1.3. Hệ chuyên gia
1.3.1. Giới thiệu về hệ chuyên gia
1.3.1.1. Định nghĩa hệ chuyên gia
Định nghĩa 1.11: Hệ chuyên gia là một hệ thống được xây dựng trên máy tính có khả năng giải quyết các bài tốn như một chuyên gia người bằng cách sử dụng những tri thức chun mơn được mơ hình hóa qua các mơ đun của chương trình [14], [70].
Một hệ chuyên gia được xây dựng từ hai thành phần chính là cơ sở tri thức và cơ chế suy luận (xem hình 1.4) [13-14], [16-18], [54], [67], [70], [75], [114].
4Hình 1.4. Thành phần chính của hệ chuyên gia
Cơ sở tri thức dùng để chứa tri thức trong một lĩnh vực nào đó, tri thức này do chuyên gia con người chuyển giao. Cơ sở tri thức bao gồm: các khái niệm cơ bản, các sự kiện, các luật và quan hệ giữa chúng.
Cơ chế suy luận là bộ xử lý cho tri thức, được mơ hình hóa sao cho giống với việc suy luận của chuyên gia con người. Bộ xử lý này làm việc dựa trên thông tin mà người dùng mô tả về vấn đề, kết hợp với Cơ sở tri thức để đưa ra kết luận hay đề nghị.
1.3.1.2. Phạm vi ứng dụng của hệ chuyên gia
Người ta đã xây dựng các hệ chuyên gia để giải quyết hàng loạt những vấn đề trong các lĩnh vực như y học, tốn học, cơng nghệ, hóa học, địa chất,
khoa học máy tính, kinh doanh, luật pháp, quốc phòng và giáo dục. Các chương trình này đã giải quyết một lớp rộng các loại vấn đề như [51], [69]:
Diễn giải: hình thành những kết luận hay mô tả cấp cao từ những tập hợp dữ liệu thơ.
Dự đốn: tiên đốn những hậu quả có thể xảy ra khi cho trước một tình huống.
Chẩn đốn: xác định nguyên nhân của những sự cố trong các tình huống phức tạp dựa trên các triệu chứng có thể quan sát được.
Thiết kế: tìm ra cấu hình cho các thành phần hệ thống, đáp ứng được các mục tiêu trong khi vẫn thỏa mãn một tập hợp các ràng buộc về thiết kế.
Lập kế hoạch: tìm ra một chuỗi các hành động để đạt được một tập hợp các mục tiêu, khi được cho trước các điều kiện khởi đầu và những ràng buộc trong thời gian chạy.
Theo dõi: so sánh hành vi quan sát được của hệ thống với hành vi mong đợi.
Bắt lỗi và sửa chữa: chỉ định và cài đặt những phương pháp chữa trị cho các trục trặc.
Hướng dẫn: phát hiện và sửa chữa những thiếu sót trong quan niệm của học viên về một chủ đề lĩnh vực nào đó.
Điều khiển: chỉ đạo hành vi của một môi trường phức tạp.
1.3.1.3. Cấu trúc của hệ chuyên gia
ES mô phỏng khả năng giải quyết vấn đề của chuyên gia con người. Do vậy, chúng ta cần xem xét cách thức giải quyết của chuyên gia con người [17], [69], [72]. Xem hình 1.5, hình 1.6.
Những người liên quan chủ yếu trong việc xây dựng một ES là (i) kỹ sư tri thức; (ii) chuyên gia lĩnh vực; (iii) người dùng.
Kỹ sư tri thức: là chuyên gia trong lĩnh vực thu thập tri thức kinh nghiệm từ chuyên gia con người và biểu diễn chúng. Kỹ sư tri thức có nhiệm vụ chính là chọn các cơng cụ phần mềm và phần cứng, giúp đỡ chuyên gia phát biểu các tri thức cần thiết, và cài đặt các tri thức đó vào một cơ sở tri thức đúng đắn và hiệu quả.
5Hình 1.5. Cách thức giải quyết vấn đề của chuyên gia con người
6Hình 1.6. Cách thức giải quyết vấn đề của hệ chuyên gia
Chuyên gia cung cấp tri thức về lĩnh vực ứng dụng: thông thường, đây là một người đã từng công tác trong lĩnh vực ứng dụng và hiểu biết những kỹ thuật giải quyết vấn đề, chẳng hạn như cách làm tắt, xử lý dữ liệu khơng chính xác, đánh giá những giải pháp cục bộ và tất cả những kỹ năng khác. Chuyên gia chịu trách nhiệm chính trong việc giải thích rõ những kỹ năng này với kỹ sư tri thức.
thông qua giao diện người - máy. Họ có thể trợ giúp thiết kế giao diện cho ES, có thể trợ giúp việc thu thập tri thức và cũng có thể trợ giúp trong quá trình phát triển ES.
