Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• Теоретическая часть
• 1.1 Структура экспертной системы
• 1.2 Описание предметной области
• 2. Практическая часть
• 2.1 Обоснование выбора платформы для разработки
• 2.1.1 Объектно-ориентированный подход
• 2.1.2 Мощный инструментарий
• 2.1.3 Разделение кода
• 2.1.4 Поддержка языков высокого уровня
• 2.1.5 Visual Studio
• 2.1.6 Язык программирования C#
• 2.2 Обоснование выбора языка программирования
• 2.3 Алгоритм работы экспертной системы
• 2.4 Реализация пользовательского интерфейса
• 2.5 Результат работы экспертной системы
• Заключение
• Список используемых источников
• Приложение. Исходный код программы

Введение

Экспертная система - компьютерная программа, способная частично заменить специалиста-эксперта в разрешении проблемной ситуации. ЭС начали разрабатываться исследователями искусственного интеллекта в 1970-х годах, а в 1980-х получили коммерческое подкрепление.

В информатике экспертные системы рассматриваются совместно с базами знаний как модели поведения экспертов в определенной области знаний с использованием процедур логического вывода и принятия решений, а базы знаний - как совокупность фактов и правил логического вывода в выбранной предметной области деятельности.

Классификация и виды экспертных систем

Для классификации ЭС используют следующие признаки:

Способ формирования решения;

Способ учета временного признака;

Вид используемых данных;

Число используемых источников решения знаний.

По способу формирования решения ЭС можно разделить на анализирующие и синтезирующие. В системах первого типа осуществляется выбор решения из множества известных решений на основе анализа знаний, в системах второго типа решение синтезируется из отдельных фрагментов знаний. В зависимости от способа учета временного признака ЭС делят на статические и динамические. Статические ЭС предназначены для решения задач с неизменяемыми в процессе решения данными и знаниями, а динамические ЭС допускают такие изменения.

По видам используемых данных и знаний различают ЭС с детерминированными и неопределенными знаниями. Под неопределенностью знаний и данных понимаются их неполнота, ненадежность, нечеткость. ЭС могут создаваться с использованием одного или нескольких источников знаний.

Область применения экспертных систем

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.

Данные и знания надежны и не меняются со временем.

Пространство возможных решений относительно невелико.

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.

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

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

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

математических, решаемых обычным путем формальных преобразований и процедурного анализа;

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

задач, знания о методах решения которых отсутствуют (невозможно строить базу знаний).

Области применения систем, основанных на знаниях, могут быть сгруппированы в несколько основных классов: медицинская диагностика, контроль и управление, диагностика неисправностей в механических и электрических устройствах, обучение.

Прогнозирование.

Прогнозирующие системы предсказывают возможные результаты или события на основе данных о текущем состоянии объекта. Программная система "Завоевание Уолл-Стрита" может проанализировать конъюнктуру рынка и с помощью статистических методов алгоритмов разработать для вас план капиталовложений на перспективу. Она не относится к числу систем, основанных на знаниях, поскольку использует процедуры и алгоритмы традиционного программирования. Хотя пока еще отсутствуют ЭС, которые способны за счет своей информации о конъюнктуре рынка помочь вам увеличить капитал, прогнозирующие системы уже сегодня могут предсказывать погоду, урожайность и поток пассажиров. Даже на персональном компьютере, установив простую систему, основанную на знаниях, вы можете получить местный прогноз погоды.

Планирование.

Планирующие системы предназначены для достижения конкретных целей при решении задач с большим числом переменных. Дамасская фирма Informat впервые в торговой практике предоставляет в распоряжении покупателей 13 рабочих станций, установленных в холле своего офиса, на которых проводятся бесплатные 15-минутные консультации с целью помочь покупателям выбрать компьютер, в наибольшей степени отвечающий их потребностям и бюджету. Кроме того, компания Boeing применяет ЭС для проектирования космических станций, а также для выявления причин отказов самолетных двигателей и ремонта вертолетов. Экспертная система XCON, созданная фирмой DEC, служит для определения или изменения конфигурации компьютерных систем типа VAX и в соответствии с требованиями покупателя. Фирма DEC разрабатывает более мощную систему XSEL, включающую базу знаний системы XCON, с целью оказания помощи покупателям при выборе вычислительных систем с нужной конфигурацией. В отличие от XCON система XSEL является интерактивной.

Интерпретация.

Интерпретирующие системы обладают способностью получать определенные заключения на основе результатов наблюдения. Система PROSPECTOR, одна из наиболее известных систем интерпретирующего типа, объединяет знания девяти экспертов. Используя сочетания девяти методов экспертизы, системе удалось обнаружить залежи руды стоимостью в миллион долларов, причем наличие этих залежей не предполагал ни один из девяти экспертов. Другая интерпретирующая система- HASP/SIAP. Она определяет местоположение и типы судов в тихом океане по данным акустических систем слежения.

Системы, основанные на знаниях, могут применятся в качестве интеллектуальных систем контроля и принимать решения, анализируя данные, поступающие от нескольких источников. Такие системы уже работают на атомных электростанциях, управляют воздушным движением и осуществляют медицинский контроль. Они могут быть также полезны при регулировании финансовой деятельности предприятия и оказывать помощь при выработке решений в критических ситуациях.

Теоретическая часть

1.1 Структура экспертной системы

Типичная статическая ЭС состоит из следующих основных компонентов (рисунок 1):

решателя (интерпретатора);

рабочей памяти (РП), называемой также базой данных (БД);

базы знаний (БЗ);

компонентов приобретения знаний;

объяснительного компонента;

диалогового компонента.

База данных (рабочая память) предназначена для хранения исходных и промежуточных данных решаемой в текущий момент задачи. Этот термин совпадает по названию, но не по смыслу с термином, используемым в информационно-поисковых системах (ИПС) и системах управления базами данных (СУБД) для обозначения всех данных (в первую очередь долгосрочных), хранимых в системе.

База знаний (БЗ) в ЭС предназначена для хранения долгосрочных данных, описывающих рассматриваемую область (а не текущих данных), и правил, описывающих целесообразные преобразования данных этой области.

Решатель, используя исходные данные из рабочей памяти и знания из БЗ, формирует такую последовательность правил, которые, будучи примененными к исходным данным, приводят к решению задачи.

Компонент приобретения знаний автоматизирует процесс наполнения ЭС знаниями, осуществляемый пользователем-экспертом.

Объяснительный компонент объясняет, как система получила решение задачи (или почему она не получила решение) и какие знания она при этом использовала, что облегчает эксперту тестирование системы и повышает доверие пользователя к полученному результату.

В режиме консультации общение с ЭС осуществляет конечный пользователь, которого интересует результат и (или) способ его получения. Необходимо отметить, что в зависимости от назначения ЭС пользователь может не быть специалистом в данной проблемной области (в этом случае он обращается к ЭС за результатом, не умея получить его сам), или быть специалистом (в этом случае пользователь может сам получить результат, но он обращается к ЭС с целью либо ускорить процесс получения результата, либо возложить на ЭС рутинную работу). В режиме консультации данные о задаче пользователя после обработки их диалоговым компонентом поступают в рабочую память. Решатель на основе входных данных из рабочей памяти, общих данных о проблемной области и правил из БЗ формирует решение задачи. ЭС при решении задачи не только исполняет предписанную последовательность операции, но и предварительно формирует ее.

Рисунок 1 - Структура статической ЭС

1.2 Описание предметной области

Для создания экспертной системы была выбрана тема определения оптимального вида спорта для человека.

Во всём мире люди по-разному относятся к спорту. Одни очень прохладно относятся к спорту и некоторые даже считают его бесполезной тратой времени. Другие люди видят смысл спорта и их, к счастью, больше чем первых. Причём каждый из них может иметь разное отношение к спорту: кто-то предпочитает смотреть его по телевизору, кто-то предпочитает просто заниматься каким-либо видом спорта или общефизической подготовкой, ну а для кого-то спорт - это средство существования. Среди последних могут быть действующие спортсмены, тренеры, врачи, директоры различных спортивных обществ, попечители спорта и др.

Хотелось бы отметить, что наиболее полезным для человека, да и для общества является именно занятие спортом на любом уровне. Во многом это обусловлено тем, что человечество, не смотря на научные прогрессы, деградирует сам по себе, конечно, при этом в определённых качествах он растёт. Человек старается упростить себе жизнь. Физический труд для человека перестаёт иметь значение в связи с развитием техники. Человек постепенно теряет те качества, в основном физические, которыми его наградил Бог. Человек по сравнению со своими далёкими предками становится более дряхлым и здесь ещё ко всему прочему на него очень плохо могут влиять такие соблазны, как спиртное, табак и наркотики. Крайне нежелательно поддаваться этим соблазнам, а особенно наркотикам. И в этом замечательную роль для человека может сыграть занятие спортом, т.к. он прямо противоположен этим злым факторам и спокойно может служить той альтернативой, которая не даст человеку стать алкоголиком, курильщиком и наркоманом.

