Практична робота на тему Технологія експертних систем

ПРАКТИЧНА РОБОТА

Тема: Технологія експертних систем.                 

Мета: показати можливість внесення елементів штучного інтелекту в електронні таблиці і їхню роль у практичній реалізації систем-консультантів на робочому місці кінцевого користувача.

Завдання: На основі звіту підприємства, використовуючи створену ЕІС, зробити висновок про стабільність підприємства.

Короткі теоретичні відомості

Перед прийняттям багатьох управлінських рішень необхідно швидко розрахувати та оцінити цілий ряд аналітичних коефіцієнтів (частки валового прибутку, чистого прибутку, експлуатаційних витрат, відшкодувань і знижок і ін.) по оперативним даним і звітам про результати. Тому на робочих місцях управлінців поширюються системи штучного інтелекту (СШІ), що імітують на комп'ютері процеси мислення й прискорюють їх.

СШІ — це складна програмна система, що імітує на комп'ютері мислення людини (маніпулює знаннями)  з метою одержання задовільного й ефективного рішення у вузькій предметній області.

Штучний інтелект додає комп'ютеру риси розуму. Методи штучного інтелекту засновані на структуризації систем прийняття рішень.

Системи виконують у таких випадках роль експертів-консультантів, оскільки побудовані на знаннях компетентних експертів і мають компетентність (штучно відтворюють компетентність експертів).

Для представлення структурованих знань використовуються в основному три методи:

правила, семантичні мережі і фрейми. Можливе сполучення різних методів, при якому виникають так називані гібридні СШІ.

Основними структурними елементами СШІ є правила (у них виражені знання) і факти (їхній оцінюють за допомогою правил). Найчастіше в управлінській практиці правила бувають виведеними емпірично із сукупності фактів, а не шляхом математичного чи аналізу алгоритмічного рішення. Такі правила називають евристиками.

Правило має наступну структуру: ЯКЩО <умова>, ТО <висновок>.

Обидві частини правила виражені символами. У теорії баз знань ця конструкція зветься правила-продукції.

Знання - це інформація, необхідна програмі, щоб вона поводилася "інтелектуально".

Виділені знання про предметну область називають базою знань, у той час як загальні знання, використані в конкретної СШІ для знаходження рішень, називають механізмом виведення (під терміном "виведення" тут мається на увазі виведення логічних висновків).

За аналогією з базою знань назвемо базою фактів сукупність фактів (оцінюваних за допомогою знань).

В узагальненій концептуальній структурі СШІ можна виділити три головних елементи: базу фактів, базу знань, механізм висновку, вікно висновку (для розміщення логічного висновку на екрані).

Експертна система (ЕС) - це СШІ, що використовує знання для  управління. Експертні знання в ЕС виділені у відособлену базу знань і отримані від експерта - людини, що за роки навчання і практики навчився надзвичайно ефективно вирішувати задачі, що відносяться до такої області. Інструментальними засобами побудови ЕС служать мова програмування і підтримуючий пакет програм, використовувані при створенні ЕС.

ЕС являють собою реальний практичний додаток штучного інтелекту. ЕС - це заснована на знаннях вузької професійної області інформаційна система, що виконує роль експерта-консультанта для кінцевих користувачів з метою забезпечення високоефективного рішення задач. Ресурсними компонентами ЕС є апаратні, програмні і людські ресурси.

Апаратні ресурси складаються з автономних мікрокомп'ютерних систем, а також мікрокомп'ютерних робочих станцій і терміналів, приєднаних до минікомп'ютерам чи великих ЕОМ за допомогою телекомунікаційної мережі.

Програмні ресурси - це механізм висновку, а також інші програми для роботи зі знаннями і для зв'язку з кінцевими користувачами. Програми одержання знань не є частиною експертної системи, а є програмними засобами тільки для розробки бази знань. Зручними засобами розробки ЕС є програми-оболонки експертних систем. Великі практичні можливості кінцевим користувачам і експертам у створенні ЕС надають  електронні таблиці (EXCEL, LOTUS 1-2-3 і ін.), які  також називають  обмеженими генераторами підтримки прийняття рішень, оскільки вони надають користувачу кілька основних аналітичних інструментів ("якщо, то", кореляційно-регресійний і деякі інші види статистичного аналізу, оптимізацію, побудову й аналіз трендів).

