модельдердің ұқсастығы қолданылады.

1. Логикалық модельдер

2. Желілік модельдер

3. Продукциялық модельдер

4. Фреймдік модельдер

5. Сценарий

6. білімдерді ұсынудың басқа әдістері (үлгілер арқылы білімдерді ұсыну, «хабарландыру тақтайларын қолданып)

Әдебиет [],[],[],[],[],[],[].

Логикалық әдістің талқылануы -бұл логиканың көз қарасы бойынша дұрыс нәтижелерді шығару.

Эвристикалық әдістің талқылануы – бұл дұрыс нәтижелердің шығару процесі, қандайда бір маманның пәндік облысында тәжірибесі арқылы дара құрылады, көп жылдардық тәжірибе арқылы жиналады.

Эвристикалық модельдің негізгі тағайындаулары:

соқыр іздеудің моделі,әдістің қателеріне және дәм татуына сүйенеді;

• 
  Соқыр іздеудің моделі, әдістің қателеріне және дәм татуына сүйенеді;
  
• 
  Лабиринтті модель, мұнда есептелетін есептер лабиринт сияқты қарастырылады, есептеуді іздеу процессі-лабиринта адасып жүргендей;
  
• 
  Құрылысты-семантикалық модель, қазіргі уақытта ең маңызды және есепке кіретін объектілерді семантикалық қатынастарды қайтарады.
  

Бұл қасиетте " шындықтың сақталуы " дұрыстық (сенімділік)критерилері пайда болады. Бірақ бұл жағдайда қорытындыны құру кезінде логика нақты процестен көңілі шығады.Қорытындыны іздеу кезіндегі әдістер, әртүрлі әдістердің (қуаттылығына байланысты)арақатынастары, қорытындыны құру кезінде нәтижелі құралдарды және олардың құрылуын байқайды. Логикалық жүйелерге процедуралардың толық асып кетуіжеткілікті, мысалы Британдық мұражайдың алгоритмі.

Ойша пайымдау-ойлаудың формасы, біреу арқылы бір немесе бірнеше пікірден жаңа пікір пайда болады.

Ереженің қатігезіне байланысты ойша пайымдаудың екі түрін айырады:

Демонстрациялық ( қажетті) және демонстрациялық емес ( шындық сияқты).

Демонстрациялық ойша пайымдау міндетті түрде нәтиже оларға посылкадан еретінімен сипатталады. Демонстрациялық емес ойша пайымдауда қорытындының ережесі саухаттан нәтиже болуын қамсыздандырады.

Индуктивті ойша пайымдау-ол ойша пайымдаудың мұндай формасы, белгінің тиесілі негізінде белгі кейбір класстардың жеке объектілеріне і қорытынды жасалады және оның тиесілі класстардың толық болуы.

Дедуктивті ойша пайымдау- ол ойша пайымдаудың мұндай формасы, тиесілі анықталған белгінің қорытындысы объектіге таза логикалық тәсілмен ( яғни логика заңымен) обектінің класстар жөнінде жалпы білім негізінде жүзеге асыру.

Аналогиядан ойша пайымдау- ол ойша пайымдаудың мұндай формасы, бірінші жекелеген объектінің ұқсастық негізінде маңызды шекараларда басқа яғни әйгілі жекелеген объектіге тиесілі анықталған белгі арқылы бірінші жекелеген объектіге қорытынды жасалады.

Жалғастырып тұратын немесе коньюктивті пікірді атайды, бірнеше қарапайым, логикалық байлаумен байламы «И».

Бөлінетін немесе дизъюнктивті пікірді айтады, бірнеше қарапайым, логикалық байлаумен байламы «ИЛИ».

Проблеманың шешімін іздеу аналогилық ізденіспен қосылады (абдуктивті қорытынды жекешеден жекешеге):

1. 
   ағымдағы поблема туралы толық ақпарат алу.
   
2. 
   білім базасынан оқиғаның белгі мағынасымен алынған ақпаратты салыстыру.
   
3. 
   білім базасынан оқиғаны таңдау, әбден жақын проблеманы анықтап қарау.
   
4. 
   қажеттілік кезінде таңдап алынған оқиға ағымдағы проблемаға адаптация орындалады.
   
