Tiểu luận Công nghệ tri thức và ứng dụng XÂY DỰNG HỆ CHUYÊN GIA GIÚP CHUẨN ĐOÁN BỆNH HEN SUYỄN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN PHÒNG ĐT SĐH-KHCN&QHĐN TIỂU LUẬN MÔN CÔNG NGHỆ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG HỆ CHUYÊN GIA GIÚP CHUẨN ĐOÁN BỆNH HEN SUYỄN Giảng viên: GS.TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM Học viên thực hiện: ĐẶNG BẢO ÂN Mã số học viên: CH1301077 TP. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2014 CÔNG NGHỆ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG SVTH: Đặng Bảo Ân (CH1301077) LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến GS.TSKH. Hoàng Văn Kiếm, người Thầy tâm quyết đã truyền đạt những kiến thức quý báu không chỉ là lý thuyết mà Thầy còn hướng dẫn cách thức tìm hiểu, phân tích và vận dụng lý thuyết cụ thể. Em xin chân thành cảm ơn Thầy vì sự hướng dẫn của Thầy trong quá trình thực hiện tiểu luận này. Em xin chân thành cảm ơn Phòng Đào tạo sau Đại học đã tạo mọi điều kiện để em hoàn thành báo cáo này. Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các anh chị, bạn bè và những người đã thường xuyên trao đổi, thảo luận và đóng góp ý kiến cho tôi về các vấn đề liên quan trong thời gian qua. Một lần nữa xin chân thành cảm ơn đến tất cả những người đã quan tâm đến tiểu luận của em. Tuy nhiên, trong quá trình làm việc không thể tránh khỏi những sai sót, rất mong sự đóng góp ý kiến nhiệt tình của Thầy và các bạn. Học viên thực hiện Đặng Bảo Ân NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN 2 CÔNG NGHỆ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG SVTH: Đặng Bảo Ân (CH1301077) Điểm bằng số Điểm băng chữ TP Hồ Chí Minh, ngày tháng 10 năm 2014 NHẬN XÉT GIẢNG VIÊN GS.TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM LỜI NÓI ĐẦU 3 CÔNG NGHỆ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG SVTH: Đặng Bảo Ân (CH1301077) Hệ chuyên gia, còn gọi là hệ thống dựa trên tri thức, là một chương trình máy tính chứa một số tri thức đặc thù của một hoặc nhiều chuyên gia con người về một chủ đề cụ thể nào đó. Các chương trình thuộc loại này đã được phát triển từ các thập niên 1960 và 1970, và trở thành ứng dụng thương mại từ thập niên 1980. Dạng phổ biến nhất của hệ chuyên gia là một chương trình gồm một tập luật phân tích thông tin (thường được cung cấp bởi người sử dụng hệ thống) về một lớp vấn đề cụ thể, cũng như đưa ra các phân tích về các vấn đề đó, và tùy theo thiết kế chương trình mà đưa lời khuyên về trình tự các hành động cần thực hiện để giải quyết vấn đề. Đây là một hệ thống sử dụng các khả năng lập luận để đạt tới các kết luận. Nhiều hệ chuyên gia đã được thiết kế và xây dựng để phục vụ các lĩnh vực kế toán, y học, điều khiển tiến trình (process control), dịch vụ tư vấn tài chính (financial service), tài nguyên con người (human resources), v.v Với mục đích tìm hiểu sâu hơn những kiến thức được truyền đạt trên lớp, học viên quyết định thực hiện tiểu luận trình bày kết quả tìm hiểu về hệ chuyên gia và ứng dụng thực tế của hệ chuyên gia qua việc “Xây dựng hệ chuyên gia giúp chuẩn đoán bệnh Hen suyễn”. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn Thầy Hoàng Văn Kiếm đã tận tình giảng dạy và hướng dẫn để em hoàn tất bài tiểu luận này. Chúc Thầy được nhiều sức khỏe. Học viên thực hiện Đặng Bảo Ân 4 CÔNG NGHỆ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG SVTH: Đặng Bảo Ân (CH1301077) MỤC LỤC PHẦN1 GIỚI THIỆU 7    ! "#$%&'()*+ PHẦN2 TÌM HIỂU VỀ BỆNH HEN SUYỄN 10  ,- ./012- 12345627)8- *9:)*$*,- ;*$<=<0 >(- ?$@A& >- ;*$*,BCD,2 EF7D2 EF7DGD. EF7DC:( "H:I72 "H:I727@5J "H:I727@5=@47D2 PHẦN3 GIỚI THIỆU HỆ CHUYÊN GIA 13 1*90I)'K & ) =@<0*90L PHẦN4 KIẾN TRÚC TỔNG QUÁT CỦA HỆ CHUYÊN GIA 17 ";)C8,(<0@*90 "M4$@A'&N*90 "MA'OPQ&@2+ 5 CÔNG NGHỆ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG SVTH: Đặng Bảo Ân (CH1301077) "MA'EQ&24+ "MA'QRH7C7- "#=S&5&7D*90- "#=S&5(TDIU4G- "#4<0*90 "VW77!CXDIU ""EDC ,CDC(=S&5D" ""YZU4*IU&7D*90L ""H ,CDC4*S[L ""H ,CDC4*SI\ PHẦN5 THIẾT KẾ HỆ CHUYÊN GIA 29 ]^U7D_D+ ]ED( `CD&=*90 ]aIbDcH&7d2M002@2e ]^CU&5 ]RC:C$c^22I2&*H&7(I2@e ]"#7&')CD&= ]W04f&7D&'CD&=*90 PHẦN6 XÂY DỰNG HỆ CHUYÊN GIA GIÚP CHUẨN ĐOÁN BỆNH HEN SUYỄN 35 Lg`$] LH:h] LY&N ,&'] LMA'4*SL LE,4T&5 LE ,&')@ 6 CÔNG NGHỆ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG SVTH: Đặng Bảo Ân (CH1301077) DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 3-1 Một số ứng dụng của hệ chuyên gia 13 Hình 3-2 Hoạt động của hệ chuyên gia 14 Hình 3-3 Quan hệ giữa lĩnh vực vấn đề và lĩnh vực tri thức 15 Hình 4-4 Những thành phần cơ bản của một hệ chuyên gia 17 Hình 4-5 Quan hệ giữa máy suy diễn và cơ sở tri thức 18 Hình 4-6 Kiến trúc hệ chuyên gia theo J. L. Ermine 19 Hình 4-7 Kiến trúc hệ chuyên gia theo C. Ernest 19 Hình 4-8 Kiến trúc hệ chuyên gia theo E. V. Popov 20 Hình 4-9 Biểu diễn tri thức nhờ mạng ngữ nghĩa 25 Hình 4-10 Biểu diễn tri thức nhờ ngôn ngữ nhân tạo trong MYCIN 25 Hình 4-11 Nền tảng của công nghệ hệ chuyên gia dựa trên luật hiện đại 26 Hình 5-12 Thiết kế một hệ chuyên gia 29 Hình 5-13 Quản lý dự án phát triển một hệ chuyên gia 31 Hình 5-14 Tiếp nhận tri thức trong một hệ chuyên gia 32 Hình 5-15 Các giai đoạn phát triển một hệ chuyên gia 33 Hình 5-16 Sai sót và nguyên nhân sai sót trong các hệ chuyên gia 34 Hình 6-17 Sơ đồ kiến trúc chương trình 35 Hình 6-18 Giao diện chuẩn đoán bệnh 38 Hình 6-19 Giao diện thêm tập luật 38 Hình 6-20 Giao diện thêm sự kiện 39 PHẦN1 GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Hen suyễn là bệnh rất thường gặp ở Việt nam và trên toàn thế giới. Trên thế giới có khoảng 300 triệu người mắc hen suyễn, tại Việt nam tỷ lệ toàn bộ hen suyễn trong dân số thay đổi tùy theo các nghiên cứu từ 5 – 10%. Hen suyễn để lại nhiều gánh nặng trên từng cá nhân, gia đình và toàn bộ xã hội. Chi phí điều trị hen suyễn gồm có các chi phí trực tiếp cho người bệnh để đi khám bệnh, làm 7 CÔNG NGHỆ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG SVTH: Đặng Bảo Ân (CH1301077) xét nghiệm và mua thuốc điều trị và cả chi phí gián tiếp do người bệnh giảm sút năng suất lao động, phải nghỉ làm, nghỉ học do hen suyễn và người nhà phải nghỉ làm, nghỉ học, giảm năng suất lao động do phải chăm sóc người thân bị hen suyễn. Trong điều kiện sinh hoạt và đi lại khó khăn, số giường bệnh hạn chế, tỷ lệ bất cập giữa số lượng bệnh nhân và bác sỹ đã dẫn đến quá tải trong các bệnh viện, rất nhiều bệnh nhân không được phát hiện