Установление семантических отношений между выделенными понятиями и метапонятиями

Установить семантические отношения — это значит определить специфику взаимосвязи, полученной в результате применения тех или иных методов. В данной работе использовался прямой метод: Понятие – Связь – Метапонятие. Связь: причина – следствие.

Например:

ü Канада – распространенные природные объекты – озера

ü Великобритания – известные достопримечательности – средневековые замки

ü ОАЭ – особенность национальной кухни – пряные мясные блюда

ü Бразилия – традиционная особенность – бразильские карнавалы

ü Франция – распространенный вид территории, обусловленный человеческой деятельностью – виноградники

ü Италия – климат – средиземноморский

ü Япония – характерная национальная черта – послушание

Рис. 2. Прямой метод установления семантических отношений.

3. Этап разработки ЭС №3 «Формализация»

В процессе этапа формализации предполагается получить описание решения ЭС на формализованном языке, в данном случае, на языке VBA.

На основе установленных связей были сформулированы следующие вопросы:

1) Завораживают ли Вас впечатляющие природные ландшафты (горные массивы, морские пейзажи и т.д.)?

2) Предпочитаете ли Вы проводить вечера за пивом в компании друзей/коллег?

3) Нравится ли Вам посещать ночные клубы, танцевать и веселиться?

4) Следите ли Вы за модными трэндами или знаете что-нибудь новых коллекциях знаменитых дизайнеров?

5) Нравится ли Вам анимэ (японские мультфильмы)?

6) Будучи в незнакомом городе, предпочли бы Вы осмотреть архитектурные памятники и посетить достопримечательности вместо шоппинга или похода в клуб или на пляж?

7) Нравится ли Вам восточная музыка, танец живота, пряности и специи?

8) Долго ли Вы можете прожить без солнца, тепла и моря?

Перечисленные вопросы должны реализовывать причинно-следственную связь. Предполагается «задавать» данные вопросы пользователю ЭС, чтобы в результате анализа ответов получить наиболее подходящее понятие (страну).

На каждый вопрос предусмотрено два варианта ответа: «Да» или «Нет». В зависимости от ответа, каждой связи понятия и ответа на очередной вопрос присваивается числовая вероятность. Далее, вероятности перемножаются по формулам Байеса:

При ответе «Да» вероятность считается по формуле:

РАy = Py * P / (Py * P + Pн * (1 - P))

При ответе «Нет» вероятность считается по формуле:

РАн = (1 - Py) * P / ((1 - Py) * P + (1 - Pн) * (1 - P)), где

Предопределенные вероятности:

P — начальная априорная вероятность

Pн — вероятность ответа «Нет»

Py — вероятность ответа «Да»

Рассчитываемые вероятности:

РАy — новая начальная априорная вероятность при ответе «Да»

РАн — новая начальная априорная вероятность при ответе «Нет»

После ответа на первый вопрос у нас вместо одной начальной априорной вероятности появляется две начальные априорные вероятности для второго вопроса - РА1y и РА1n, каждая из которых хранит в себе вариант ответа на предыдущий вопрос и т.д.

Пользователю в итоге выводится та страна, вероятность которой по итогам оказалась максимальной:

Рис. 3. Правило логического вывода

Пример расчета одной ветки решения ЭС:

Априорная вероятность Р для исхода «Франция» определена экспертом в 0,1.

1. Первый вопрос: «Завораживают ли Вас впечатляющие природные ландшафты (горные массивы, морские пейзажи и т.д.)?».

Для 1 вопроса, ответы для исхода Франция оцениваются: Да=0,4 и Нет = 0,6

При ответе на 1 вопрос «Да», расчет по формуле: Py * P / (Py * P + Pн * (1 - P)) имеет вид:

0,4* 0,1 /(0,4* 0,1 +0,6*(1- 0,1)) = 0,068966

2. На втором шаге число 0,068966 встает на место априорной вер-сти Р.

Второй вопрос: «Предпочитаете ли Вы проводить вечера за пивом в компании друзей/коллег?»

Для 2 вопроса, ответы для исхода Франция оцениваются, как: Да = 0,1 и Нет = 0,9

При ответе на 2 вопрос «Да», формула пересчитывается:

0,1* 0,068966 /(0,1* 0,068966 +0,9*(1- 0,068966)) = 0,008163

3. На третьем шаге число 0,008163 встает на место априорной вероятности Р.

Третий вопрос: «Нравится ли Вам посещать ночные клубы, танцевать и веселиться?»