2. Практическая часть

2.1 Обоснование выбора платформы для разработки

2.1.1 Объектно-ориентированный подход

Платформа.NET изначально строится на принципах объектно-ориентированного программирования.

2.1.2 Мощный инструментарий

Поставляемая вместе со средой библиотека базовых классов обладает достаточным функционалом для решения задач практически любой сложности.

2.1.3 Разделение кода

В .NET способ разделения кода между приложениями значительно отличается от предшествующих реализаций за счет использования сборок. Сборки обладают формальными средствами для управления версиями и допускают одновременное существование рядом нескольких различных версий сборок.

2.1.4 Поддержка языков высокого уровня

Это свойство благоприятно сказывается на удобстве использования, быстроте написания и читабельности кода, что крайне важно для последующей поддержки программы.

2.1.5 Visual Studio

Среда разработки Visual Studio, поставляемая вместе с.NET, предоставляет необходимый инструментарий для эффективного и быстрого создания приложений с графическим интерфейсом.

2.1.6 Язык программирования C#

Появление технологии.NET повлекло за собой массовую реконструкцию некоторых языков программирования, стремящихся использовать те или иные возможности платформы, такие как C++ и Visual Basic. Microsoft решили предложить разработчикам альтернативу - язык, ориентированный специально.NET и создали C#. Сами разработчики языка описывают его, как простой, современный, объектно-ориентированный и безопасный язык программирования. Синтаксически C# напоминает C++ и Java, что позволило программистам за достаточно короткое время изучить тонкости нового языка.

Несмотря на то, что C# и.NET предназначены в первую очередь для веб-разработки, их также активно применяют для создания приложений, которые должны устанавливаться на машине конечного пользователя, где и будет выполняться вся обработка данных. Разработку таких приложений обеспечивает библиотека Windows Forms, позволяющая проектировать графический интерфейс. Система, описанная в данной работе, разработана именно с помощью библиотеки Windows Forms.

2.2 Обоснование выбора языка программирования

- Язык программирования C# претендует на подлинную объектную ориентированность.

- Язык программирования C# призван реализовать компонентно-ориентированный подход к программированию, который способствует меньшей машинно-архитектурной зависимости результирующего программного кода, большей гибкости, переносимости и легкости повторного использования программ.

- Принципиально важным отличием от предшественников является изначальная ориентация на безопасность кода.

Расширенная поддержка событийно-ориентированного программирования.

- Язык программирования C# является "родным" для создания приложений в среде Microsoft .NET, поскольку наиболее тесно и эффективно интегрирован с ней.

2.3 Алгоритм работы экспертной системы

При инициализации системы загружается файл с вопросами question.xml. При старте тестирования программа поочередно перебирает вопросы из файла выводя содержимое на экран. Вопросы разделены на 10 групп: "power", "speedpower", "run","fight", "game", "sologame", "coord", "techo", "intel" и "basic". Каждый ответ в свою очередь имеет атрибут "health" со значением от -4 до 4, который накапливаясь, определяет дальнейший выбор группы.

После того как пользователь ответит на вопросы из базовой группы, программа на основании накопленных балов выберет соответствующую группу и следующие вопросы будут поступать из нее.

Аналогично происходит выбор конкретных видов спорта. Отвечая на вопросы внутри группы, пользователь добавляет или отнимает балы в пользу того или иного варианта. Эти баллы также играют роль коэффициента "уверенности" на экране результатов.

2.4 Реализация пользовательского интерфейса

Пользовательский интерфейс базируется библиотеке Windows Forms, входящей в состав фреймворка .NET.

При старте системы пользователь видит приветственное сообщение, в правом нижнем углу расположена кнопка "Далее", по нажатию на которую начинается тестирование.

На следующем шаге в окне программы выводится вопрос и список доступных вариантов ответа. После выбора программа переходит к следующему вопросу, до тех пор, пока список не подойдет к концу. После чего система выводит результаты тестирования в формате перечня наиболее подходящих видов спорта с указанием коэффициентов уверенности.