và chữa trị kịp thời. Các hiện tượng lâm sàng, triệu chứng của các bệnh lý nói chung, các bệnh đường hô hấp nói riêng, ngày càng thay đổi và biểu hiện đa dạng, gây rất nhiều khó khăn cho người thầy thuốc trong quá trình chẩn đoán và điều trị. Vấn đề đặt ra là làm cách nào để tăng cường khả năng trợ giúp họ trong các hoạt động chuyên khoa, từng bước giảm thiểu hiện tượng quá tải. Mặc dù hiện nay Công nghệ Thông tin đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, kể cả chăm sóc sức khoẻ con người, nhưng có rất ít ứng dụng phục vụ quá trình chẩn đoán và điều trị bệnh. Nhu cầu phát triển một hệ thống có khả năng trợ giúp bác sỹ chẩn đoán các loại bệnh, đặc biệt liên quan đến đường hô hấp hiện nay trở nên cấp thiết. Tiểu luận này đề xuất một phương pháp khả thi là xây dựng một hệ chuyên gia sử dụng tri thức và các thủ tục suy luận, mô phỏng năng lực quyết đoán của một chuyên gia (một con người) giúp giải quyết những bài toán khó khăn và phức tạp trong những lĩnh vực chuẩn đoán bệnh hen suyễn. 1.2 Nội dung thực hiện Thu thập tri thức liên quan, chuẩn bị cho quá trình xây dựng cơ sở luật của hệ chuyên gia, bao gồm kiến thức về bệnh hen suyễn và các triệu chứng thường gặp ở bệnh này. Phân tích các tri thức thu thập được, sau đó phân loại và biểu diễn thành các tập luật và sự kiện vào các file. Chương trình sẽ sử dụng các file này khi hoạt động. Chương trình được viết bằng ngôn ngữ C# trên nền tảng Framework 4.0. 1.3 Dự kiến kết quả đạt được Chương trình sẽ dựa trên những triệu chứng của người bệnh được nhập vào máy để đưa ra nhận định về mức độ nặng nhẹ của bệnh, từ đó giúp cho người thầy thuốc có cái nhìn tổng quan về bệnh nhân và sẽ đưa ra các quyết định mang tính chuyên môn hơn. Chương trình không bao gồm việc đưa ra cách chữa trị hay đề xuất loại thuốc dùng cho bệnh nhân. Quyết định này sẽ do người thầy thuốc đưa ra sau khi thực hiện các xét nghiệm một cách đầy đủ. 8 CÔNG NGHỆ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG SVTH: Đặng Bảo Ân (CH1301077) 1.4 Bố cục trình bày Tiểu luận này được trình bày thành các mục chính như sau:  Phần1 - Giới thiệu: xác định vấn đề, lựa chọn phương hướng giải quyết, trình bày mục tiêu đề tài, dự kiến kết quả đạt được.  Phần2 - Tìm hiểu về bệnh hen suyễn: trình bày kiến thức sơ lược về bệnh hen suyễn.  Phần3 – Giới thiệu hệ chuyên gia: giới thiệu tới người đọc sơ lược về hệ chuyên gia.  Phần4 – Kiến trúc tổng quát của hệ chuyên gia: trình bày tổng quát về kiến trúc của một hệ chuyên gia.  Phần 5 – Thiết kế hệ chuyên gia: các bước tiến hành để thiết kế một hệ chuyên gia.  Phần 6 – Xây dựng hệ chuyên gia giúp chuẩn đoán bệnh hen suyễn: tiến hành thực tế xây dựng một hệ chuyên gia dựa trên kiến thức tiếp thu được. 9 CÔNG NGHỆ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG SVTH: Đặng Bảo Ân (CH1301077) PHẦN2 TÌM HIỂU VỀ BỆNH HEN SUYỄN 2.1 Đại cương 2.1.1 Định nghĩa Hen Hen là tình trạng viêm mạn tính đường thở với sự tham gia của nhiều tế bào và thành phần tế bào, làm tăng tính đáp ứng đường thở (co thắt, phù nề, tăng tiết đờm) gây tắc nghẽn, hạn chế luồng khí đường thở làm xuất hiện các dấu hiệu khò khè, khó thở, nặng ngực và ho tái diễn nhiều lần, thường xuyên xảy ra vào ban đêm và sáng sớm có thể hồi phục tự nhiên hoặc do dùng thuốc. 