1_РП_Представления знаний в ИС

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Сибирская Государственная Геодезическая Академия»
(ФГБОУ ВПО «СГГА»)
Кафедра инженерной геодезии и информационных систем
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
___________В.А. Ащеулов
___________________2012
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЗНАНИЙ В ИНФОРМАЦИОННЫХ
СИСТЕМАХ
Для направления подготовки дипломированного специалиста
230201- ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
Специальность 230201 Информационные системы и технологии
Код квалификации – 65 (инженер)
Новосибирск
2012
1
Выписка из Государственного образовательного стандарта
ОПД.Ф.14
Представление знаний в информационных системах
68
Логическая модель представления знаний и правила вывода; теоретические основы; пример спецификации и вычисления; продукционная модель представления знаний и правила их обработки; реляционные модели
представления знаний и соответствующие способы рассуждений; фреймы,
семантические сети; теория и техника приобретения знаний; принципы
приобретения знаний. Существующие подходы и техника решения, экспертные системы - инструмент автоматизированных обучающих систем;
введение в экспертные системы; роли эксперта, инженера знаний и пользователя; база знаний. Правила; объекты; определение запроса; редактор;
процедурный язык; компилятор правил и объектов. Средства работы с
файлами; структура главного меню; правила и объекты; антецедент и консеквент правила; первичная цель. Простые объекты; объекты со списком
значений; объекты с фреймами; основные атрибуты (слоты) объекта; создание и редактирование процедур; вызов процедур из правил; процедурные фреймы и слоты; операторы процедурного языка; средства управления
выполнением приложений; логическое программирование и экспертные
системы; языки искусственного интеллекта; применение языка Пролог.
Архитектура для автоматического рассуждения, основанного на правилах;
механизм вывода на основе модели логического программирования; понятие о нечетких множествах и их связь с теорией построения экспертных
систем; реализация экспертных систем в среде Windows.
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
- подготовка компетентных специалистов с креативным мышлением, способных
принимать эффективные решения в сложившихся экономических условиях;
- подготовка специалистов, обладающих целостной системой профессиональных
знаний, владеющих современными информационными технологиями;
- подготовка специалистов, способных на основе профессиональных знаний организовывать производственные процессы на предприятии отрасли, разрабатывать организационно-управленческие структуры предприятия, разрабатывать бизнес-планы конкретных
проектов, осуществлять анализ окружающей среды и результатов деятельности предприятия, определять конкурентоспособность предприятия и т.д.;
- подготовка высокопрофессиональных специалистов с определенными практическими навыками, позволяющими им активно адаптироваться в будущей производственной
деятельности, конкурентоспособных на российских и международных рынках труда.
2
2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ.
2.1 Требования к начальной подготовке, необходимые для успешного освоения дисциплины.
«Экспертные системы» являются одной из основных профилирующих дисциплин при
подготовке инженеров по специальности 230201 «Информационные системы и технологии». Эта дисциплина призвана дать будущему специалисту знания для успешного выполнения работ по экономике и управлению геодезическим производством при проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений.
2.2 Обеспечение последующих дисциплин образовательной программы
Изучение инженерной геодезии студенты проходят в течение третьего и четвертого семестра, имея при этом знания по геодезии, математике, физике и др. Поэтому про освоении учебного материала основное внимание должно быть сосредоточено на составе и содержании инженерно-геодезических работ и технологии их выполнения в общем процессе
проектно-изыскательных, строительно-монтажных работ и работ по эксплуатации инженерных сооружений.
Теоретические аопросы инженерной геодезии, отдельные способы и методы измерений и
обработки их результатов, а также специальные геодезические приборы и оборудование
изучаются применительно к конкретным видам инженерно-геодезических работ.
2.3 Области применения полученных знаний
В результате изучения курса
Cтудент должен знать:
Важность экспертных систем состоит в следующем:
технология экспертных систем существенно расширяет круг практически значимых задач,
решаемых на компьютерах, решение которых приносит значительный экономический эффект;
технология ЭС является важнейшим средством в решении глобальных проблем традиционного программирования: длительностьи, следовательно, высокая стоимость разработки
сложных приложений;
высокая стоимость сопровождения сложных систем, которая часто в несколько раз привосходит стоимость их разаработки;
низкий уровень повторной используемости программ и т. п.;
объединение технологии ЭС с технологией традиционного программирования добавляет
новые качества к программным продуктам за счет: обеспечения динамичной модификации приложений пользователем, а не программистом; большей «прозрачности» приложения (например, знания хранятся на ограниченном ЕЯ, что не требует комментариев к зна3
ниям, упрощает обучение и сопровождение); лучшей графики; интерфейса и взаимодействия.
Cтудент должен уметь:
проектировать, разрабатывать, внедрять в производство, распределять, осуществлять поддержку и оказание услуг по разработке ЭС.
