PROLOG(III DEO)

EKSPERTNI SISTEMI

Ekspertni sistemi su softverski proizvodi veštačke

inteligencije. Počev od ekspertnih sistema koji su se

razvili za medicinsku dijagnostiku iz sedamdesetih

godina, pa preko prvih ekspertnih sistema razvijenih u

oblastima geologije, elektronike, finansija, matematike

i obrazovanja, do danas su ekspertni sistemi osvojili

skoro sva polja ljudske aktivnosti.

Ekspertni sistemi obuhvataju znanja eksperata iz

neke oblasti i simuliraju funkciju čoveka, eksperta za

tu oblast. Osnovne komponente ekspertnih sistema su:

baza znanja, baza podataka, mehanizam

zaključivanja i korisnički interfejs.

EKSPERTNI SISTEMI

Mehanizam zaključivanja je irelevantan u odnosu naoblast za koju se projektuje ekspertni sistem.

U opštem slučaju zaključivanje može biti vođenociljem (unazad, povratno ulančavanje) ili vođenopodatkom (unapred, direktno ulančavanje).

Kod zaključivanja vođenog ciljem polazi se od zadatogcilja, pa se upotrebom zadatih pravila u smeru odzaključka (cilja) ka preduslovima ispituje da li suispunjene sve činjenice koje zahteva dati cilj.

Kod zaključivanja vođenog podatkom proces je obrnut; na osnovu pretpostavki upotrebom pravila u smeru od preduslova ka zaključcima određuju se svimogući zaključci, pa postoji mogućnosteksponencijalnog rasta prostora činjenica i "lutanja" u tom prostoru.

PROLOG-sistem primenjuje zaključivanje vođeno

ciljem. Početkom osamdesetih godina razvijeni su

prvi ekspertni sistemi na programskom jeziku

PROLOG.

Do danas su pomoću njega izgrađeni mnogi

ekspertni sistemi za različite oblasti ljudskog

delovanja.

Poznatije među ekspertnim sistemima razvili su

Darvas i Hammond (za medicinu), Bundy i

Welham (za rešavanje jednačina), Sergot i Cory

(za zakonodavstvo), Swinson, Markusz i Darvas

(za arhitekturu i dizajn), Kriwaczek (za

finansijsku analizu i podršku odlučivanju).

Sledeći pojednostavljeni primeri ilustruju korišćenjePROLOG-a u projektovanju ekspertnih sistema. U navedenim primerima podaci su bili 100% pouzdani.

Međutim, u ekspertizi mogu da se jave i elementineizvesnosti. Naime, u praksi se često dešava dapojedine činjenice u radnoj bazi nisu apsolutno tačne, već važe sa određenim faktorima pouzdanosti. Semtoga, nepouzdanost se može pojaviti i u pravilima.

Zbog toga se svakom pravilu, odnosno njegovojposledici pridružuje faktor pouzdanosti izražen u procentima ili u celim brojevima, najčešće iz intervala-100, 100, pri čemu negativan faktor označavapouzdanost netačnosti posledice.

Pouzdanost zaključka za nepouzdane činjenice inepouzdana pravila ukoliko su činjenice, odnosnopravila međusobno nezavisna utvrđuje se premapravilima koja su navedena u literaturi.

Ukoliko postoji zavisnost među činjenicama ilipretpostavkama koriste se uslovne verovatnoće, Bajesova formula za izračunavanje uslovnihverovatnoća, rasplinuti (fuzzy) skupovi

Primer. Pretpostavlja se da se u bazi podataka

nalaze sledeće činjenice:

C1. Boki jede meso.

C2. Boki ima dlaku.

C3. Boki ima tamne pruge.

C4. Boki je oker boje.

C5. Toza ima oštre zube.

C6. Cica ima kanže.

C7. Cica ima oči unapred usmerene.

C8. Roza daje mleko.

C9. Ćira ima perje.

C10. Ćira leti.

C11. Koko nosi jaja.

C12. Moki ima tamne pege.

Neka se u bazi znanja nalaze pravila:

P1. Ako životinja ima dlaku ili životinja daje mleko, onda je životinja sisar.

P2. Ako životinja ima perje ili životinja leti i nosi jaja, onda je životinja ptica.