Một hệ chun gia có kiến trúc được mơ tả, bao gồm: bộ thu nhận tri thức, cơ sở tri thức, cơ chế suy luận, bộ giải thích, giao diện người dùng. Tương tác với hệ chuyên gia có chuyên gia người, chịu trách nhiệm cung cấp tri thức liên quan, kỹ sư tri thức có nhiệm vụ chuyển ngơn ngữ tự nhiên của chuyên gia người thành ngôn ngữ máy, cụ thể như hình 1.7.
7Hình 1.7. Kiến trúc một hệ chuyên gia tiêu biểu
Các thành phần của một kiến trúc ES tiêu biểu trong hình 1.7 được diễn giải cụ thể như sau:
chuyên gia thông qua một giao diện người dùng, giao diện này đơn giản hóa việc giao tiếp và che giấu phần lớn sự phức tạp của hệ thống, như cấu trúc bên trong của cơ sở các luật. Các hệ chuyên gia sử dụng một số lượng phong phú các kiểu giao diện, bao gồm hỏi và trả lời, điều khiển bởi trình đơn, ngơn ngữ tự nhiên, hay đồ họa,… Việc quyết định sử dụng giao diện như thế nào là sự thỏa hiệp giữa nhu cầu của người dùng với những đòi hỏi của cơ sở tri thức và hệ suy luận; Cơ sở tri thức là thành phần quan trọng của hệ chuyên gia, cơ sở tri
thức chứa tri thức giải quyết vấn đề của một ứng dụng cụ thể. Trong một hệ chuyên gia dựa trên luật, tri thức này được biểu diễn dưới dạng các luật if… then... Cơ sở tri thức bao gồm tri thức tổng quát cũng như thơng tin của một tình huống cụ thể;
Cơ chế suy luậncó chức năng xử lý, điều khiển các tri thức được biểu diễn trong cơ sở tri thức nhằm đáp ứng các câu hỏi, các yêu cầu người dùng, áp dụng tri thức cho việc giải quyết các bài tốn thực tế. Về căn bản nó là một trình thơng dịch cho cơ sở tri thức. Trong hệ sản xuất, cơ chế suy luận thực hiện chu trình điều khiển nhận dạng - hành động. Bộ thu nhận tri thức có chức năng thu nhận tri thức từ chuyên gia con người thông qua các câu hỏi và yêu cầu của họ. Bộ thu nhận tri thức cho phép kỹ sư tri thức có thể bổ sung, sửa đổi hoặc loại bỏ tri thức trong cơ sở tri thức.
Bộ giải thích cho phép chương trình giải thích q trình suy luận của hệ chuyên gia cho người dùng. Các giải thích này bao gồm các lập luận biện minh cho các kết luận của hệ thống (trả lời cho câu hỏi how), giải thích vì sao hệ thống cần dữ liệu đó (trả lời cho câu hỏi why), …
năng cung cấp kết quả suy luận cuối cùng, ES cịn có thể cung cấp cho người dùng quá trình ES đạt đến kết luận bằng cách nào. Khả năng giải thích bằng cách nào rất quan trọng với ES, nó làm cho ES khác với các chương trình truyền thống. Các chương trình truyền thống làm việc trên các bài toán được định nghĩa tốt, kết quả của chương trình đã được kiểm nghiệm trước khi chuyển giao. ES làm việc trên bài tốn thiếu nhiều thơng tin, thậm chí tri thức cịn có thể cập nhật khi ES đã được triển khai. Chính vì vậy, kết luận của hệ phải được giải thích bằng cách nào để cho kết quả cuối cùng có giá trị hơn Why: tại sao ES lại hỏi câu hỏi nào đó? Với khả năng này, người dùng có thể theo vết được luồng suy luận của ES và yên tâm hơn với kết quả. Khi hỏi Why, ES thường đáp trả bằng cách mơ tả cái gì mà ES có thể kết luận từ câu trả lời.
Mức độ hiệu quả của một hệ chuyên gia phụ thuộc vào số lượng và chất lượng của cơ sở tri thức. Công nghệ xử lý tri thức là giải pháp kỹ thuật nhằm phân tích, cài đặt và thử nghiệm các hệ chuyên gia để giải các bài toán cụ thể.