Hệ chuyên gia

Hệ chuyên gia (Expert System) PGS.TS Phan Huy Khánh khanhph@vnn.vn Chương Mở đầu hệ chuyên gia 1.2 Hệ chuyên gia (HCG) ? a Hệ chuyên gia lĩnh vực ứng dụng trí tuệ nhân tạo a Có nhiều cách định nghĩa HCG : V E Feigenbaum : «Hệ chuyên gia (Expert System) chương trình máy tính thơng minh sử dụng tri thức (knowledge) thủ tục suy luận (inference procedures) để giải tốn tương đối khó khăn địi hỏi chuyên gia giải được» V Hệ chuyên gia hệ thống tin học mơ (emulates) lực đoán (decision) hành động (making abilily) chuyên gia (con người) V Một hệ chuyên gia sử dụng tri thức lĩnh vực cụ thể để cung cấp việc giải vấn đề với “chất lượng chuyên gia” lĩnh vực 2/57 What is an Expert System? a Expert System: A computer program that: V V V Attempts to code the knowledge of human experts in the form of heuristics (i.E A rule of thumb) Emulates the decision-making ability of a human expert in a restricted domain Edward Feigenbaum: “An intelligent computer program that uses knowledge and inference procedures to solve problems that are difficult enough to require significant human expertise for their solutions” a A computer program which: V Encapsulates knowledge from some domain, normally obtained from a human expert in that domain 3/57 Khái niệm chuyên gia sống a Trong sống, chuyên gia giải vấn đề mức độ cao họ có nhiều tri thức lĩnh vực họ hoạt động a Những tri thức bao gồm lý thuyết đến kinh nghiệm, kỹ xảo, phương pháp làm tắt, chiến lược heuristic tích lũy chuyên gia người qua trình làm việc họ lĩnh vực chuyên môn a Từ tri thức này, người ta cố gắng cài đặt chúng vào hệ thống để hệ thống mơ theo cách thức chuyên gia làm việc a Tuy nhiên, không giống với người, chương trình khơng tự học lấy kinh nghiệm : V Tri thức phải lấy từ người V Được mã hóa ngơn ngữ hình thức để khai thác a Đây nhiệm vụ mà nhà thiết kế HCG phải đương đầu 4/57 Bách khoa toàn thư mở Wikipedia a HCG, gọi hệ thống dựa tri trức, chương trình máy tính chứa số tri thức đặc thù nhiều chuyên gia người chủ đề cụ thể a Các chương trình thuộc loại phát triển từ thập kỷ 1960 1970, trở thành ứng dụng thương mại từ thập kỷ 1980 a Nhiều HCG thiết kế xây dựng để phục vụ lĩnh vực kế toán, y học, điều khiển tiến trình (process control), dịch vụ tư vấn tài (finalcial service), tài nguyên người (human resources), v.v 5/57 Bách khoa toàn thư mở Wikipedia a Dạng phổ biến HCG : V V V Một chương trình gồm tập luật phân tích thơng tin (thường cung cấp NSD hệ thống) lớp vấn đề cụ thể Những phân tích vấn đề xác định Tùy theo thiết kế chương trình mà đưa lời khuyên trình tự hành động cần thực để giải vấn đề a HCG sử dụng tri thức chuyên gia để giải vấn đề (bài toán) khác thuộc lĩnh vực a Là hệ thống sử dụng khả lập luận để đạt tới kết luận a Các thuật ngữ có nghĩa : V V V Hệ chuyên gia Hệ thống dựa tri thức (knowledge−based system) HCG dựa tri thức (knowledge−based expert system) 6/57 Lớp vấn đề HCG_1 Diễn giải (interpretation) Đưa kết luận hay mô tả dễ hiểu từ tập hợp liệu thô Dự đốn (prediction) Đưa hậu xảy cho trước tình Chẩn đốn (diagnosis) Xác định nguyên nhân cố tình phức tạp dựa triệu chứng quan sát Thiết kế (design) tìm cấu hình cho thành phần hệ thống, đáp ứng mục tiêu thỏa mãn tập hợp