Людські ресурси. Коли створюється велика ЕС, то база знань і процес експертизи

звичайно проектуються інженером по знаннях з фактів і правил, наданих експертом. Інженер по знаннях - це професіонал, що працює з експертами в пошуку знань (фактів і евристик), що вони обробляють. Інженер по знаннях будує базу знань (а при необхідності і всю ЕС) і повинний уміти працювати з експертами в багатьох предметних областях. Експерти і кінцеві користувачі можуть бути і самі собі інженерами по знаннях, якщо уміють використовувати програмні оболонки ЕС чи інтелектуальні можливості електронних таблиць.

За сферами використання ЕС їх можна розділити на виробничі й управлінські. Виробничі ЕС дають експертний висновок по керуванню виробничими процесами, управлінські - допомагають управлінцям приймати рішення. Особливо ЕС ефективні при рішенні аналітичних задач.

Відомі 10 напрямів застосування ЕС в управлінській діяльності:  

1. Інтерпретація - опис ситуації за інформацією, що надходить від датчиків фактів.

2. Прогноз - визначення ймовірних наслідків ситуацій. Системи прогнозування іноді використовують імітаційне моделювання -програми, що відбивають причинно-наслідкові зв'язки на основі яких по значенням даних, що вводиться, генеруються різні ситуації. Для цих цілей в економічному аналізі поряд зі спеціальними програмами можна використовувати електронні таблиці, що відтворюють в електронній моделі арифметичні і логічні взаємозв'язки показників. Відповідно до значення показника та його зміни  можна зробити певний висновок.

3. Діагностика - виявлення причин неправильного функціонування системи на основі результатів спостережень.

4. Проектування – створення проекту з наперед визначеним кінцевим результатом при заданих умовах.

5. Планування - визначення послідовності дій, які дадуть можливість досягнути поставлену мету.

6. Спостереження - фіксація параметрів процесу та визначення їх відхилення від запланованих.

7. Аналіз – вироблення вказівок щодо виправлення відхилення від запланованого функціонування системи.

8. Регулювання – практична реалізація послідовності запропонованих вказівок щодо відновлення функціонування системи.

9. Навчання – визначення існуючого стану системи, її організація і спрямування на оволодіння певним об’ємом знань, умінь, навичок, переконань, стилем поводження.

10. Управління - управління функціонуванням об’єкта  як цілісною системою.

Експертні системи відносяться до систем підтримки прийняття рішень (СППР), заснованим на знаннях. Традиційні СППР універсальні і застосовуються для рішення унікальних проблем у різних предметних областях, а ЕС дають відповіді на питання у вузькій предметній області і роблять висновки, що міг би зробити людина-професіонал високої кваліфікації. Інтеграція традиційної СППР із ЕС утворить більш складну структуру - так називану експертну систему підтримки прийняття рішень (ЕСППР). Така система, виходячи з загальних вимог до ЕС, повинна надавати крім порад кінцевому користувачу ще і універсальні засоби вільного моделювання.

Поряд з могутніми інтегрованими ЕС електронні таблиці дозволяють кінцевому користувачу самостійно доповнити дані своїх таблиць (базу фактів) елементами штучного інтелекту (базою знань, механізмом висновку та інтерфейсом користувача).

У технологічному аспекті процес побудови ЕС в середовищі електронних таблиць кінцевим користувачем передбачає:

1) постановку мети управління (кінцевий результат, на який спрямовані інтелектуальні зусилля людини);

2) збір і збереження фактів (база даних) про об'єкт;

3) спрощення фактів і застосування до них визначеної структурованої групи правил їхньої оцінки (база знань);

4) отримання висновку про можливі варіанти дій у даній ситуації.

Комп'ютер може ефективно підтримувати 2, 3 і 4 етапи, якщо управлінець ввів у базу знань правила оцінки ситуації і створив механізм висновку.

Інтелектуалізація електронних таблиць як сховищ головних економічних даних про об'єкт керування дозволяє після введення числових даних у таблицю автоматично одержувати в ній не тільки числовий результат, але і символьну оцінку ситуації, одночасно виконуючи імітаційне моделювання (програвання) можливих ситуацій.

