Основы создания миварных экспертных систем

ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ 
МИВАРНЫХ 
ЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМ

О.О. ВАРЛАМОВ

Москва
ИНФРА-М
2021

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

УДК [004.8+007.52](075.8)
ББК 32.813я73
 
В18

Варламов О.О.
В18  
Основы создания миварных экспертных систем : учебное пособие / О.О. Варламов. — Москва : ИНФРА-М, 2021. — 267 с. — 
DOI 10.12737/1513119.

ISBN 978-5-16-017012-1 (print)
ISBN 978-5-16-109602-4 (online)

Рассмотрены методологические и прикладные вопросы основ создания баз знаний 
и экспертных систем логического искусственного интеллекта. Описан программный комплекс «Конструктор экспертных систем миварный (КЭСМИ) Wi!Mi РАЗУМАТОР» 
(версии 2.1), который представляет собой удобный инструмент для разработки интеллектуальных информационных систем. Приведены примеры создания миварных экспертных 
систем и несколько лабораторных работ. Читатель, изучив данное учебное пособие, сможет 
самостоятельно создавать экспертные системы на основе КЭСМИ. 
Учебное пособие по направлению подготовки «Информатика и вычислительная техника» предназначено для студентов, бакалавров, магистрантов, аспирантов, изучающих 
методы искусственного интеллекта, применяемых в системах обработки информации 
и управления, а также для пользователей и специалистов, создающих миварные модели 
знаний, экспертные системы, автоматизированные системы управления и системы поддержки принятия решений. 
Ключевые слова: кибернетика, искусственный интеллект, мивар, миварные сети, базы 
данных, модели данных, экспертная система, интеллектуальные системы, многомерная открытая гносеологическая активная сеть, MOGAN, MIPRA, КЭСМИ, Wi!Mi, Разуматор, 
базы знаний, графы знаний, сети знаний, Большие знания, продукции, логический вывод, 
системы поддержки принятия решений, системы принятия решений, автономные роботы, 
рекомендательные системы, универсальные инструменты знаний, конструкторы экспертных систем, логический искусственный интеллект.

УДК [004.8+007.52](075.8)
ББК 32.813я73

А в т о р:
Варламов О.О., доктор технических наук, профессор кафедры ИУ-5 Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана (НИУ), 
Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ), Института цифровых технологий Российского федерального 
ядерного центра — Всероссийского научно-исследовательского института экспериментальной физики, президент, председатель научно-технического совета 
НИИ «МИВАР» (e-mail: ovar@narod.ru; ovarlamov@gmail.com; info@mivar.ru) 

Н а у ч н ы е  р е ц е н з е н т ы:
Балдин А.В., доктор технических наук, профессор; 
Остроух А.В., доктор технических наук, профессор; 
Теслинов А.Г., доктор технических наук, профессор 

ISBN 978-5-16-017012-1 (print)
ISBN 978-5-16-109602-4 (online)
© Варламов О.О., 2021

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................. 4

1.  ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ ................................................. 8

2.  МИВАРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ .......................................................... 45

3. ВОЗМОЖНОСТИ И ПРЕИМУЩЕСТВА МИВАРНОГО

ПОДХОДА ......................................................................................... 70

4. МИВАРНАЯ ЛОГИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА .................................. 78

5. РУКОВОДСТВО ПО КЭСМИ РАЗУМАТОР Wi!Mi 2.1 ............ 103

6. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ .......................................................... 133

7. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ ............................................ 201

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .................................................................... 203

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ .................................................................. 266

ВВЕДЕНИЕ

Миварный
подход
относится
к
научному
направлению

«искусственный интеллект» и развивается уже более 30 лет [1—5]. В

исследованиях применяются два основных сокращения, используемые

на
английском
и
русском
языках: 
MIVAR 
(Multidimensional 

Informational Variable Adaptive Reality) или МИВАР (Многомерная

Информационная Варьирующаяся Адаптивная Реальность). Вместе с

тем миварный подход объединяет и другие научные области, среди

которых информатика и дискретная математика, включая теорию

графов, сети Петри, теорию предикатов. Рассматриваемый подход

может использоваться при разработке экспертных систем, систем

логического вывода на основе развития продукций, в робототехнике, 

многоагентных системах, в системах распознавания образов, системах

понимания естественного языка и т.д.  

В XX в. стали активно создаваться различные экспертные

системы [6-8]. Такие системы, концентрируя знания специалистов, 

дают возможность тиражировать их для консультаций пользователей. 