2.1.2 Hen - vấn đề sức khỏe toàn cầu Hen là một trong những bệnh mãn tính trên thế giới và ở nước ta có xu hướng ngày càng gia tăng, tỷ lệ tử vong còn cao. Tổ chức y tế thế giới (WHO) ước tính hiện có khoảng 300 triệu người mắc bệnh hen trên phạm vi toàn cầu và đến năm 2025 con số này sẽ tăng lên 400 triệu. Tỉ lệ mắc hen tăng nhanh chóng ở nhiều nước từ năm 1980. Trung bình 10-12% trẻ dưới 15 tuổi, 6-8% người lớn. Việt Nam chưa có số liệu điều tra toàn quốc, ước tính khoảng 5%. Hen là một bệnh rất nguy hiểm với nhiều hậu quả nghiêm trọng. Tử vong do hen cũng tăng rõ rệt ở nhiều nước. Mỗi năm trên thế giới có khoảng 250.000 trường hợp tử vong do hen. Điều quan trọng là hơn 85% những trường hợp tử vong có thể tránh được nếu được phát hiện sớm và điều trị kịp thời. Hen làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng cuộc sống (nghỉ học, nghỉ việc, giảm năng suất lao động,…). Hen gây ra gánh nặng lớn cho người bệnh, gia đình và xã hội. 2.2 Nguyên nhân và yếu tố nguy cơ 2.2.1 Những yếu tố chủ thể của người bệnh  Yếu tố di truyền, cơ địa dị ứng.  Béo phì, suy dinh dưỡng, đẻ non là nguy cơ mắc hen.  Giới tính: trẻ nam có nguy cơ mắc hen nhiều hơn trẻ nữ. 2.2.2 Yếu tố môi trường  Dị nguyên trong nhà: bụi, lông thú, gián, nấm, mốc,…  Dị nguyên ngoài nhà: bụi ngoài phố, phấn hoa, hóa chất, … 10 [...]... các hệ chuyên gia 34 CÔNG NGHỆ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG PHẦN6 SVTH: Đặng Bảo Ân (CH1301077) XÂY DỰNG HỆ CHUYÊN GIA GIÚP CHUẨN ĐOÁN BỆNH HEN SUYỄN 6.1 Giới thiệu hệ thống Mục đích:  Xây dựng được hệ thống  Hiểu được những nguyên lý cơ bản của hệ chuyên gia  Tiếp thu kiến thức trên lớp và ứng dụng vào thực tiễn Mục tiêu:  Hệ chuyên gia phải nhận biết được tình hình bệnh dựa vào những biểu hiện  Giao... quá trình này 32 CÔNG NGHỆ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG SVTH: Đặng Bảo Ân (CH1301077) 5.2.4 Bảo trì và phát tri n Hình 5-15 Các giai đoạn phát tri n một hệ chuyên gia 5.3 Sai sót trong quá trình phát tri n hệ chuyên gia Các sai sót chủ yếu trong quá trình phát tri n hệ chuyên gia được phân ra thành nhiều giai đoạn 33 CÔNG NGHỆ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG SVTH: Đặng Bảo Ân (CH1301077) Hình 5-16 Sai sót và nguyên nhân... cơ sở tri thức Các chuyên gia đánh giá hệ chuyên gia, trao đổi qua lại với công nghệ tri thức cho đến khi hệ chuyên gia hoàn toàn thỏa mãn yêu cầu 31 CÔNG NGHỆ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG SVTH: Đặng Bảo Ân (CH1301077) Hình 5-14 Tiếp nhận tri thức trong một hệ chuyên gia 5.2.3 Vấn đề phân phối (The Delivery Problem) Hệ thống được phân phối như thế nào? Vấn đề phân phối một hệ thống phụ thuộc chủ yếu vào số... phát tri n như thế nào 5.2.1 Quản lý dự án (Project Management) Hình dưới đây mô tả quá trình quản lý dự án phát tri n một hệ chuyên gia Hình 5-13 Quản lý dự án phát tri n một hệ chuyên gia 5.2.2 Tiếp nhận tri thức Các bước tiếp nhận tri thức cho một hệ hệ chuyên gia như sau: Đầu tiên, công nghệ tri thức thu nhận tri thức nhờ đối thoại trực tiếp với tri thức con người (chuyên gia) Sau đó, tri thức. .. và cơ sở tri thức 4.2 Một số mô hình kiến trúc hệ chuyên gia Có nhiều mô hình kiến trúc hệ chuyên gia theo các tác giả khác nhau Sau đây là một số mô hình 18 CÔNG NGHỆ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG SVTH: Đặng Bảo Ân (CH1301077) 4.2.1 Mô hình J L Ermine Hình 4-6 Kiến trúc hệ chuyên gia theo J L Ermine 4.2.2 Mô hình C Ernest Hình 4-7 Kiến trúc hệ chuyên gia theo C Ernest 19 CÔNG NGHỆ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG SVTH:... lĩnh vực Tri thức (knowledge) trong hệ chuyên gia phản ánh sự tinh thông được tích tụ từ sách vở, tạp chí, từ các chuyên gia hay các nhà bác học Các thuật ngữ hệ chuyên gia, hệ 13 CÔNG NGHỆ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG SVTH: Đặng Bảo Ân (CH1301077) thống dựa trên tri thức (knowledge−based system) hay hệ chuyên gia dựa trên tri thức (knowledge−based expert system) thường có cùng nghĩa Một hệ chuyên gia gồm ba... có ai sử dụng hệ chuyên gia, thì sẽ không có ai trả tiền để bù lại chi phí và có lãi Do hệ chuyên gia là một công nghệ mới, câu hỏi này khó trả lời hơn và có nhiều rủi ro hơn so với lập trình thông thường Sử dụng những công cụ (tools) nào để xây dựng một hệ chuyên gia ? Hiện nay có rất nhiều công cụ để xây dựng các hệ chuyên gia Mỗi công cụ đều có những ưu điểm và nhược điểm nhất định Những công cụ... ta sẽ xem xét các hệ chuyên gia được phát tri n như thế nào 30 CÔNG NGHỆ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG SVTH: Đặng Bảo Ân (CH1301077) 5.2 Các bước phát tri n hệ chuyên gia Hệ chuyên gia được phát tri n như thế nào ? Trong phạm vi rộng (large extent), việc phát tri n một hệ chuyên gia phụ thuộc vào nguồn tài nguyên cung cấp Tuy nhiên, giống như các dự án khác, việc phát tri n còn phụ thuộc vào cách tổ chức quản... hệ chuyên gia dựa trên tri thức được minh họa như sau: Hình 3-2 Hoạt động của hệ chuyên gia Mỗi hệ chuyên gia chỉ đặc trưng cho một lĩnh vực vấn đề (problem domain) nào đó, như y học, tài chính, khoa học hay công nghệ, v.v , mà không phải cho bất cứ một lĩnh vực vấn đề nào Tri thức chuyên gia để giải quyết một vấn đề đặc trưng được gọi là lĩnh vực tri thức (knowledge domain) 14 CÔNG NGHỆ TRI THỨC VÀ... vào những biểu hiện  Giao diện dễ sử dụng  Ứng dụng được các kiến thức đã học về hệ chuyên gia 6.2 Phân tích Hệ chuyên gia chuẩn đoán bệnh hen suyễn trong bài này sử dụng cơ sở tri thức người dùng dựa trên các sự kiện người dùng đưa vào Hệ chuyên gia sẽ sử dụng một động cơ suy diễn thích hợp để kết hợp các sự kiện người dùng đưa vào đó với các luật đã được xây dựng sẵn để tìm được mục tiêu thích hợp . QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN PHÒNG ĐT SĐH-KHCN&QHĐN TIỂU LUẬN MÔN CÔNG NGHỆ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG HỆ CHUYÊN GIA GIÚP CHUẨN ĐOÁN BỆNH HEN SUYỄN . đoán bệnh hen suyễn: tiến hành thực tế xây dựng một hệ chuyên gia dựa trên kiến thức tiếp thu được. 9 CÔNG NGHỆ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG SVTH: Đặng Bảo Ân (CH1301077) PHẦN2 TÌM HIỂU VỀ BỆNH HEN SUYỄN 2.1. ứng dụng của trí tuệ nhân tạo Hình 3-1 Một số ứng dụng của hệ chuyên gia CÔNG NGHỆ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG SVTH: Đặng Bảo Ân (CH1301077) thống dựa trên tri thức (knowledge−based system) hay hệ chuyên