Досвід побудови інтелектуальних електронних таблиць засобами Lotus 1-2-3, QuattroPro, EXCEL дозволяє виділити в цьому процесі наступні етапи:

Дані про об'єкт керування зберігають у форматах електронних таблиць, куди звичайним чином уводять формули розрахунку аналітичних показників, що автоматично перераховуються, якщо змінюють вихідні дані. Це забезпечує роботу з принципу "що, якщо" (у кількісному, числовому представленні).

Для переходу до якісних оцінок фахівець застосовує процедуру спрощення фактів і формулює правила оцінки ситуації, орієнтуючись на головні показники. Місце кожного показника в таблиці задано адресою клітки, тому особливих сховищ для головних фактів і особливих запитів для їхнього одержання не потрібно. Менеджер зводить правила міркувань про факти в окрему чи ділянку окремий лист таблиці (базу знань). База знань є тут інформаційним об'єктом,, виділеним у самостійний блок і схованим.

У структурі правила виділяються дві клітки (два блоки): ЯКЩО <умова>, ТО <висновок>. Обидві частини правила виражені символами. Кожен рядок у базі знань являє собою одне правило. В електронній таблиці одне правило займає мінімум два стовпці. Наприклад, у стовпці "ЯКЩО" зберігається фраза "Коефіцієнт співвідношення позикових і власних засобів перевищує одиницю при низької оборотності", а в стовпці "ТО" - "Фінансова автономність і стійкість критична". Уміст клітки "ТО" повинне виводитися як висновок, а клітки "ЯКЩО" - як пояснення. Частина "ТЕ" може бути розширена шляхом додавання в ту ж клітку тексту чи рекомендацій можливих альтернативних рішень. Правила можна редагувати (обновляти, розширювати, видаляти), однак це повинно бути доступно тільки кваліфікованому чи користувачу експерту.                                              

Кожне правило повинне виявляти себе тільки при виконанні умов, перерахованих у частині "ЯКЩО". Це забезпечується введенням логічних формул в окрему зону таблиці, називану вікном висновку. Постійним умістом вікна висновку є формули з використанням функції IF, у сукупності утворюючі механізм висновку. Користувач створює його, орієнтуючись на адреси (чи імена) головних показників і адреса (чи ім'я) правила в блоці бази знань. Замість реальних адрес краще використовувати імена кліток, наприклад, Прибуток, Запаси, ... і т.п.. При цьому можна будувати дуже складні і прозорі для розуміння логічні конструкції, перевіряючи одночасно кілька різних умов для висновку одного висновку. Механізм висновку надійно працює при будь-яких числових значеннях фактів, миттєво виводячи з бази знань на екран відповідні їм висновку в текстовому виді.

Описана технологія створення ЕС кінцевими користувачами може ефективно застосовуватися в економічному аналізі.

Висновки

1. СППР є головною категорією управлінських інформаційних систем. Інтеграція ЕС і СППР стане ведучою характеристикою ІС майбутнього, підсилить рівень комп'ютеризації за підтримкою прийняття рішень, полегшить розробку експертних систем кінцевими користувачами-експертами.

2. Експертні системи допомагають компаніям фіксувати коштовні знання провідних спеціалістів (експертів), перш ніж вони залишать організацію. Цьому сприяє новий напрямок "бізнес-процес-реінжиніринг" (перепроектування бізнесів-процесів). Зібрана інформація може розділятися на кілька програмних продуктів і баз знань, а також може відтворюватися в різних місцях і цілях (тренування новачків, надання їм копій експертної системи, розподіл по організації). Ефективне використання ЕС може дозволити фірмі побудувати базу знань стратегічних інформаційних ресурсів.

3. Найпростіший тип експертних систем заснований на представленні знань у виді правил, сприйманих кінцевим користувачем легко й інтуїтивно.

4. Специфічними структурними компонентами ЕС, що засновані на правилах, є база фактів, база знань, механізм висновку, вікно висновку. Усі ці компоненти повинні керуватися через користувальницький інтерфейс. Ресурсними компонентами ЕС є апаратні ресурси (комп'ютер), програмні ресурси, людські ресурси (носії знань).

5. База знань - це набір правил предметної області, згрупованих у формі тверджень.

6. Правила в ЕС називають продукціями, правилами чи рішень правилами IF-THEN. У базі знань правила групуються по призначенню. Наприклад, група правил для оцінки платоспроможності, група правил для оцінки рентабельності і т.п. Правила приймають форму передумови і висновку:  ЯКЩО (умова), ТО (висновок), чи ЯКЩО (ситуація), ТО (дія).