ràng buộc thiết kế Lập kế hoạch (planning) Tìm chuỗi hành động để đạt tập hợp mục tiêu, cho trước điều kiện khởi đầu ràng buộc thời gian chạy (run-time) 7/57 Lớp vấn đề HCG_2 Theo dõi (monitoring) So sánh hành vi quan sát hệ thống với hành vi mong đợi Bắt lỗi sửa chữa (debuging and repair) Chỉ định cài đặt phương pháp chữa trị cho cố, rủi ro Hướng dẫn (instruction) Phát sửa chữa thiếu sót quan niệm học viên chủ đề lĩnh vực Điều khiển (control) Chỉ đạo hành vi môi trường phức tạp 8/57 Tổ chức hoạt động HCG a Một hệ chuyên gia gồm ba thành phần : V Cơ sở tri thức (knowledge base) nơi chứa tri thức HCG V Máy suy diễn hay môtơ suy diễn (inference engine) V Hệ thống giao tiếp với người sử dụng (user interface) a Khai thác HCG : Người sử dụng (User) đặt câu hỏi (truy vấn) HCG cách : V Cung cấp kiện (facts) biết, có thật hay tri thức có ích (luật-rules) cho hệ chuyên gia, nhận câu trả lời a Hoạt động HCG : V Máy suy diễn khai thác sở tri thức để tạo câu trả lời lời khuyên hay gợi ý đắn (expertise) cho người sử dụng qua hệ thống giao tiếp 9/57 Knowledge Engineering in a Nutshell Human Expert Dialog Knowledge Engineer Knowledge Refinement Explicit Knowledge Knowledge base (In ES) 10/57 Các sai sót khác a Sai sót cú pháp V Do biểu diễn sai dạng luật kiện V sai sót ngữ nghĩa V sai sót tri thức chuyên gia bước trước a Sai sót máy suy diễn V Máy suy diễn chương trình nên gặp lỗi thực xác định nguyên nhân V Tuy nhiên, việc xác định lỗi số HCG gặp khó khăn, phụ thuộc vào công cụ phần mềm sử dụng 30/53 Sai sót nguyên nhân sai sót Chuyên Chuyên gia gia (expert) (expert) a Sai sót tri thức chuyên gia : a Công nghệ tri thức (knowledge engineer) Cơ sở tri thức (knowledge base) Máy suy diễn (inference engine) Phép suy diễn (inference chain) a a thiếu sót nhầm lẫn Sai sót mặt ngữ nghĩa công nghệ tri thức chuyên gia Suy luận (elicitation) không đầy đủ tri thức từ chuyên gia Sai sót mặt cú pháp a Sai sót thiếu sót nhầm lẫn tri thức luật kiện, tính khơng chắn a Lỗi máy suy diễn, lỗi phần mềm công cụ HCG a Lỗi suy diễn xác định sai độ ưu tiên luật, tương tác luật, sai sở tri thức, suy luận không quán 31/53 Bộ sinh HCG a Bộ sinh HCG (Expert System Generator) bao gồm : V V V Một máy suy diễn, Một ngôn ngữ thể tri thức (bên ngoài) Một tập hợp cấu trúc quy ước thể tri thức (bên trong) a Theo cách đó, cấu trúc quy ước xác định sở tri thức rỗng (hay rỗng phận) a Nhờ tri thức chuyên môn để định nghĩa HCG, người ta tạo sinh để làm đầy sở tri thức V V Chẳng hạn, EMYCIN tên sinh HCG MYCIN tiếp tục áp dụng cho số lĩnh vực HCG R1 xây dựng từ sinh OPS (là hệ thống luật phát triển Charles Forgy năm 1975 Carnegie-Mellon University) 32/53 Một số hậu duệ EMYCIN EMYCIN PUFF bệnh lý phổi HEADMED dược học tâm thần (Psycho-Pharmacology) SACON xây dựng khí DART hỏng hóc máy tính SECOFOR khoan dầu mỏ TOM bệnh lý cà chua 33/53 Một số hậu duệ OPS-5 OPS-5 R1/XCON cấu hình máy tính ACE bảo vệ đường dây điện thoại AIRPLAN cất cánh hạ cánh máy bay AI-SPEAR theo dõi máy tính YES / MVS điều khiển máy tính 34/53 Thống kê luật cácHCG a Nhờ sinh, hệ HCG chứa từ hàng trăm đến hàng ngàn luật a Bảng thống kê số luật số HCG : HCG Lĩnh vực Năm xuất Số luật MYCIN Y học 1974 500 PROSPECTOR Địa chất 1979 