5. 
   әрбір алынған шешімдерді әдепті тексеру.
   
6. 
   алынған шешімдерді білім базасына толық ақпарат еңгізу.
   

Эквивалентті пікірді атайды, құрама екі пікір жайында, екі шартты тәуелділікпен ( тізу және кері) байлаумен, көрсетілген логикалық байламмен «если и только если..., то...».

Білімді алу.

Деректен білімді тартып алу.

Эксперттік жүйелердін классификацисы кезінде проблемалар облысы класстар және есептің типі негізінде, зерттеу және проблемалық және заттық облыстардың есептелетін есептердің динамикалық позиция көмегімен мінезін бағалау маңызды, уақытша фактор және темпоральді ақпараттың маңызды болуы.

Яғни, заттық облыс және қоршап алған дүние жүзінің бастапқы ақпараты, есептелетін есеп негізінде, есептің есептелу кезінде өзгермейді, ондай проблемалық облысты статикалы заттық облыс деп атауға болады, Эксперттік жүйеде оның ұсынуы статикалық болады. Егер заттық облыс жайында ақпарат есептің есептелу кезінде өзгерсе, онда ондай проблемалық облысты динамикалық заттық облыс деп атауға болады.

Яғни, эксперттік жүйе статикалық проблемалық ортада, егер ол статикалық ұсынуда қолданылса және статикалық есептерді есептесе жұмыс істейді.Егер эксперттік жүйе динамикалық ұсынуда қолданылса немесе динамикалық есептерді есептесе, онда сәйкесінше ол динамикалық проблемалық ортада жұмыс істейді.

Динамикалық проблемалар ортасында уақыттын маңыздылығы эксперттік жүйелердің мұндай атауын, нақты өмірде жұмыс істейтін жүйелерді анықтады.

Мамандырылған жүйелер арасында, білім негізінде, ең мәнді нақты өмірде ЭЖ немесе динамикалық ЭЖ болып табылады. Мұндай жүйелерді зерттеу өткен ғасырдың 80-жылдардың ортасынан бастап келе жатыр.

Білімді тауып алу екі функция көмегімен іске асады: ақпаратты алу және оның систематизациясы. Білімді ұсынатын формалармен қолдану үшін жүйенің ішінде анықталады, оны қабылдануы тәуелді болады
Білім деңгейіне дейін ақпаратты формализациялау үшін жүйенің қандай мүмкіндіктері бар екенін. Егер үйренуші жүйенің ондай мүмкіндігі болмаса, адам ақпаратты формализациялауға дейін барлығын дайындап алуы керек, яғни машинаның логикалық шешімдерге қабілеттілігі неғұрлым жоғары болған сайын, адамның жұмысы азаяды. Оқытылатын жүйенің білім алуына қажетті функциялар жүйенің конфигурациясына байланысты ажыратылады. Білімдер инженериясының жүйесін қарастыруда 1.1 суретте көрсетілген конфигурациясы бар жүйе бар деп жобаланады. Ол конфигурацияның білім базасы және бұл білімдерді есептерді шешуде пайдаланатын логиклық шешімдер механизмі бар. Егер білімдер базасы оларды ұсыннудың стандартты формасы туралы білімдермен толықтырылып отырса, осы білімдерді де қолдануға болады. Сонымен, оқыту функциясынан сырттан алынған ақпаратты білімдерге түрлендіруге және олармен білім базасын толықтыру талап етіледі.

Сурет.1 Білімдерді өңдеу жүйесінің базалық құрылымы

Жүйенің түрлі, өзара қатты ажыратылатын форматтағы білімдерді қабылдау және формализациялауға деген қабілеттілігіне сүйенетін білім алу жүйелернің келесі классификациясын ұсынуға болады (2 сурет).

Сурет 2. Білім алу әдістерінің классификациясы.

Бұл жүйелердегі білім базасында жалпыланған жағдайлар сипаттамасын емес, жағдайлар мен прецеденттердің өзі болады.

Нейронды жүйелердің индуктивті қорытындының алдындағы артықшылығы мынада:

1) Классификациялық есептерді ғана емес, болжамдық есептерді шешуде. Кіріс және шығыс белгілернің функционалды тәуелділіктің сызықтық емес мінездемесінің мүмкіндігі әлдеқайда нақты классификацияларды құруға мүмкіндік береді.