Технология ЭС, получившая коммерческое распространение, обеспечит революционный
прорыв в интеграции приложений из готовых интеллектуально-взаимодействующих модулей.
ЭС предназначены для так называемых неформализованных задач, т. е. ЭС не отвергают и
не заменяют традиционного подхода к разработке программ, ориентированного на решение формальных задач.
Неформальные задачи обычно обладают следующими особенностями:
ошибочностью, неоднозначностью, неполнотой и противоречивостью исходных данных;
ошибочностью, неоднозначьностью, неполнотой и противоречивостью знаний о проблемной области и решаемой задаче;
большой размерностью пространства решения, т. е. перебор при поиске решения весьма
велик;
динамически изменяющимися данными и знаниями.
Следует подчеркнуть, что неформализованные задачи представляют большой и очень
важный класс задач. Многие специалисты считают, что эти задачи являются наиболее
массовым классом задач, решаемых ЭВМ.
Экспертные системы и системы искусственного интеллекта отличаются от систем обработки данных тем, что в них в основном используются символьный(а не числовой) способ
представления, символьный вывод и эвристический поиск решения( а не исполнение известного алгоритма).
Экспертные системы применяются для решения только трудных практических (не игрушечных) задач. По качеству и эффективности решения экспертные системы не уступают
решениям эксперта-человека. Решения экспертных систем обладают «прозрачностью», т.
е. могут быть объяснены пользователю на качественном уровне. Это качество экспертных
систем обеспечивается их способностью рассуждать о своих знанияхи умозаключениях.
Экспертные системы способны пополнять свои знания в ходе взаимодействия с экспертом. Необходимо отметить, что в настоящее время технология экспертных систем используется для решения различных типов задач (интерпритация, предсказание, диагностика,
планирование, конструирование, контроль, отладка, инструктаж, управление) в самых
разнообразных проблемных областях, таких, как финансы, нефтяная и газовая промышленность, энергетика, транспорт, фармацевтическое производство, космос, металлургия,
горное дело, химия, образование, целлюлозно-бумажная промышленность, телекоммуникации и связь и др.
4
2.4 Итоговый контроль
Оценка знаний и умений студентов проводится с помощью:
- Опроса;
- Зачета;
- Приема и разбора лабораторных работ по основным разделам дисциплины;
- Тестирования студентов;
- Защиты лабораторных работ.
Современные информационные технологии, используемые при изучении дисциплины:
- Электронное учебное пособие по дисциплине по выполнению лабораторных работ;
- Электронные варианты тестов в системе CLIPS.
Вид итогового контроля
ЗАЧЕТ
(зачет, экзамен)
Вуз может ввести промежуточные (семестровые) контроли в виде зачетов и/или экзаменов.
3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ.
Семестры
Вид учебной работы
Всего часов
5
6
Общая трудоемкость дисциплины
68
68
Аудиторные занятия
34
34
Лекции
17
17
Лабораторные работы (ЛР)
17
17
Самостоятельная работа
34
34
ЗАЧЕТ
ЗАЧЕТ
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Курсовой проект
Расчетно-графические работы (число работ)
Реферат (число рефератов)
Вид итогового контроля
4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1. РАЗДЕЛЫ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ ЗАНЯТИЙ
5
№ п/п
Раздел дисциплины
Лекции
ПЗ
ЛР
1
Введение в интеллектуальные системы
4
*
4
2
Разработка систем, основанных на знаниях.
4
*
4
3
Теоретические аспекты инженерии знаний.
3
*
4
4
Технологии инженерии знаний
6
*
5
4.2. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ
Введение в интеллектуальные системы.
Краткая история искусственного интеллекта (ИИ)
Основные направления исследований в области ИИ
Представление знаний и вывод знаний
Нечеткие знания.
Разработка систем, основанных на знаниях.
Введение в экспертные системы. Определение и структура
Классификация систем, основанных на знания.
Коллектив разработчиков
Технологи проектирования и разработки
Теоретические аспекты инженерии знаний.
Поле знаний
Стратегия получения знаний
Теоретические аспекты извлечения знаний
Теоретические аспекты структурирования знаний.
Технологии инженерии знаний
Классификация методов практического извлечения знаний
Коммуникативные методы
Текстологические методы
Простейшие методы структурирования
Состояние и перспективы автоматизированного приобретения знаний
Примеры методов и систем приобретения знаний
Искусственный интелект
Цель раздела: - познакомить с современными представлениями о проектировании и разработке интеллектуальных систем, основанных на знаниях.
После изучения раздела студент должен знать:
Историю развития искусственного интеллекта(ИИ) в нашей стране и за рубежом
Направления развития
Отличие знаний от данных
Модели представления знаний в современных интеллектуальных системах
Обобщенную структуру экспертных систем(ЭС)
Классификацию ЭС
Инструментальные средства разработки ЭС
Основные этапы разработки ЭС.
