专家系统设计流程

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可重複使用的程式碼用在其他的應用程式 容易移轉到其他的硬體/軟體環境 容易與其他軟體連接 容易理解的程式碼 精確的 優雅的在知識的邊緣降低 可以嵌入其他語言的能力 驗證知識庫 解釋機制
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快速雛形設計
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商用品質設定—壓力測試
類別
大量運算
方法說明及範例
重複執行某項功能數 萬次 連續規則推論72小時
效果
驗證某些功能不會殘留一些額外的資訊於記憶體或硬 碟暫存檔案之中，在數次執行後可能因為記憶體空間 不足或是其他因素造成副作用。 驗證某些功能不會殘留一些額外的資訊於記憶體或硬 碟暫存檔案之中，在數次執行後可能因為記憶體空間 不足或是其他因素造成副作用。 在長時間運作的系統中，高溫工作的情況偶爾會發生， 可以測試在此環境中系統的表現。 檢查硬體系統是否有訊號不正常之情況發生。 檢查記憶體回復之情況是否如預期。 檢驗系統是否針對此類邏輯錯誤具判斷能力。
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Commercial Quality System (商用系統品質設定 商用系統品質設定) 商用系統品質設定 Maintenance and Evolution (系統維護與演進 系統維護與演進) 系統維護與演進
可行性研究
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□ 軟體工程和專家系統
問題
高花費的發展 過程 多樣性的發展過 程 程式設計師缺乏生產 力
軟體工程
文件 計畫、需求、 計畫、需求、 和設計 報告 排程 軟體生 命週期
產品
高花費的發展 過程 有成本效益 的 準時 容易維護和可精 良好的文件 進的
目標
圖 6-4 軟體工程的方法論
Inference Engine 推論引擎
錯誤發生在推論引擎，和其他的專家系 錯誤發生在推論引擎， 統工具軟體 由於不正確的規則優先權、規則的交互作 由於不正確的規則優先權、 用、和知識庫錯誤而導致的推論錯誤 由於不單調的推論而導致錯誤
Inference Chain 推論鏈
圖 6-3 專家系統主要的錯誤和起因
目標
決定是否值得去建立此系統，且是否要導入 專家系統技術 估計所需的人員、時間、資金、 軟體、 和 硬體等資源。如何取得和管理這些資源? 決定開發步驟中的工作項目和其順序 決定工作項目的開始和完成日期 根據所決定此系統的高階功能，定義什麼是 此系統該完成的。此工作決定此系統的目的
用高階的名詞來描述這些系統的功能如何達 成一個詳細的生命週期模型
線性模型在圖 6-7 包含從規劃到系統評估的步驟 描述在系統開發過程中哪些點的功能將被評估 驗證和證實步驟可以在開發過程中平行處理 重要的是根據相同的步驟程序來維護專家系統的品質
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知識底線
設計底線
產品底線
知識定義 規劃
來源定義 和選擇 擷取分析和 抽取
大量運算
惡劣環境 惡劣環境 不正常操作 規則迴圈
將軟硬體系統置於高 溫環境中 將軟硬體系統置於低 溫環境中 在操作過程中突然關 閉系統 (例如：A->B, B->C, C>A），造成規則迴圈 的特殊錯誤。
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遞送問題 (The Delivery Problem) 應該在早期開發過程中考慮 在標準硬體上執行 最好要考慮花費 考慮與其他程式的通訊和協調
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動機與問題確認
資料導向 (Data driven)
– – – – 由下而上專案 (Bottom-up project) 資料純化 (Data cleansing) 資料轉換 (Data transformation) 圖 6-13
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影響專家系統專案的因素
組織內部的影響
– – – – – – – – – 管理單位 決策者 使用單位 教育人事單位 軟體開發部門 客戶 供應商 協力廠商 政府主管機關
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組織外部的影響 組織外部的影響：
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系統可行性 確認 軟體規劃及需求 確認 產品設計 確認 細部設計 確認
生命週期--瀑布概念
發展 單元測試 整合 產品驗證
實施
圖 6-5 軟體生命週期的瀑布模型
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系統測試 使用及維護 重新確認
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3.Code-and-Fix 模型
– 指定開始及結束時間 – 解決同樣優先權之工作排程衝突
紀錄 (Chronicling)
– 監視專案效率
分析 (Analysis)
– 分析以上相關的工作項目
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(2)產品設定管理 (Product configuration management) 產品管理 (Product management)
如果沒有人使用， 這系統將是無用的
專案管理 （PROJECT MANAGEMENT）
工作項目管理 Activity Management
產品設定管理 Product Configuration Management
變異管理
資源管理 Resource Management
預測資源 需求
排程
分析
產品管理
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Feasibility Study (可行性研究 可行性研究) 可行性研究 Rapid Prototype (快速雛形設計 快速雛形設計) 快速雛形設計 Refined System (∝ - test) ∝ (調整修正系統 調整修正系統) 調整修正系統 Field Testable (β - test) β (導入領域測試 導入領域測試) 導入領域測試
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維護與演進 (Maintenance and Evolution)