2) Есептерді шешу процесі матрицлық түрлендірулерді өткізудің салдарынан өте тез өткізіледі. Шынында, индуктивті жүйелердегі тізбекті өту процесіне қарағанда нейрондық жүйе бойынша өтудің параллельді процессі имитацацияланады.

Прецеденттер, негізінде жылдам ізденіс индекстері құрылатын көптеген белгілер арқылы сипатталады. Бірақ өзге индуктивті жүйелерге қарағанда көптеген альтернативалар жиынына алуға нақты емес ізденіске жол беріледі. Прецеденты описываются множеством признаков, по которым строятся индексы быстрого поиска. Но в отличие от индуктивных систем допускается нечеткий поиск с получением множества допустимых альтернатив, каждая из которых оценивается некоторым коэффициентом уверенности. Әрі қарай сәйкес келетін шешімдерді арнайыалгоритмдер бойынша нақты жағдайларға икемденеді. Жүйені оқыту әрбір жаңа өңделген жағдайды прецеденттер базасында қабылданған шешімдермен есте сақтап қалуға жетеді. Прецеденттерге негізделген жүйелер кеңейтілген мүмкіндіктері бар білімдерді кеңейту жүйелері ретінде немесе контекстті көмек жүйелеріндегідей қолданылады.

Интеллектуалды мәліметтер базасына қарағанда ақпараттық қойма мәліметтерді оперативті талдауға(OLAP –технологияларды жүзеге асыру) арналған, оперативті мәліметтер базасынан алынған мағыналы ақпараттың қоймасы болып табылады.
Интеллектуалдыжүйені жобалаудың бастапқы кезеңінде шешілетін мәселелер(берілген саладағы интеллектуалды жүйенің жобалануы қойылған мақсатқа сай болуы туралы сұрақ жөнінде оң шешім қабылданған жағдайда ғана):

1 проблемды аймақты изучение проблемной области (объект, есептер, мақсаттар), яғни «МБ нені бейнелеу керек» және «не үшін бейнелеуі керек»

2 «мән» ұғымын зерттелетін мәселелі аймақтың шеңберінде анықтауопределение понятия «знание» в контексте исследуемой проблемной области

3 білім көздерін анықтау, олармен активті және көп күш жұмсауды қажет ететін жұмыс жасау

4 есепті шешу үшін қажетті ақпарат түрлерін анықтау

5 мәселелі аймақты зерттеу және білімдерді құрылымдау әдісін және шешімдерді іздеу әдісін (шығару механизмін) таңдау мақсатымен шешімдерді іздеу кеңістігінің білімінің мінездемесі негізінде баға беру

6 білімдерді құрылымдау әдісін анықтау, яғни «білімдерді қандай түрде ұсыну»

7 білімдерді ұсыну әдісін таңдау

8 МБ құрылымын анықтау

9 МБ құрылымдық бөліктерінің өзара әрекеттесуінің, сонымен бірге оның шешімдерді іздеу процесінде интеллектуалды ШҚЖ басқа компоненттерімен әрекеттесуінің мінездемесін анықтау;

10 МБ толтыру процесіне дайындық.

Қазіргі кезде ЭЖ жобалаудың анықталған технологиясы пайда болды. Оның келесі алты кезеңнен тұрады: идентификация, концептуализация, формализация, орындау, тестілеу және тәжірибелі эксплуатация.

На этапе Концептуализация кезеңінде мәселелі аймақтың талдауы өткізіледі, қолданылатын ұғымдар мен өзара байланыстары анықталады, есептердішешудің әдістері таңдалады. Бұл кезең пәндік аймақтың (ПӘ) моделін жасаумен аяқталады.

В ходе данного этапа Тестілеудің берілген кезеңінде ЭЖ-де білімдерді жалпы ұсынудың таңдалған әдісін бағалау жүзеге асырылады. Бұл үшін білім инженері жобаланған ЭЖ барлық мүмкіндіктерін тексеруді қамтамасыз ететін мысалдарды таңдайды. Жүйе жұмысында болатын қателердің негізгі көздері: тестілік мысалдар, енгізу-шығару, шығару ережелері, басқарушы стратегиялар