Для 3 вопроса, ответы для исхода Франция оцениваются, как: Да = 0,5 и Нет = 0,5

При ответе на 3 вопрос «Да», формула пересчитывается:

0,5* 0,008163 /(0,5* 0,008163 + 0,5*(1- 0,008163)) = 0,008163

4. На четвертом шаге число 0,008163 встает на место априорной вер-сти Р.

Четвертый вопрос: «Следите ли Вы за модными трэндами или знаете что-нибудь новых коллекциях знаменитых дизайнеров?»

Для 4 вопроса, ответы для исхода Франция оцениваются, как: Да = 0,9 и Нет = 0,1

При ответе на 4 вопрос «Да», формула пересчитывается опять:

0,9* 0,008163 /(0,9* 0,008163 + 0,1*(1- 0,008163)) = 0,068963

5. На пятом шаге число 0,068963 встает на место априорной вероятности Р.

Пятый вопрос: «Нравится ли Вам анимэ (японские мультфильмы)?»

Для 5 вопроса, ответы для исхода Франция оцениваются, как: Да = 0,1 и Нет = 0,9

При ответе на 5 вопрос «Нет», формула пересчитывается следующим образом:

(1-0,1)* 0,068963/ ((1-0,1)* 0,068963+ (1-0,9)*(1- 0,068963) = 0,399991

6. На шестом шаге число 0,399991 встает на место априорной вероятности Р.

Шестой вопрос: «Будучи в незнакомом городе, предпочли бы Вы осмотреть архитектурные памятники и посетить достопримечательности вместо шоппинга или похода в клуб или на пляж?»

Для 6 вопроса, ответы для исхода Франция оцениваются, как: Да = 0,8 и Нет = 0,2

При ответе на 6 вопрос «Да», формула пересчитывается снова:

0,8* 0,399991 /(0,8* 0,399991 + 0,2*(1- 0,399991)) = 0,727265

7. На седьмом шаге число 0,727265 встает на место априорной вероятности Р.

Седьмой вопрос: «Нравится ли Вам восточная музыка, танец живота, пряности и специи»

Для 7 вопроса, ответы для исхода Франция оцениваются, как: Да = 0,4 и Нет = 0,6

После ответа на 7 вопрос «Да», формула пересчитывается:

0,4* 0,727265 /(0,4* 0,727265 +0,6*(1- 0,727265)) = 0,639991

8. На восьмом шаге число 0,639991 встает на место априорной вероятности (Р).

Восьмой вопрос: «Долго ли Вы можете прожить без солнца, тепла и моря?»

Для 8 вопроса, ответы для исхода Франция оцениваются, как: Да = 0,7 и Нет = 0,3

После ответа на восьмой вопрос «Да», формула пересчитывается:

0,7* 0,639991 /(0,7* 0,639991 +0,3*(1- 0,639991)) = 0,805749.

В данной Экспертной системе подобная окончательная вероятность окажется максимальной.

4. Этап разработки ЭС №4 «Выполнение»

Процесс создания ЭС выполнялся в программе MS Excel на листах рабочей книги и на языке VBA (Visual Basic for Applications) с целью упрощения рассмотренного ранее подсчета вероятностей конечных исходов, что осуществляется в VBA с помощью циклов (сам код достаточно объемный, поэтому см. файл «ЭС Климова.xlsm»). Остальные процессы осуществляются с помощью различных команд. Например, при ответе «Да» или «Нет» (при отметке пользователем одной из OptionButton на UserForm’e) и нажатии кнопки, «переводящей» пользователя к следующему вопросу, информация об ответе заносится в ячейку на рабочем листе, откуда затем берется информация для создания массива с числами, которые в последствие в цикле пересчитываются по формуле Байеса для получения вероятности исхода. Если же пользователь не отметил ни один из вариантов, в соответствующую ячейку автоматически заносится ответ «Нет». А, например, упомянутые выше операции с массивом и циклом выполняются при нажатии кнопки «Результаты?» на UserForm9.

Наполнение Базы Знаний:

Великобритания олицетворяет собой как многовековую историю, так и современную цивилизацию, сочетает в себе древние традиции и уникальные памятники архитектуры с ультрасовременными бизнес центрами и модными кафе. Она известна своими облаками и туманами. Здесь более половины всех дней в году облачные. Из спиртных напитков в этой стране наиболее употребимо пиво - черный эль и портер, особенно ценится бочковое пиво. В Великобритании преобладают средневысотные горы и возвышенности с глубоко врезанными речными долинами. В горах расположено много озер, в основном ледникового происхождения. Основными достопримечательностями являются средневековые замки. Из напитков наибольшее распространение получил чай.

