Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ
«Київський політехнічний інститут»
ПАКЕТ
контрольних завдань
з дисципліни Експертні системи в медицині
(назва)
для студентів напряму підготовки (спеціальності) 8.090804
(код)
«Фізична та біомедична електроніка»
(назва)
Розробник(и): проф. каф. ФтаБМЕ, к.т.н. Синєкоп Ю.С.
(посада, вчена ступінь та звання П.І.Б.)
Затверджено на засіданні кафедри
Протокол № ____ від «___»___________ 200__ р.
Завідувач кафедри
__________ __________________
(підпис) (прізвище, ініціали)
Київ – 2012
НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ
«Київський політехнічний інститут»
ЕТАЛОНИ ВІДПОВІДЕЙ
НА КОНТРОЛЬНІ ЗАВДАННЯ
з дисципліни Інженерія експерименту
(назва)
для студентів напряму підготовки (спеціальності) 8.090804
(код)
«Фізична та біомедична електроніка»
(назва)
Завдання №1
Кожна випадкова подія може відбутися, а може не статися.
Об'єктивна кількісна оцінка можливості того, що випадкова подія відбудеться, проводиться за допомогою чисельної характеристики, званої ймовірністю випадкової події.
Якщо випадкові події А, В, С, D ... складають в сукупності повну групу подій і якщо в даній ситуації будь-яка з них відбулася, то це не значить, що при повторенні аналогічної ситуації знову станеться саме ця подія. Якщо ми будемо спостерігати таку ситуацію m раз, то виявиться, що подія А відбудеться n1 раз, подія В – n2 раз, подія С – n3 раз і т. д., причому сума .
Відношення числа випадків, коли відбулася деяка випадкова подія А, до загального числа ситуацій, в яких ця подія могла статися, називається статистичною ймовірністю події А, або його частотою, і позначається Р (А). У розглянутому випадку:
Завдання №2
Сума ймовірностей всіх можливих подій рівна 1.
Отже, ймовірність будь-якої випадкової події
Завдання №3
Дискретна випадкова величина - це така випадкова величина, яка може приймати лише окремі, строго визначені значення.
Завдання №4
Випадкова подія - це така подія про яку наперед невідомо, станеться вона чи не станеться
Достовірна подія - це подія, про яку відомо заздалегідь, що воно має статися напевно.
Неможлива подія - це подія про яку відомо заздалегідь, що вона відбутися не може.
Завдання №5
Вихід з ладу діагностичного приладу при необмеженому терміні його експлуатації є подією достовірною. Природно, що протилежна подія, яка полягає у тому, що він ніколи не вийде з ладу, є подією неможливою. Подія ж, яке полягає у тому, що він вийде з ладу протягом деякого, наперед встановленого проміжку часу, є випадковим.
Усяка випадкова подія - лише один з можливих випадків деякої складної події, що є достовірним. Інші можливі наслідки також є випадковими подіями.
Таким чином, складна достовірна подія - це подія, один з результатів якої, при заданих умовах повинен напевно спостерігатиметься.
Завдання №6
Природно, пошук несправності треба почати з того блоку, ймовірність виходу з ладу якого найбільша (час пошуку для всіх блоків приймаємо однаковим).
Подія М1 полягає в тому, що вийшов з ладу 1-й блок, дорівнює сумі подій А, В і С, які полягають в тому, що вийшов з ладу будь-який з підсилювачів:
М1 = А + В + С.
Ймовірність події М1 дорівнює:
Р (М1) = 0,11 + 0,24 + 0,28 = 0,63.
Подія М2, яка полягає у тому, що вийшов з ладу 2-й блок, дорівнює сумі подій D і Е, що складаються у виході з ладу джерела живлення і генератора:
М2 = D + E.
тоді
P (M2) = P (D) + P (E) = 0,24.
Позначивши через М3 вихід з ладу 3-го блоку, а через F і G - відповідно вихід з ладу детекторного перетворювача і реєструючого пристрою, отримаємо:
Р (М3) = Р (F)+ Р (G) = 0,13.
Пройдений розрахунок показує, що огляд блоків треба проводити в послідовності: 1-й, 2-й, 3-й блок.
Завдання №7
Дві випадкових події А і В називаються несумісними, якщо їх спільна поява є подією неможливою. Це положення записується так: АВ=V.