Однако в силу сложности формализованного описания предметных

областей
и
того, что
системы
логического
вывода
не
могли

обрабатывать
большое
количество
объектов
или
правил, такие

экспертные
системы
разрабатывались
для
отдельных

узконаправленных предметных областей [9-18]. Параллельно с этим

развивались интеллектуальные пакеты прикладных программ, которые

позволяли решать задачи из различных областей, где требовались

конструирование
алгоритмов
решения
задач
и
вычисления
в

автоматизированном
режиме. 
Обе
разработки
предопределили

возникновение экспертных систем нового поколения. Их появление

дает возможность автоматизировать решение различных сложных

интеллектуальных
задач
и
повышает
конкурентоспособность
их

пользователей. Одной из современных разработок в данной сфере

можно
назвать
созданный
на
основе
миварных
технологий

программный
комплекс
КЭСМИ Wi!Mi РАЗУМАТОР, который

позволяет находить алгоритм решения задач в предметных областях, 

содержащих более 5 млн переменных и правил, за доли секунды на

обычных компьютерах и ноутбуках.  

Сама идея создания миварных технологий появилась в 1985 г. в

процессе
решения
задачи
о
применении
сетей
Петри
для

автоматического решения геометрических задач о треугольниках, где

по разным параметрам (углам, сторонам треугольника, высотам и т.д.) 

с использованием существующих формул всегда можно найти другие

параметры, например, площадь, периметр и др. Такая разработка

должна была применяться как основа для создания прототипов

интеллектуальных
пакетов
прикладных
программ
различного

назначения. Однако в процессе изучения сетей Петри были выявлены

ограничения и неполная пригодность данного формализма даже для

решения таких простых задач, как расчет параметров треугольника, в

связи с чем потребовалось создание нового формализма, позже

получившего название миварного подхода. 

Здесь стоит особенно отметить профессора Ю.Г. Ростовцева [19], 

который
поддержал
идею
миварного
подхода, подчеркнув
что, 

рассматривая
любые
теоретические
вопросы, нельзя
забывать
о

важности решения именно практических задач и о необходимости

разработки новых инструментов. При этом всегда надо помнить, что

любой
математический
формализм 
— 
это
ограничения
на

предметную
область, а
значит
упрощение
реальной
жизни, и

следовательно, надо вовремя переходить к новым инструментам. 

Миварные технологии можно отнести к одному из таких новых

инструментов. Эти технологии, как подтверждает опыт преподавания

дискретной математики студентам ряда московских вузов, по своей

сути являются простыми для освоения и понимания.

В учебном пособии изложены теоретические основы миварного

подхода, которые за прошедшее время получили свое подтверждение и

практическое
развитие
в
различных
предметных
областях. 

Разнообразие материала в этой книге объясняется универсальностью

миварного
подхода
и
возможностью
его
применения
к
многим

областям искусственного интеллекта. Подчеркнем, что к настоящему

моменту по тематике миварных технологий опубликовано более 670 

научных и учебно-методических работ [1-5, 20-685], а количество

исследователей – авторов и соавторов этих публикаций превышает 150 

человек.  

Отдельно стоит подчеркнуть, что необходимо помнить и о том, 

что
кроме
положительной
стороны
стремительного
развития

информатики и искусственного интеллекта (ИИ) есть и обратная

сторона медали. К отрицательным сторонам можно отнести многие

проблемы
информационной
безопасности
и
технической
защиты

информации. 
Есть
и
другие
потенциальные
отрицательные

последствия, 
о
которых
достаточно
широко
известно
по

катастрофическим
прогнозам
фантастов. 
Как
бы
скептически

человечество ни относились к такого рода перспективам, но учитывать

и изучать подобные вероятности необходимо заранее. При создании

систем ИИ обязательно должен проводиться анализ отрицательных

последствий и разработка предложений по их недопущению.  

В литературе [1-5, 20-685] показано, что на основе миварного

подхода создан Логический искусственный интеллект (ЛИИ), который

позволил перейти на качественно новый уровень научных достижений

по всем направлениям ИИ: представление знаний; планирование

целесообразного поведения; общение с ЭВМ на естественном языке; 

распознавание зрительных образов и понимание речевой информации. 

Создан
программный
комплекс
КЭСМИ «Wi!Mi РАЗУМАТОР», 

который позволяет практически любому человеку самостоятельно

создать свою собственную экспертную систему и материализовать

свои знания. 

В данной работе использованы материалы, которые подготовили

и проверили: Чибирова М.О., Хадиев А.М., Антонов П.Д., Сергушин

Г.С., Сараев Д.В., Назаров К.В. Благодарю их за помощь в подготовке

данного учебного пособия.  

