Создание нечеткой экспертной системы для информационного анализа

Санкт-Петербургский Колледж  Информатизации и Управления





















Курсовая работа

На тему: «Создание нечеткой экспертной системы для информационного анализа»































		Выполнила: Малиновская Е.А.

		Проверил: Колесник А.В.

		Специальность:230103

Оглавление:



Задание



	Техническое задание	.стр.3

	Исходные данные	стр. 3

	

	Введение

		

		Актуальность работы	стр. 4

		Цели исследования	стр. 4

		Задачи исследования	стр. 5

		Научная новизна полученных результатов	стр. 5

		Практическое значение работы	стр. 6

		

		Глава 1

			

		Теория экспертной системы	стр. 7

		Анализ предметной области	стр. 8

		

		Глава 2

		

		Структура программного комплекса	стр. 9

		Разработка процедур оболочки	стр. 10

		Описание режимов работы	стр. 13

		Показательный тест	стр. 14

		

		Заключение

		

		Выводы	стр. 21

		Недостатки	стр. 21

		Перспективы дальнейших разработок	стр. 21 

		Список используемой литературы	стр. 22


Задание



Техническое задание



		Создание экспертной системы для помощи пользователю в определение причин головной боли и поиска первой помощи, с использованием программных средств, которые предоставляет нам оболочка «ExPro».

		Создание интерактивного интерфейса, для удобной и быстрой работы с программой.

		Создание инструкции для дальнейшего использования.



Исходные данные



		Оболочка «ExPro».

		Справочник по работе с экспертной системой.

		Экспертные данные, полученные от 2 врачей.




Введение

Актуальность работы

В этом курсовом проекте я решила рассмотреть такую распространённую проблему, как головная боль, ведь у всех нас время от времени болит голова. Причин для этого может быть множество, данная программа рассматривает наиболее распространённые причины возникновения и наиболее частые симптомы головной боли. Данная экспертная система поможет выяснить возможную причину вашей головной боли и посоветует первые мероприятия для наискорейшего снятия головной боли. 

Как всем известно, чем раньше начать лечить болезнь, тем легче она пройдёт, и тем меньше будет возможных проблем и дальнейших осложнений данной болезни. Поэтому чем оперативнее начать лечение, тем быстрее будет протекать болезнь, тем  легче будет проходить лечение и тем меньше будет непредвиденных осложнений болезни и негативных последствий лечения головной боли.

 К сожалению, данная программа не даёт полной диагностики всех возможных заболеваний, травм и отравлений, но поскольку она охватывает наиболее распространенные из них, данная программа идеально подходит для ранней диагностики головной боли на ранних стадиях развития болезни и позволит незамедлительно приступить к лечению. 

Поскольку не всегда есть возможность проконсультироваться со специалистом, данная программа будет актуальна для многих пользователей, не подготовленных в области медицины.



Цель исследования

Цель данной экспертной системы состоит в том, чтобы помочь пользователю как можно скорее определить причины головных болей и первая помощь по снятию симптомов и источников боли. 






Задачи исследования

Задачи: 

Создание экспертной системы для первичной диагностики причин возникновения головной боли.

Создание интерактивного интерфейса, для удобства, простой и быстрой работы пользователя с экспертной системой в условиях головной боли.

Предотвращение последствий запущенных заболеваний и неправильного лечения на ранних стадиях развития болезни, травмы или отравления.

Помочь простому пользователю найти наиболее доступные и простые средства лечение головной боли и предотвращения последствий и ослажнений.



Научная новизна полученных результатов

При поиске аналогичных программ в интернете, я нашла схожие программы которые пытались, распыляясь на большой диапазон болезней, диагностировать все возможные боли и симптомы. Но на практике они очень часто давали неверные или не точные результаты из-за попытки рассмотреть слишком широкий перечень болезней, травм, отравлений и тому подобное.

В данной разработке был поставлен упор на одну из наиболее актуальных проблем (головные боли). Это достаточно узкая специализация, но при этом были рассмотрены как самые распространённые, так достаточно редкие причины возникновения головных болей.

В данной экспертной системе были использованы экспертные знания врачей разных медицинских направлений.

Так же, крайне важно, что программа оперирует в основном простыми методами, подручными средствами и легкодоступными лекарствами.