比傳統程式更複雜 必須要有系統化和有效率的方法從使用者收集 問題回報 維護工作:
– 系統程式碼維護 – 系統功能維護 – 資料庫維護
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資料庫系統與專家系統的關係
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傳統軟體專案概念
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知識工程概念
問題(problem) = 資料(data) + 未知資訊(unknown information)
產生正規的工作規劃 一些文件集用來導引和評估開發流程 表 6-2
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工作項目
可行性評估 (Feasibility assessment) 資源管理 (Resource management) 工作項目 (Task phasing) 工作進度 (Schedules) 功能規劃 (Preliminary functional layout) 進階功能 (High-level requirements)
Expert 專家 Knowledge Engineer 知識工程師
專家的知識錯誤，例如不正確和不完整 專家的知識錯誤， 的知識 知識工程師和專家之間的語意錯誤 由專家那擷取出的知識不完整
Knowledge Base 知識庫
表格語法錯誤 表格語法錯誤 由於不正確、 不完整的知識，和不確定 由於不正確、 由於不正確 不完整的知識， 性的規則和事實所導致的內容錯誤
– 管理產品之不同版本
變異管理 (Change management)
– 管理變異規劃及評估影響大小 – 指定適當人員引發變異 – 安裝新的產品版本
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(3)資源管理 (Resource management)
1. 預測資源需求 2. 擷取需求 3. 指定最佳資源使用效率的回應 4. 提供適當且必要的資源以縮小專案瓶頸
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專家系統專案與知識工程之間關係概念
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部分專家系統軟體品質的評量
給定正確輸入而有正確輸出 給定正確輸入而有完整的輸出 給定相同的輸入而有一致的輸出 穩定，且不會常因為臭蟲而當機 對使用者是合用的且最好是容易使用地 可維護的 可增進的 經過驗證去證明系統滿足使用者的需求 經過測試後證明正確性和完整性 有效率的
建置專家系統專案 建置專家系統專案
選擇適當的範本： 為什麼我們要建立專家系統? 收益： 收益是什麼? (資金, 效率, …) 工具： 有哪些適合的工具可用來建立 此系統? (LISP, CLIPS, KEE,PCPLUS, …) 花費： 這系統的建製將花費多少?
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同事等級
專家等級
規則
規則
規則
次要的增加
次要的增加
次要的增加
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5.螺旋模型 (Spiral Model)
規劃 需求 設計 證實 知識擷取 驗證
評價專家系統 測試 驗證 整合
程式撰寫 驗證 測試
圖 6-6 一個專家系統開發過程的螺旋模型
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擷取資源
規劃
紀錄
最小化資源 分派需要的資源 瓶頸
專案管理工作項目
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(1)工作項目管理 (Activity Management)
規劃 (Planning)
– – – – 定義工作項目、優先順序 列出資源需求、訂定里程碑 執行過程 責任
排程 (Scheduling)
Chapter 9. The Design of Expert Systems 專家系統設計流程
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本章節提出一整體建立實際專家系統的 指引，而不是研究用的雛型系統 為了建立一符合成本效益和有效率的專 家系統，我們將討論一些軟體工程的方 法論
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專家系統的生命週期
1.維護成本 (Maintenance Costs)
一般軟體 (Conventional software)
- 60 ~ 80 % 的軟體花費 - 二到四倍原本的開發花費
專家系統 (Expert systems)
- 可能更糟
2.瀑布模型 (Waterfall Model)
一個傳統軟體開發的生命週期模型 圖6-5 下一歩要完成什麼? 下一階段要花多少時間完成?
文件研究比較來顯示此專案是可 行的 快速地將想法、 快速地將想法、激起的熱忱和影響較高層的管 理融合在一起 知識工程師和專家根據真實問題做專家系統的 內部測試 由選定的使用者測試系統 – 而不是知識 工程師或是專家 驗證和測試 使用者文件 訓練 透過電話或是電子郵件快速的做使用者 支援 修正臭蟲 增進系統能力 專家系統發展階段
發展階段的錯誤 (Errors in Development Stages)
1. 專家的知識錯誤 2. 語意錯誤 3. 語法錯誤 4. 推論引擎錯誤 5. 推論鏈錯誤 6. 忽略的限制錯誤 – 人類專家了解系統的 知識範圍和效能優雅地忽略的邊降低.
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建立雛型系統 決定需求 完成系統建制 比瀑布模型更實際 不需要事先知道所有的資訊
4.Incremental 模型
瀑布模型的改良 Top-down 方法 容易測試、證實和驗證 一個延伸整個開發過程的連續性快速雛型方法
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主要的增加
助手等級
最初的雛型 單一規則: 單一規則 大量的增加
知識設計 程式開發 和 完成系統
知識驗證 系統評估
正規測試 測試分析
定義
詳細的設 計
工作規 劃
知識檢閱
初步的資料 知識系統資 檢閱 料檢閱
測試稽核檢 最終檢 閱 閱
圖 6-7 專家系統開發生命週期的線性模型
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1.問題分析，定義及工作規劃 (Planning)