Германия относится к зоне умеренно континентального климата. Зимы не очень холодные - средняя температура января около +1 градуса. Запивать плотный обед или ужин немцы предпочитают пивом. В этой стране его пьют всегда и везде. Настоящей Меккой для любителей этого напитка является Бавария. Германия богата озерами и такими горными ландшафтами, как Альпы. В Германии множество архитектурных памятников, дворцов, замков, соборов и прочих шедевров архитектуры.

Франция – это центр европейской моды, культуры, родина любви. Здесь сочетаются прекрасные пляжи Лазурного побережья, шикарные горнолыжные курорты французских Альп и строгая средневековая архитектура древнейших городов. Каждый может выбрать для себя свою Францию: замки, музеи, дворцы, пляжи, виноградники и винодельческие районы, лечебные курорты и красочную природу, горнолыжные курорты и великолепие Альп.

Италия. Кроме бесчисленных памятников культуры и руин древнеримской цивилизации, страна обладает прекрасными природными условиями - белоснежными склонами альпийских гор, прекрасными пляжами адриатического и средиземноморского побережий и очаровательными озерами севера. Помимо этого, Милан считается Меккой моды и стиля. Итальянцы темпераментны, общительны и активны, однако во время сиесты никто ничего делать не будет.

Бразилия довольно самобытная и контрастная. Пышные тропические леса соседствуют здесь с величественными горами, дикие джунгли - с роскошными пляжами, огромные реки - с пустынными плато, а ревущие водопады - с тихими и уютными океанскими бухтами. Кроме главной гордости - футбола и великолепных пляжей Атлантического побережья, Бразилия - это множественные кофейные плантации и девственные джунгли Амазонки, где живут многочисленные племена индейцев. Но, прежде всего, это страна карнавалов, самого захватывающего шоу в мире.

Китай – многоликая, но в то же время единая в своем многообразии страна. Здесь можно увидеть все: живописные традиционные деревни, современные мегаполисы, древние монастыри, необъятные просторы пустыни Гоби, заснеженные горные пики, уголки природы, охраняемые в многочисленных парках и заповедниках. Для китайцев характерен культ еды и большинство блюд китайской кухни весь остальной мир воспринимает крайне экзотическими в силу их разнообразия, насыщенности пряностями и необычного способа приготовления.

Япония полна своим особым восточным очарованием и любой сможет найти там для себя что-то наиболее близкое его менталитету и привычкам касательно климата или времяпрепровождения. На севере Японии развита инфраструктура для занятий зимними видами спорта, а на юго-востоке располагаются известные японские морские курорты. Эта страна представляет собой один большой исторический памятник, осматривать который можно круглогодично и каждый раз открывать для себя что-нибудь новое. Также в Японии культура «анимэ» получила огромное распространение. Для японской кухни больше всего характерны блюда из рыбы, морепродуктов и риса.

Финляндия. Несмотря на северное положение, эта страна поражает своей великолепной природой и обилием озерных, холмистых, лесных и равнинных пейзажей. Из напитков финны предпочитают кофе и, как и прочие северные народы с радостью проведут пятничный вечер в компании друзей с кружкой домашнего пива «котикалья». Для финнов характерно с давним времен чтить традиции посещения сауны, что является для них частью ежедневной жизни, а не каким-то особенным событием.

ОАЭ – это морская страна с сухим тропическим климатом. В Объединенных Арабских Эмиратах тепло круглый год и даже российской зимой можно купаться и загорать. ОАЭ со своими океанским побережьем, горным сафари и богатейшими городами – это настоящий рай для любителей впечатляющих природных ландшафтов и ультрасовременных мегаполисов. Эмираты знамениты своими пряными экзотическими мясными блюдами, и блюдами из морепродуктов, а также уникальными восточными лакомствами.

Канада – вторая по размерам страна в мире и совмещает в себе множеств уникальных природных ландшафтов: скалистые побережья, величественные хребты Кордильер, холмистые равнины, речные долины, и вся территория страны усыпана озерами. Из-за частого отсутствия солнечного света и холодного климата канадцам, как и любому другому северному народу, свойственно отдавать предпочтение спокойным дружеским вечерам в барах или в семейном составе в гостиной с камином.

Создание «дружественного» интерфейса:

Для данной ЭС характерно обилие ярких и качественных иллюстраций, тематически сходных с вопросами ЭС, что обуславливает ассоциативное визуальное восприятие вопросов и положительные впечатления от работы с экспертной системой.