Эти особенности делают данную экспертную программу уникальной и неповторимой. Никто не задавался подобной задачей, поэтому не создавалось ничего подобного.




Практическое значение работы

Данная экспертная система помогает простому пользователю быстро определить на ранних стадиях причины головной боли и действия по оказанию первой помощи. Данная программа охватывает большой диапазон симптомов и наиболее распространённые причины, могущие вызывать головную боль. 

Она позволяет быстро диагностировать болезни и избежать непредвиденных осложнений и нежелательных последствий.

Интерфейс достаточно простой, что позволяет пользоваться экспертной системой, людям без особых навыков работы с компьютером.

Экспертная система проста, что позволяет работать с ней несмотря на головную боль.




Глава 1

Теория экспертной системы

Экспертная система - это программа для компьютера, которая оперирует с экспертными знаниями в определённой предметной области с целью выработки рекомендаций или решения проблем. Экспертная система может полностью взять на себя функции, выполнение которых требует привлечение опыта человека-специалиста, или играть роль ассистента для человека принимающего решение. Технология экспертных систем является одним из первых и наиболее продвинутых направлений области исследований, которая получила наименование поиск искусственного интеллекта. 

Все экспертные системы включают в себя, по крайней мере, три основных элемента: базу знаний, машину вывода и интерфейс пользователя. База знаний содержит информацию о том, что известно о данном предмете в настоящий момент. Машина вывода обеспечивает применение того, что известно к тому, что еще не известно. Интерфейс пользователя способствует взаимодействию между системой и пользователем. Взятая как целое, экспертная система моделирует знания эксперта и умение их применять.

База знаний содержит известные факты, выраженные в виде сущностей, атрибутов и условий, а также включает выражения неопределенности - ограничения на достоверность факта. База создается консультантами, исследователями, либо на основании их работ. При заполнении базы знаний жизненный опыт важнее, чем высокий интеллект. Эксперт, исходящий из опыта продолжительных наблюдений, скорее, всего, создаст более полезную базу знаний, чем гениальный аналитик.

Главным в экспертной системе является механизм, осуществляющий поиск в базе знаний по правилам рациональной логики для получения решений. Машина вывода приводится в действие при получении запроса пользователя и выполняет следующие задачи: 

	сравнивает информацию, содержащуюся в запросе пользователя, с информацией базы знаний;

	ищет определённые цели или причинные связи; 

	оценивает относительную определённость фактов, основываясь на соответствующих коэффициентах доверия, связанными с каждым фактом. 

	Действия машины вывода аналогичны рассуждениям человека-эксперта, который оценивает проблему и предлагает гипотетическое решение. Машина вывода обращается к базе знаний до тех пор, пока не найдёт вероятный путь к получению приемлемого результата. 

Задача интерфейса пользователя состоит в организации обмена информации между оператором и машиной вывода. Интерфейс с использованием естественного языка создает видимость произвольной беседы, применяя повседневные выражения в правильно построенных предложениях.

Существует достаточно много подходов к разработке экспертных систем - можно, например, использовать для этих целей специализированные языки типа PROLOG, LISP или CLIPS. Можно, вообще говоря, экспертную систему создать с помощью любого современного языка высокого уровня. В этом случае разработка каждой экспертной системы, как правило, выливается в разработку новой программы. 

Более быстрый способ, обеспечивающий возможность непрограммистам попробовать свои силы в создании экспертных систем, реализует класс программных средств, которые называются оболочками экспертных систем. Такие оболочки можно получить, например, из работающей экспертной системы, очистив её базу знаний. Заполнив эту пустую базу знаний новыми знаниями можно получить новую экспертную систему. Очевидно, что оболочки являются программами, ориентированными на достаточно узкий круг задач, хоть и и более широкий, чем та, на основе которой была создана та или иная оболочка. Таким образом, чтобы покрыть достаточно широкий класс задач требуется иметь адекватное количество оболочек, которые можно использовать в комбинациях.

Для заполнения баз знаний экспертных систем используются специальные программы приобретения знаний. Для программ приобретения знаний желательно не только обеспечивать ввод данных в соответствующие структуры, но и обеспечение функций отладки и тестирования, программы приобретения знаний - основное средство автоматизации при заполнении оболочки.