Символіка множення двох або більше подій завжди позначає припущення про їх спільному появу.
Взагалі добутком подій називається подія, яка полягає у виникненні всіх без винятку перемножуваних подій.
Перегорання катода електронно-променевої трубки електрокардіографа (подія А) і поява зображення на його екрані (подія В) є подіями, спільно неможливими, тобто AB = V.
Завдання №8
Ймовірність сумі несумісних подій рівна сумі ймовірностей цих подій.
Ця теорема записується так:
Ліва частина формули є ймовірністю того, що в даному випадку із випакових подій A,B,C… Одна напевно відбудеться.
Припустимо, що 4 випадкових події A,B,C,D – складають повну групу несумісних подій. Це означає:
Завдання №9
Якщо деяка подія А може відбутися за умови, що має місце одна з подій В1, В2, ... Вn, то ймовірність Р (А) дорівнює:
З формули випливає, що
Р (АВi) = Р (Вi) Р(А/Вi).
Розглядаючи суму Р(АВ1)+ Р(АВ2)+ ... + Р(АВn), легко переконатися, що вона дорівнює Р (А), оскільки подія А відбувається тільки в комбінації з однією з подій В1, В2, Вn. Тому
Формула називається формулою повної ймовірності.
Завдання №10
Імовірність добутку двох залежних подій А і В дорівнює добутку ймовірності однієї з них на умовну ймовірність іншого, обчислену з урахуванням того, що перше мало місце:
Р (АВ) = Р(А) Р(В/А).
Завдання №11
У загальному вигляді задача, з якої витікає ця формула, полягає в наступному.
За вже наявними даними можна очікувати однe з n несумісних подій А1, A2, A3 ... An , мають ймовірності відповідно Р (А1), Р (A2), Р (A3) ... Р (An). Поряд з кожнj. з цих подій може мати місце подія В, причому ймовірності того, що В станеться спільно з А1, A2, A3 ... An, становлять відповідно Р (B/А1), Р (B/A2), Р (B/A3) ... Р (B/An). Питання полягає в тому, які ймовірності подій А1, A2, A3 ... An, якщо стає відомо, що В сталося.
Опускаючи нескладне виведення формули Байєса, запишемо її в кінцевому вигляді:
.
Завдання №12
У відповідності до формули Байєса маємо:
Завдання №13
Ефективність початкових етапів розробки ЕС (етапів ідентифікації та концептуалізації) багато в чому визначається успішним формуванням авторитетної групи експертів і отриманням від них якісних знань, що складають основу будь ЕС.
Суть процесу виявлення знань полягає в організації проведення експертами інтуїтивно-логічного аналізу проблемної області з кількісною оцінкою формульованих ними суджень. На цьому етапі експерти:
Експертне оцінювання являє собою процес виміру, який можна визначити як процедуру порівняння об'єктів за обраними показниками (ознакам). У цьому визначенні фігурують три поняття: об'єкт, показник (ознака), і процедура порівняння.
Завдання №14
Об'єктами можуть бути предмети, явища, рішення. В якості показників порівняння можуть використовуватися просторово-часові, фізичні, психічні та інші властивості і характеристики об'єктів. Процедура порівняння включає в себе:
• визначення причинно-наслідкового зв'язку між об'єктами;
• встановлення ступеня впливу одних об'єктів на інші.
Остання обставина вимагає проведення порівняння об'єктів, що визначають деякий результат, за ступенем їх впливу на нього. Введення конкретних показників порівняння дозволяє, експертам встановлювати відносини між об'єктами, наприклад, «велика», «краще», «більш ніж», «гірше», «однакові», «переважніше» і т.д.
Завдання №15
Завдання №16
Експертна система - це програмний засіб, що використовує експертні знання для забезпечення високоефективного рішення неформалізованих задач у вузькій предметній області. Основу ЕС складає база знань (БЗ) про предметну область, що накопичується в процесі побудови й експлуатації ЕС. Нагромадження й організація знань - найважливіша властивість усіх ЕС.
Завдання №17
До числа основних учасників варто віднести саму експертну систему, експертів, інженерів знань, засобу побудови ЕС і користувачів. Їхні основні ролі і взаємовідносини приведені на мал.