Сам процесс создания интерфейса происходил в MS Excel c использованием языка VBA (Visual Basic for Applications). Были созданы 20 UserForm:

1) UserForm11 – стартовая, с которой пользователь (при нажатии кнопки “START”) переходит к 1-му вопросу на UserForm1:

2) UserForm1, UserForm2, …, UserForm8 – «юзерформы» всех 8 вопросов. После выбора ответа на 1 из вопросов, пользователь «переходит» к следующему с помощью кнопки, расположенной на юзерформах («К вопросу №*»):

3) Назначение UserForm 9 заключается только в том, чтобы с предыдущей «юзерформы» занести информацию об ответе на последний вопрос в ячейку Excel. Данную операцию можно было бы прописать и в коде кнопки на UserForm8, но еще одна впечатляющая иллюстрация оказывает положительное влияние на впечатления пользователя. Кроме того, она еще на несколько секунд сохраняет интригу об окончательном результате, к которому пользователь переходит с помощью кнопки «Результаты» на данной UserForm9:

Далее при нажатии на MsgBox’e кнопки «ОК» пользователь переходит к Userform’е относящейся к полученному им результату о наиболее подходящей ему стране для жизни с описаниями этой страны из Базы Знаний и иллюстрацией (UserForm10, UserForm12, UserForm13,…, UserForm20):

5. Этап разработки ЭС №5 «Опытная эксплуатация»

Одного разработанного прототипа ЭС оказалось достаточно, поскольку он удовлетворяет обозначенным ранее целям ЭС и вполне работоспособен.

Однако, также стоило бы и защитить систему от различных ошибок, обусловленных человеческим фактором. Например, предупреждение в окне MsgBox, если пользователь пытается перейти к следующему вопросу, не ответив на текущий. Или же обеспечить пользователя возможностью вернуться к предыдущему вопросу с помощью кнопок «Назад». Такие опции сделали бы систему более удобной, защищенной и функциональной.

6. Этап разработки ЭС №6 «Тестирование»

Если в процессе тестирования обнаруживаются ошибки, необходимо вернуться к одному из предыдущих этапов разработки ЭС в зависимости от самих ошибок и недочетов:

- к этапу идентификации или концептуализации, если ошибки связаны с формулированием, соответствием требованиям ЭС, моделями знаний, понятиями, метапонятиями и связями между ними;

- к этапу формализации, если ошибки касаются процесса перевода структуры знаний на язык ЭС (напр., VBA) и необходимо их переконструирование;

- к этапу выполнения, если необходимость исправления ошибок состоит только в усовершенствовании ЭС;

- или же к опытной эксплуатации, если можно переходить к завершающему этапу разработки ЭС.

Протоколы:

Имя, Фамилия	Общее впечатление	Ваше мнение об интерфейсе ЭС	Насколько итоговый результат ЭС совпал с Вашим личным мнением о стране, которая Вам подходит для жизни?	Рекомендации по улучшению ЭС
Вероника Кун	Шик	Очень здорово! Красивые большие картинки, все читаемо!	Да! (Только в Китае народа многовато)	Можно немного о стране добавить, но можно и без этого.
Эвелина Антонова	Потрясающе! Но я от тебя другого и не ожидала!	Все очень здорово, красиво, изысканно!	Ну на самом деле я не очень хотела бы жить в Великобритании	Мне нечего добавить!
Елизавета Леморчук	Прекрасная экспертная система	Красиво оформлена, очень понравилось	Конечно, я никогда не думала, что моя страна – Бразилия, но узнать что-то новое было интересно	Все шикарно!
Алина Салихова	Мне безумно понравилось оформление, яркое, доступное для восприятия.	Понравилось все, я в восторге	Страна немного не совпала с желаемым.	–
Мария Стельмах	Интересная тема, очень красочно.	Все как нужно	Полностью	Побольше бы описаний (к результату, например)
Юлия Коваленко	Интересная тема	Впечатляющие картинки; интересный переход к следующему вопросу	Полностью совпал	Претензий нет! Система замечательно работает
Анастасия Жадринская	Красивая, грамотно сделанная ЭС	Удобно, красиво, функционально	Точно совпал	Раскрыть информацию о выдаваемых результатах
Аветисян Артур	Интересные вопросы	Очень удобно	Полностью совпал	–
Алла Гамаля	Яркая, интересная ЭС. Очень понравилась!	Привлекательный удобный интерфейс	Совпадает, мне нравится Бразилия	Отсутствуют!
Екатерина Токарева	Очень понравились вопросы	Удобный и красивый интерфейс	Совпадает сильно	Все понравилось, добавлений нет.

---

Дата добавления: 2015-10-29