Анализ предметной области

В наше время, полное различных негативных факторов, головная боль является частой проблемой. К тому же мы иногда игнорируем её, что может привести к неприятным последствиям и серьёзным осложнениям.

Множество всевозможных факторов могут вызывать головную боль, начиная от банальной простуды или похмелья и заканчивая мигренями и химическими отравлениями.






Глава 2

Структура программного комплекса

Структура программного комплекса в экспертной системе EXPRO состоит из:

	Переменных, которые могут принимать любые значения как строковые так и числовые, логические и типа дата.

	Целей, которые выбираются из переменных. При запуске программы создаётся цепь, в последнем действие которой обязательно должна измениться цель.

	Правил, которые состоят из двух частей: предпосылки и заключения. Правила в программе имеют формат:

   ЕСЛИ список условий ТО список условий

Как частный случай, правило может не иметь условий, в этом случае оно выполняется сразу при переходе на содержащую его подзадачу. Программа может иметь линейную, разветвлённую или цикличную структуру 


Разработка процедур оболочки.

Главное окно программы 

 Интерфейс программы прозрачен, стандартизован и практически не нуждается в пояснениях. Главное окно программы содержит 2 основные части.

Первая половина представляет собой список правил. Вторая половина содержит имя правила(обязательно уникальное), содержание правила(необязательно) и тело правила(содержащее спислок условий «ЕСЛИ» и списка действий «ТО».

Также есть панель инструментов:

 Создание новой базы знаний.

Открытие базы знаний из файла.

Сохранение базы знаний в файле.

Решить задачу (запустить программу).

Справка.

Выход из программы.

При входе в режим «Решить задачу» мы видим окно решения:



Перед началом решения задачи необходимо выбрать цель.







Выбираем цель «Диагностика» и нажимаем выполнить. Открывается окно диалога:

 

В результате совершения выбора мы получаем одно из возможных решение: 
Описание режимов работы

В представленной ЭС имеется несколько аспектов, по которым ведётся отбор причин болей и средств их устранения: 

Наличие головной боли

Да

Нет.

Употребление алкоголя

Да

Нет.

Употребление токсичных веществ

Да

Нет.

Травмы головы

Были

Наличие в крови прозрачной жидкости

да

нет

Нет.

Возраст от 14 до 20 лет; боли периодические

Да

Нет.

Давление

Выше нормы

Ниже нормы

В норме

Контакт с дымом и испарениями

Были

Нет

Усиления боли при наклоне

Да

Нет

Стреляющая боль в ушах.

Да

Нет

Перегрев

		Да

		Нет

		Температура тела

		Ниже 36

		Выше 37

		В норме

		Боль сильная пульсирующая сильная не сбивается

		Да

		Нет

		Занятие мелкой работай

		Да

		Нет




Показательный тест.

Ради показательности теста мы выберем самую длинную ветвь:

1)

2) 

3) 

4) 

5) 

6) 

7) 

8) 

9) 

10) 

11) 

12) 

13) Ну и, наконец, в последнем вопросе мы согласимся: 

В итоге мы получаем причину и метод её устранения: 




Заключение

Выводы:

Мною была проделана большая работа по сбору экспертной информации, был проведён глубокий анализ причин и симптомов головной боли, а также методов решения. 

Была создана экспертная система, позволяющая быстро и просто продиагностировать головною боль, что позволит любому пользователю легко найти решение и способ лечения.

Недостатки

Эта ЭС система имеет свои недостатки:

Она имеет свои не точности.

Она не даёт абсолютно точный ответ, она обрабатывает, хоть и большую часть наиболее распространенных симптомов и причин их вызывающих, но всё-таки не все.

Как и всякая экспертная система, данная система лишь предлагает 1 из возможных вариантов, а не обязательно единственно верное решение проблемы.



Перспективы дальнейших разработок

Конечно же, в данную экспертную систему можно добавить ещё сущностей, правил и прочее и тогда она может стать более точной, но основной часть уже прописана и ей уже можно с успехом пользоваться. К тому же был создан каркас, на который можно наращивать новые и новые правила и болезни. Данную экспертную систему можно интегрировать в более обширную ЭС по диагностики болезней человека.




Список используемой литературы:

Справка ExPro 

www.key.ru www.thg.ru

http://vmk5.kzn.ru/expro/

http://ru.wikipedia.org/wiki

2