Експертна система — це програмний засіб, що використовує знання експертів, для високоефективного рішення задач у цікавлячого користувача предметної області. Вона називається системою, а не просто програмою, тому що містить базу знань, ровязувач проблеми і компонент підтримки. Остання з них допомагає користувачеві взаємодіяти з основною програмою.
Завдання №18
Експерт — це людина, здатна ясно виражати свої думки, яка користується репутацією фахівця, що вміє знаходити правильні рішення проблем у конкретній предметній області. Експерт використовує свої прийоми і хитрування, щоб зробити пошук рішення більш ефективним, і ЕС моделює всієї його стратегії.
Завдання №19
Інженер знань — людина, як правило, що має пізнання в інформатиці і штучному інтелекті і знаючий, як треба будувати ЕС. Інженер знань опитує експертів, організує знання, вирішує, яким чином вони повинні бути представлені в ЕС, і може допомогти програмісту в написанні програм.
Завдання №20
Засіб побудови ЕС —це програмний засіб, яий використовується інженером знань або програмістом для побудови ЕС. Цей інструмент відрізняється від звичайних мов програмування тим, що забезпечує зручні способи представлення складних високорівневих понять.
Завдання №21
Користувач — це людина, що використовує вже побудовану ЭС. Так, користувачем може бути юрист, що використовує її для кваліфікації конкретного випадку; студент, якому ЭС допомагає вивчати інформатику і т.д. Термін користувач трохи неоднозначний. Звичайно він позначає кінцевого користувача. Однак з мал.2 випливає, що користувачем може бути:
· творець інструмента, налагоджуючий засіб побудови ЭС;
· інженер знань, що уточнює існуючі в ЕС знання;
· експерт, що додає в систему нові знання;
· клерк, що заносить у систему поточну інформацію.
Важливо розрізняти інструмент, що використовується для побудови ЭС, і саму ЭС. Інструмент побудови ЭС включає як мову, використовувана для доступу до знань, що утримується в системі, і їхнього представлення, так і підтримуючі засоби – програми, що допомагають користувачам взаємодіяти з компонентом експертної системи, що вирішує проблему.
Завдання №22
Основними перевагами, що дає використання ЕС є:
1) Її сталість. Людська компетенція слабшає згодом. Перерва в діяльності людини-експерта може серйозно відбитися на його професійних якостях.
2) Легкість передачі або відтворення. Передача знань від однієї людини іншій — довгий і дорогий процес. Передача штучної інформації — це простий процес копіювання програми або файлу даних.
3) Стійкість і відтворюваність результатів. Експерт-людина може приймати в тотожних ситуаціях різні рішення через емоційні фактори. Результати ЕС — стабільні.
4) Вартість. Експерти, особливо висококваліфіковані обходяться дуже дорого. ЕС, навпаки, порівняно недорогі. Їхня розробка дорога, але вони дешеві в експлуатації.
Завдання №23
Знання в ЕС організовані так, щоб знання про предметну область відокремити від інших типів знань системи, таких як загальні знання про те, як вирішувати задачі або знання про те, як взаємодіяти з користувачем. Виділені знання про предметну область називаються базою знань, тоді як загальні знання про перебування рішень задач називаються механізмом виведення. Програмні засоби, що працюють зі знаннями, організованими таким чином, називаються системами, заснованими на знаннях.
БЗ містить факти (дані) і правила (або інші представлення знань), що використовують ці факти як основу для прийняття рішень. Механізм висновку містить:
· інтерпретатор, що визначає як застосовувати правила для висновку нових знань на основі інформації, що зберігається в БЗ;
· диспетчер, що встановлює порядок застосування цих правил.
Такі ЕС одержали назву статичних ЕС. Ці ЕС використовуються в тих додатках, де можна не враховувати зміни навколишнього світу за час рішення задачі. Однак існує більш високий клас додатків, де потрібно враховувати динамікові зміни навколишнього світу за час виконання додатку. Такі експертні системи одержали назву динамічних ЕС.
Завдання №24
Багато правил ЕС є евристиками, тобто емпіричними правилами або спрощеннями, що ефективно обмежують пошук рішення. ЕС використовують евристики, тому що задачі, що вона вирішує, важкі, не до кінця зрозумілі, не піддаються строгому математичному аналізові або алгоритмічному рішенню. Алгоритмічний метод гарантує коректне або оптимальне рішення задачі, тоді як евристичний метод дає прийнятне рішення в більшості випадків.