Содержание раздела:
* История развития искусственного интеллекта (ИИ).
* Направления развития искусственного интеллекта.
* Данные и знания.
* Модели представления знаний.
6
Экспертные системы: Структура и классификация
Содержание раздела:
* Предметные области для экспертных систем.
* Обобщенная структура экспертной системы. Основные понятия и определения.
* Классификация экспертных систем.
* Инструментальные средства построения экспертных систем.
Технология разработки Экспертных систем
Содержание раздела:
* Этапы разработки:
* Этап 1: выбор подходящей проблемы;
* Этап 2: разработка прототипной системы;
* Этап 3: развитие прототипа до промышленной экспертной системы;
* Этап 4: оценка системы;
* Этап 5: стыковка системы;
* Этап 6: поддержка системы;
4.3.Лекционные занятия
№
Раздел дисциплины
Лекции
1
Предмет и задачи курса.
. цель раздела: - познакомить с современными представлениями о
проектировании и разработке интеллектуальных систем, основанных на знаниях.
История развития искусственного интеллекта (ии) в нашей
стране и зарубежом.
Направления развития ИИ.
Отличия знаний от данных.
Классификация ЭС.
*2 часа
2
Модели представления знаний в современных интеллектуальных
системах.
*6 часов
3
Инструментальные средства разработки ЭС. Языки, оболочки.
4часа
4
ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ СРЕДА CLIPS.
4 часа
ЛР
п/п
ЭКСПЕРТНАЯ СИСТЕМА «Г ЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ »
5
№
п/п
1
6 часов
5. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
№ раздела
Наименование лабораторных работ и практических занятий
дисциплины
1
Изучение основных разделов системы “CLIPS”
7
*
2
1,2
Типы файлов, их назначение и порядок разработки для “CLIPS”
3
2,3
Порядок создания файла набора правил
4
3
Отладка базы знаний в ЭС ““CLIPS””
5
4
Разработка БЗ по геодезической тематике
6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
6.1 Рекомендуемая литература.
а) основная литература:
1. СГГА. Системы искусственного интеллекта [Текст] : учеб. пособие (утв.). Ч.1 : Представление знаний в информационных системах, 2005. - 84 с.
2. Карпик А.П. Методологические и технологические основы геоинформационного
обеспечения территорий [Текст] [Текст] : монография / А. П. Карпик, 2004. - 260 с.
3. Теоретические основы защиты информации от утечки по акустическим каналам [Электронный ресурс] : учеб. пособие / Ю.А. Гатчин, А.П. Карпик, К.О. Ткачев и др.
; СГГА. - Новосибирск : СГГА, 2008. - 194 с. – Режим доступа: http://lib.ssga.ru/. – загл. с
экрана.
4. Информационные технологии в управлении безопасностью жизнедеятельности
[Электронный ресурс] : учеб. пособие / Ю.С. Щербаков ; СГГА. - Новосибирск : СГГА,
2009. - 113 с. – Режим доступа: http://lib.ssga.ru/. – загл. с экрана.
б) дополнительная литература:
5. СГГА. Системы искусственного интеллекта [Текст] : учеб. пособие (утв.). Ч.1 :
Представление знаний в информационных системах, 2005. - 84 с.
6. Марселлус Д. Н. Программирование экспертных систем на Турбо Прологе. М.: Финансы и статистика, 1994.
7. Нейлор К. Как построить свою экспертную систему. М.: Энергоатомиздат, 1991.
8. Представление и использование знаний: Пер. с япон. Под ред. Уэно Х., Исидзука
М. М.: Мир, 1989.
в) электронные ресурсы:
9. Системы искусственного интеллекта [Электронный ресурс] : учеб. пособие / Жежко Л.В., Карпик А.П., Хорошилов В.С. - Новосибирск : СГГА, 2005 .http://lib.ssga.ru
10. Ч.1 : Представление знаний в информационных системах. - 84 с. - Б. ц.
http://lib.ssga.ru
8
6.2 Перечень методических пособий и указаний
7. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ.
1. Программная инструментальная среда CLIPS..
2. Текстовый редактор «блокнот»
3. Графический редактор.
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 230201 «Информационные системы и технологии» (Инженер),
утвержденным Минобразованием России 17.03.2000 г.
9
Разработчик: Жежко Леонид Витальевич , доцент, Сибирская Государственная
Геодезическая Академия.
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры
ИГиИС
Протокол № 7 « 20 » февраля 2012 г.
Зав. кафедрой
В.А.Скрипников
(Ф.И.О., подпись)
Одобрено научно-методическим советом института ИГиМ
Протокол № 6 « 21 » февраля 2012 г.
Председатель ______________С.В. Середович
(Ф.И.О., подпись)
10