2.5 Результат работы экспертной системы

экспертный интерфейс алгоритм пользователь

Результаты работы экспертной системы представлены на скриншотах. Вопросы, задаваемые пользователю (рисунки 2, 3, 4). Для перехода к следующему вопросу используется кнопка "Далее". В конце тестирования появится копка "Показать результаты". После нажатия которой выведутся результаты тестирования (рисунки 5, 6).

Рисунок 2 - Приветственное сообщение

Рисунок 3 - Первый вопрос

Рисунок 4 - Тестирование пользователя

Рисунок 5 - Тестирование пользователя, последний вопрос

Рисунок 6 - Результат тестирования

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта была создана экспертная система для определения оптимального вида спорта. Таким цель и задача курсового проекта были выполнены.

В процессе выполнения данной курсовой работы были изучены среды разработки Visual Studio и интерфейс программирования приложений Windows Forms, а также общие принципы их взаимодействия. Так же были углублены знания языка объектно-ориентированного программирования C#. Были освоены принципы построения баз знаний.

Полученные в результате выполнения практические навыки и знания буду применены в будущих проектах.

Список используемых источников

1. Джарратано Д. Экспертные системы: принципы разработки и программирование / Д. Джарратано, Г. Райли. - М.: Вильямс, 2006. - 1152 с.

. Одинцов Б.Е. Проектирование экономических экспертных систем / Б.Е. Одинцов. - М.: ЮНИТИ, 1996.-166 с.

2. Бабэ, Бруно Просто и ясно о Borland C++; М.: БИНОМ, 1995. - 400 c.

3. Дейтел, Х.М.; Дейтел, П.Дж. Как программировать на С++; М.: Бином; Издание 4-е, 2005. - 390 c.

4. Джейсон, Прайс; Майк, Гандэрлой Visual C# .NET. Полное руководство; КОРОНА принт, 2004. - 960 c.

5. Нейгел, К. C# 2005 для профессионалов; Вильямс, 2006. - 763 c.

6. Рихтер, Джефри CLR via C#. Программирование на платформе Microsoft .NET Framework 2.0 на языке C#; Питер, 2007. - 656 c.

7. Робинсон, С.; Корнес, О.; Глинн, Д. и др. C# для профессионалов; М.: Лори, 2005. - 396 c.

8. Саттер, Герб Новые сложные задачи на C++; Вильямс, 2005. - 272 c.

9. Холзнер, С. Visual C++ 6. Учебный курс; Питер, 2001. - 576 c.

10. К. Нейлор. Как построить свою экспертную систему.- М.: Энегроатомиздат, 2007.

Приложение. Исходный код программы

Файл Form1.cs

// условия перехода в ту или иную группу

private void MakeGroupChoice()

{

if (health > 70)// если показатель больше 70

{

currentGroup = 0; // то результат относится к первой группе

}

else if (health > 60) // и так далее..

{

currentGroup = 1;

}

else if (health > 50)

{

currentGroup = 2;

}

else if (health > 40)

{

currentGroup = 3;

}

else if (health > 30)

{

currentGroup = 4;

}

else if (health > 20)

{

currentGroup = 5;

}

else if (health > 10)

{

currentGroup = 6;

}

else if (health > 0)

{

currentGroup = 7;

}

else if (health > -100)

{

currentGroup = 7;

}

questionEl = node.Document.Element("root").Element(groups[currentGroup]).Element("question");

}

// ---------------------------------------------------------------------------------------

// Функция вывода результата теста

//

private void ShowResult()

{

nextButton1.Visible = true;

nextButton1.Focus();

welcomeRichTextBox1.Visible = true;

exitButton1.Visible = true;

resultsButton1.Visible = false;

welcomeRichTextBox1.Text = "Вам подходит: \n";

// Значение currentGroup берется на 1 больше, чем следует, потому что мы уже фактически перешли

// к следующей группе, просто не показываем вопрос, а тормозим и выдаем результат

if (currentGroup == 1)

{

welcomeRichTextBox1.Text += "Бодибилдинг с уверенностью " + (float)first/100 + "\n";

welcomeRichTextBox1.Text += "Тяжелая атлетика, метание ядра и пауэрлифтинг с уверенностью " + (float)second / 100 + "\n";

}

else if (currentGroup == 2)