Завдання №25
У порівнянні зі статичною ЕС у динамічну вводиться ще два компоненти:
· підсистема моделювання зовнішнього світу;
· підсистема сполучення з зовнішнім світом.
Динамічні ЕС здійснюють зв'язок з зовнішнім світом через систему контролерів і датчиків. Крім того компонента БЗ і механізму виведення істотно змінюються, щоб відбити тимчасову логіку подій, що відбуваються в реальному світі.
До розряду таких динамічних середовищ розробки ЕС відноситься сімейство програмних продуктів фірми Gensym Corp. (США). Один з таких продуктів система G2 – базовий програмний продукт, що представляє собою графічне, об'єктно-орієнтоване середовище для побудови і супроводу експертних систем реального часу, призначених для моніторингу, діагностики, оптимізації, планування і керування динамічним процесом.
Завдання №26
У роботі ЕС можна виділити два основних режими: режим придбання знань і режим рішення задачі (режим консультації або режим використання ). У режимі придбання знань спілкування з ЕС здійснює експерт (за допомогою інженера знань).
Завдання №27
На етапі ідентифікації необхідно виконати наступні дії:
· визначення задачі, що підлягають рішенню і меті розробки,
· визначення експертів і типу користувачів.
Завдання №28
На етапі концептуалізації:
· проводиться змістовний аналіз предметної області,
· виділяються основні поняття і їхні взаємозв'язки,
· визначаються методи рішення задач.
Завдання №29
На етапі формалізації:
· вибираються програмні засоби розробки ЕС,
· визначаються способи представлення усіх видів знань,
· формалізуються основні поняття.
Завдання №30
На етапі виконання (найбільш важливе і трудомісткому) здійснюється наповнення експертом БЗ, при якому процес придбання знань розділяють:
· на "витяг" знань з експерта,
· на організацію знань, що забезпечує ефективну роботу ЕС,
· на представлення знань у виді, зрозумілому для ЕС.
Процес придбання знань здійснюється інженером по знаннях на основі діяльності експерта.
Завдання №31
На етапі тестування експерт і інженер по знаннях з використанням діалогових і пояснювальних засобів перевіряють компетентність ЕС. Процес тестування продовжується доти, поки експерт не вирішить, що система досягла необхідного рівня компетентності.
На етапі дослідної експлуатації перевіряється придатність ЕС для кінцевих користувачів. За результатами цього етапу можлива істотна модернізація ЕС.
Завдання №32
Основним призначенням ЕС є розробка програмних засобів, які при рішенні задач, важких для людини, одержують результати, що не уступають по якості й ефективності розвязків, розвязків одержаним людиною-експертом. ЕС використовуються для рішення так званих неформалізованих задач, загальним для яких є те, що:
· задачі не можуть бути задані в числовій формі;
· висновки не можна виразити в термінах точно визначеної цільової функції;
· не існує алгоритмічного розвязку задачі;
· якщо алгоритмічний розвязок є, то його не можна використовувати через
· обмеженості ресурсів (час, пам'ять).
Крім того неформалізовані задачі мають помилковість, неповнотою, неоднозначністю і суперечливістю як вихідних даних, так і знань про розв'язувану задачу.
Знання є явними і доступними, що відрізняє ЭС від традиційних програм, і визначає їхні основні властивості, такі, як:
1) Застосування для рішення проблем високоякісного досвіду, що представляє рівень мислення найбільш кваліфікованих експертів у даній області, що веде до рішень творчим, точним і ефективним.
2) Наявність прогностичних можливостей, при яких ЭС видає відповіді не тільки для конкретної ситуації, але і показує, як змінюються ці відповіді в нових ситуаціях, з можливістю докладного пояснення яким образом нова ситуація привела до змін.
3) Забезпечення такої нової якості, як інституціональна пам'ять, за рахунок вхідної до складу ЭС бази знань, що розроблена в ході взаємодій з фахівцями організації, і являє собою поточну політику цієї групи людей. Цей набір знань стає зводом кваліфікованих думок і постійно обновлюваним довідником найкращих стратегій і методів, використовуваних персоналом. Провідні спеціалісти ідуть, але їхній досвід залишається.
4) Можливість використання ЭС для навчання і тренування керівників, забезпечуючи нових службовців великим багажем досвіду і стратегій, по яких можна вивчати політику, що рекомендується, і методи.