600 R1/XCON Tin học 1980 > 000 LITHO Địa chất 1982 500 SPHINX Y học 1984 400 TOM Nơng học 1984 200 35/53 Khả «học» (learn) a Một nét hấp dẫn tiếp cận HCG khả «học» (learn) hệ thống nhằm thường xuyên sửa đổi hoàn thiện sở tri thức vốn có a Sơ đồ cho biết tiến triển hai HCG tiếng Mỹ MYCIN R1 : V MYCIN 1974 : V R1 1980 : 1981 : 1982 : 1983 : 1984 : 1985 : 200 luật : 500 luật 800 000 500 000 > 000 > 000 36/53 Soạn thảo luật a Người ta sử dụng số quy ước soạn thảo luật sau : V Mỗi luật chuyên gia cung cấp : ™ ™ V Phải định nghĩa điều kiện khởi động (tác nhân) hay tiền đề luật, nghĩa tình (được xác định quan hệ tập hợp liệu cho) hậu luật, để luật áp dụng Theo cách dùng thông thường, người ta đặt tên riêng cho luật để chọn áp dụng, cung cấp nhóm kiện (fact) tương thích với điều kiện khởi động luật Trong luật, không người ta định luật khác tên riêng a Ví dụ : luật R sau tuân thủ hai đặc trưng : IF AND THEN bệnh nhân sốt tốc độ lắng huyết cầu máu tăng lên bệnh nhân nhiễm bệnh virut 37/53 Nhận xét a Phương pháp biểu diễn tri thức sử dụng luất có nhiều ưu điểm người ta thường sử dụng phương pháp để phát triển HCG V Cách biểu diễn điều kiện khởi động luật phù hợp với cách tư tự nhiên chuyên gia V Người ta dễ dàng thể sửa đổi tri thức tiếp nhận V Người ta không thiết phải đặt tên cho luật để gọi đến cần, mà khai thác thơng tin từ điều kiện khởi động luật 38/53 Structure of a rule-based expert system a In the early seventies, Newell and Simon from CarnegieMellon University proposed a production system model, the foundation of the modern rule-based expert systems a The production model is based on the idea that humans solve problems by applying their knowledge (expressed as production rules) to a given problem represented by problem-specific information a The production rules are stored in the long-term memory and the problem-specific information or facts in the shortterm memory 39/53 Production system model Long-term Memory Short-term Memory Production Rule Fact REASONING Conclusion 40/53 Basic structure of a rule-based expert system Knowledge Base Database Rule: IF-THEN Fact Inference Engine Explanation Facilities User Interface User 41/53 Complete structure of a rule-based expert system External Database External External Program Program Database Knowledge Base Fact Rule: IF-THEN Inference Engine Expert System Explanation Facilities User Interface Developer Interface User User Knowledge Knowledge Engineer Engineer Expert Expert 42/53 Comparison of expert systems with conventional systems and human experts _ 43/53 Comparison of expert systems with conventional systems and human experts _ 44/53 ... đối khó khăn địi hỏi chuyên gia giải được» V Hệ chuyên gia hệ thống tin học mơ (emulates) lực đoán (decision) hành động (making abilily) chuyên gia (con người) V Một hệ chuyên gia sử dụng tri thức.. .Hệ chuyên gia (HCG) ? a Hệ chuyên gia lĩnh vực ứng dụng trí tuệ nhân tạo a Có nhiều cách định nghĩa HCG : V E Feigenbaum : ? ?Hệ chuyên gia (Expert System) chương trình... 12/57 Đặc trưng hệ chuyên gia a Có bốn đặc trưng hệ chuyên gia : V Hiệu cao (high performance) Khả trả lời với mức độ tinh thông cao so với chuyên gia (người) lĩnh vực V Thời gian trả lời thoả