{

welcomeRichTextBox1.Text += "Плавание, дайвинг с уверенностью " + (float)first / 100 + "\n";

welcomeRichTextBox1.Text += "Скалолазание, альпинизм с уверенностью " + (float)second / 100 + "\n";

welcomeRichTextBox1.Text += "Гребля с уверенностью " + (float)third / 100 + "\n";

}

else if (currentGroup == 3)

{

welcomeRichTextBox1.Text += "Легкая атлетика, лыжный спорт с уверенностью " + (float)first / 100 + "\n";

welcomeRichTextBox1.Text += "Велоспорт с уверенностью " + (float)second / 100 + "\n";

welcomeRichTextBox1.Text += "Роликовый, коньковый спорт с уверенностью " + (float)(first+third) / 100 + "\n";

}

else if (currentGroup == 4)

{

welcomeRichTextBox1.Text += "Восточные боевые искусства с уверенностью " + (float)first / 100 + "\n";

welcomeRichTextBox1.Text += "Бокс, кикбоксинг с уверенностью " + (float)second / 100 + "\n";

}

else if (currentGroup == 5)

{

welcomeRichTextBox1.Text += "Футбол с уверенностью " + (float)first / 100 + "\n";

welcomeRichTextBox1.Text += "Хоккей с уверенностью " + (float)second / 100 + "\n";

welcomeRichTextBox1.Text += "Баскетбол с уверенностью " + (float)third / 100 + "\n";

}

else if (currentGroup == 6)

{

welcomeRichTextBox1.Text += "Теннис, бейсбол, бадминтон с уверенностью " + (float)first / 100 + "\n";

}

else if (currentGroup == 7)

{

welcomeRichTextBox1.Text += "бильярд, гольф, боулинг, стрельба, пейнтбол, фехтование с уверенностью " + (float)first / 100 + "\n";

}

else if (currentGroup == 8)

{

welcomeRichTextBox1.Text += "Парусный спорт с уверенностью " + (float)first / 100 + "\n";

welcomeRichTextBox1.Text += "Парашутный спорт с уверенностью " + (float)second / 100 + "\n";

welcomeRichTextBox1.Text += "Автогонки с уверенностью " + (float)third / 100 + "\n";

}

else if (currentGroup == 9)

{

welcomeRichTextBox1.Text += "Домино, карты с уверенностью " + (float)first / 100 + "\n";

welcomeRichTextBox1.Text += "Шахматы, шашки, го с уверенностью " + (float)second / 100 + "\n";

}

welcomeRichTextBox1.Text += "Вы можете продолжить тест нажав Далее\n";

first = 0;

second = 0;

third = 0;

if (currentGroup == 10)

{

nextButton1.Visible = false;

welcomeRichTextBox1.Text = "Вероятно, Вам следует попробовать укрепляющие виды спорта, такие, как йога, фитнесс, шейпинг и аэробика";

}

}

// ---------------------------------------------------------------------------------------

// Функция перехода к следующей группе

//

private void MoveToNextGroup(int skipResults)

{

if (skipResults != 1)

{

resultsButton1.Visible = true;

nextButton1.Visible = false;

}

if (currentGroup + 1 < groups.Count())

{

questionEl = node.Document.Element("root").Element(groups[++currentGroup]).Element("question");

}

else

{

++currentGroup;

ShowResult();

}

}

// ---------------------------------------------------------------------------------------

// Функция вывода очередного вопроса

//

private void ShowQuestion()

{

questionLabel1.Text = questionEl.Attribute("text"). Value;

if (radioButtons != null) // Если кнопки уже существуют

{

for (int j = 0; j != radioButtons.Count(); j++)

{

this.Controls.Remove(radioButtons[j]); // Удаляем предыдущие кнопки с панели

}

}

// Создаем новый набор кнопок

radioButtons = new System.Windows.Forms.RadioButton[questionEl.Elements().Count()];

int i = 0;

foreach (XElement element in questionEl.Elements())

{

radioButtons[i] = new RadioButton();

radioButtons[i].Text = element.Attribute("text").Value;

radioButtons[i].UseCompatibleTextRendering = true;

radioButtons[i].Width = this.Width - 58;

radioButtons[i].Height = 20;

radioButtons[i].Location = new System.Drawing.Point(58, 69 + i * 30);

this.Controls.Add(radioButtons[i]);

++i;

}

radioButtons[0].Checked = true;

}

Размещено на Allbest.ru

...