Выражаю
благодарность за
поддержку своей семье, всему

дружному коллективу кафедры ИУ-5 МГТУ им. Н.Э. Баумана и НИИ

МИВАР, а также отдельно тем, кто поддерживает развитие миварных

технологий логического искусственного интеллекта: Балдин А.В., 

Болнокин
В.Е., Варивода
В.Б., Волгин
Е.В., Гапанюк
Ю.Е., 

Городецкий В.И., Заяц В.Т., Кононенко А.А., Курейчик В.В., Курейчик

В.М., Лазарев В.М., Никитин М.М., Остроух А.В., Отвиновский В.В., 

Ростовцев
Ю.Г., Солнцев
С.В., Терехов
В.И., Теслинов
А.Г., 

Черненький В.М., Шумский С.А.   

1.  ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ

1.1. Искусственный интеллект. Определение и приложения

Большой интерес у исследователей вызывает вопрос: создан ли

уже искусственный интеллект (ИИ)?  

Итоги дискуссий и разнообразных круглых столов на научных

конференциях однозначно показывают, что ответы на него прямо

противоположны: от категоричного отрицания самой возможности

создания ИИ, до утверждений, что он уже создан. Такая ситуация

вызвана
отсутствием
устоявшегося
определения
термина

«искусственный
интеллект», 
что
обуславливает
необходимость

введения шкалы измерения интеллектуальности различных систем. 

Постепенно именно такой подход получает все большую поддержку

научного сообщества, поскольку он позволяет свести споры о создании

ИИ к единой базе и точке отсчета. 

По мере развития ИИ компьютерам передавалось все большее

количество
функций
и
возможностей (под
словом «компьютер» 

подразумеваются и программы, и аппаратные устройства, которые

создаются человеком). При этом наблюдается закономерность: как

только программистам удавалось создать новую автоматическую

систему решения творческих человеческих задач, некоторые ученые

переводили
эту
задачу
в
разряд
нетворческих
и
продолжали

утверждать, что ИИ не существует. За 50 лет развития компьютеров

осталось не так уж много задач, которые люди все еще решают лучше.  

Компромисс при определении термина «искусственный интеллект» 

возможен при следующих условиях: 

- широкое признание того, что область ИИ и сам ИИ — это

усилитель человеческих мыслительных возможностей, и он

нужен прежде всего для автоматизации различных функций при

работе с информацией; 

- введение
некой
шкалы
автоматизации, активности
или

интеллектуальности человеко-машинных систем и компьютеров; 

- признание того, что некие достаточно простые формы усиления

мышления или его автоматизации уже созданы, т.е. некие

прототипы ИИ уже существуют. Доказательством этого тезиса

служит то, что современный человек уже не мыслит своей жизни

без
компьютеров, 
которые
в
любом
случае
создают

преимущества для своих владельцев. 

Стоит
напомнить, 
что
изначально
область
ИИ
занималась

автоматизацией
разумной
деятельности
человека. 
Все

соответствующие западные и российские исследования направлены

именно на это (миварные технологии, описанные в данной книге, 

преследуют ту же цель). Поэтому несмотря на различные споры о том, 

что же является искусственным интеллектом, в данном контексте

целесообразно будет привести следующее формальное определение

ИИ.  

Искусственный
интеллект
—
область
информатики, 

занимающаяся автоматизацией разумной деятельности человека.

Под термином системы искусственного интеллекта в данной книге

понимаются активные самообучающиеся логически рассуждающие

системы (ЛРС).  

Стоит отметить, что представленное определение не раскрывает

проблему создания полностью автоматического ИИ, который по своим

возможностям будет превосходить как «типового» человека, так и

самого «умного» (данную трактовку термина применяют противники

возможности создания полноценного ИИ).  

1.2. Анализ принципиально новых возможностей информатизации

Информатизация — это применение и развитие компьютерных

технологий. В современном состоянии это, в частности, означает

повсеместное использование территориально распределенных

гетерогенных компьютерных сетей и систем. Необходимо сразу же

выделить два принципиально разных уровня информатизации: 

•
физический (оборудование, каналы связи и т.п.); 

•
логический (программное обеспечение, алгоритмы, данные и

т.п.). 

На логическом уровне, по существу, компьютеры материализуют

человеческие
мысли, т.е. выполняют
написанные
определенные

алгоритмы и программы. Алгоритмы могут быть самыми разными. 

Человек, разрабатывая алгоритм и создавая программу, «отделяет» от

себя свои мысли, дает им самостоятельную жизнь, но потом может

воспользоваться результатами работы созданных программ. До тех пор

пока не создан полноценный автономный искусственный интеллект, 

компьютер является усилителем мыслительной деятельности человека. 

Принципиальное свойство информатизации — усиливать человеческие

интеллектуальные способности. Таким образом, можно прийти к

выводу, что ни одна система без человека не работает, то есть, если

мыслей и интеллекта нет, то и усиливать нечего. 

Основные процессы, которые автоматизирует информатика — 

это сбор, передача, обработка, хранение и представление данных