7. Пакет електронної таблиці не відноситься до класу спеціальних засобів побудови СШІ, однак використовується на практиці як обмежений генератор підтримки прийняття рішень.

8. Інтелектуалізація електронних таблиць (як сховищ головних економічних фактів об'єкта керування) дозволяє після введення числових даних у таблицю автоматично одержувати в ній не тільки числовий результат, але і символьну оцінку ситуації, виконуючи також імітаційне моделювання (програвання) можливих ситуацій.

Хід виконання роботи

1. У середовищі MS Excel створити таблицю “Експертна інформаційна система” за поданим нижче зразком.

2. В окремих стовпцях таблиці створити базу даних, ввівши в клітинки відомості про певну предметну область.

3. В інших стовпцях таблиці створити базу знань, ввівши в клітинки формулу, за допомогою якої будуть здійснюватися розрахунки коефіцієнтів. 

Коефіцієнт покриття (інші найменування цього коефіцієнта - коефіцієнт загальної ліквідності, коефіцієнт поточної ліквідності). Він дає загальну оцінку ліквідності активів, показуючи, скільки гривень поточних активів підприємства припадає на одну гривню поточних зобов'язань. Якщо поточні активи перевищують за величиною поточні зобов'язання, підприємство може розглядатися як таке, що успішно функціонує. Коефіцієнт розраховується за формулою:

Оборотні активи + Витрати майбутніх періодів

(ряд.260 + ряд.270)

Коефіцієнт покриття=__________________________________

Поточні зобов’язання + Доходи майбутніх періодів

(ряд.620 + ряд.630)

Коефіцієнт покриття, що

• дорівнює 2 (або 2 : 1), свідчить про можливість підприємства погашати поточні зобов'язання;

• знаходиться в межах 1 -1,5 свідчить про те, що підприємство своєчасно погашає борги;

• дорівнює 1 це критичне значення коефіцієнта покриття;

• при значенні коефіцієнта покриття менше 1 підприємство має неліквідний баланс.

Коефіцієнт швидкої ліквідності. На відміну від попереднього, він ураховує якість оборотних активів і є більш суворим показником ліквідності, оскільки при його розрахунку враховуються найбільш ліквідні поточні активи (запаси не враховуються). "Швидкий" коефіцієнт розраховується за такою формулою: 

(Оборотні активи - Виробничі запаси - Запаси товарів)+ Витрати майбутніх періодів

(ряд.260- ряд.100- ряд.140) + ряд.270

Коефіцієнт швидкої ліквідності = _________________________

Поточні зобов’язання+Доходи майбутніх періодів

(ряд.620 + ряд.630)

Коефіцієнт абсолютної ліквідності. Показує, яка частина поточних (короткострокових) зобов'язань може бути погашена негайно. Коефіцієнт розраховується за формулою 

Грошові кошти в нац валюті + Грошові кошти в іноз. валюті                         (ряд.230+ ряд.240)

Коефіцієнт абсолютної ліквідності = ______________________

Поточні зобов’язання+Доходи майбутніх періодів

(ряд.620 + ряд.630) 

4. В окремих стовпчиках таблиці створити механізм висновку та вікно висновку: за допомогою логічної функції «Если» виконується умова, «То» - логічний висновок, якщо не виконується умова, то інший логічний висновок.

5. Використовуючи умовне форматування, передбачити виведення висновку «Підприємство не ліквідне» - червоним кольором, а «Підприємство ліквідне» - зеленим кольором.

6. Використовуючи створену ЕС та змінюючи значення економічних показників, зробити висновок при яких значеннях можлива стабільна робота підприємства і записати його в окреме вікно з коментарем Рекомендації.

7. На основі звіту підприємства, використовуючи створену ЕС, зробити висновок про стабільність підприємства.

8. Опишіть структуру експертної системи, яка б давала текстову оцінку навчальної діяльності студента та визначала  рівень його стипендії.

Контрольні питання

Самостійно побудуйте засобами EXCEL інтелектуальну електронну таблицю, що дає миттєву текстову оцінку платоспроможності, рентабельності, чи іншого найважливішого економічного показника.

З повагою ІЦ "KURSOVIKS"!