P3. Ako je životinja sisar i (životinja jede meso ili imaoštre zube i ima kandže i ima oči usmereneunapred), onda je životinja mesožder.

P4. Ako je životinja mesožder i oker je boje i ima tamnepege, onda je životinja leopard.

P5. Ako je životinja mesožder i oker je boje i ima tamnepruge, onda je

životinja tigar.

Želi se proveriti da li je tačna rečenica: "Boki je tigar".

Rešenje: Jezičke formulacije zamenjuju se zapisima:

Cilj C: tigar(boki)

Baza podataka:

C1. jedemeso(boki)

C2. imadlaku(boki)

C3. tamnepruge(boki)

C4. okerboje(boki)

C5. imaostrezube(toza).

C6. kandze(cica).

C7. imaociunapred(cica).

C8. dajemleko(roza).

C9. imaperje(cira).

C10. leti(cira).

C11. nosijaja(koko).

C12. tamnepege(moki).

Baza znanja:

P1. imadlaku(Z1) dajemleko(Z1) sisar(Z1)

P2. imaperje(Z1) (leti(Z1) nosijaja(Z1)) ptica(Z1)

P3. (sisar(Z1) jedemeso(Z1))

(sisar(Z1) imaostrezube(Z1) kandze(Z1) imaociunapred(Z1))

mesozder(Z1)

P4. mesozder(Z1) okerboje(Z1) tamnepege(Z1) leopard(Z1)

P5. mesozder(Z1) okerboje(Z1) tamnepruge(Z1) tigar(Z1)

Izvrši se formalizacija datog problema na PROLOG -

jeziku. Disjunkcije u pravilima se mogu izbeći, pa se

umesto pravila P1. uvode dve klauzule:

sisar(Z1):-imadlaku(Z1).

sisar(Z1):-dajemleko(Z1).

Takođe se zbog disjunkcije umesto pravila P2. uvode

dve klauzule:

ptica(Z1):-imaperje(Z1).

ptica(Z1):-leti(Z1),nosijaja(Z1).

Još dve klazule se uvode umesto pravila P3.:

mesozder(Z1):-sisar(Z1), jedemeso(Z1).

mesozder(Z1):-sisar(Z1), imaostrezube(Z1),

kandze(Z1),imaociunapred(Z1).

Pravila P4. i P5. se predstavljaju sa po jednom klauzulom.

Pravilo P4. predstavlja se klauzulom:

leopard(Z1):-

mesozder(Z1),okerboje(Z1),tamnepege(Z1).

Dok se pravilo P5. predstavlja klauzulom:

tigar(Z1):-

mesozder(Z1),okerboje(Z1),tamnepruge(Z1).

Ĉinjenice su predstavljene preko 12 klauzula.

Program na PROLOG-u je sledećeg izgleda:

jedemeso(boki).

imadlaku(boki).

tamnepruge(boki).

okerboje(boki).

imaostrezube(toza).

kandze(cica).

imaociunapred(cica).

dajemleko(roza).

imaperje(cira).

leti(cira).

nosijaja(koko).

tamnepege(moki).

sisar(Z1):-imadlaku(Z1).

sisar(Z1):-dajemleko(Z1).

ptica(Z1):-imaperje(Z1).

ptica(Z1):-leti(Z1), nosijaja(Z1).

mesozder(Z1):-sisar(Z1), jedemeso(Z1).

mesozder(Z1):-sisar(Z1), imaostrezube(Z1), kandze(Z1),imaociunapred(Z1).

leopard(Z1):- mesozder(Z1), okerboje(Z1), tamnepege(Z1).

tigar(Z1):-mesozder(Z1), okerboje(Z1), tamnepruge(Z1).

Za potvrđivanje cilja postavlja se pitanje:

?-tigar(boki).

i dobija se odgovor:

True

PROLOG-sistem na osnovu datih čiinjenica i

pravila uspeva da izvede pobijanje za postavljeni

cilj, što znači da važi tvrđenje: "Boki je tigar".

SISTEMI BAZIRANI NA ZNAJU

Sistemi bazirani na znanju su inteligentni sistemi, ali ne

zato što imaju bazu znanja, nego zato što poseduju

mehanizam za svrsishodno korišćenje tog znanja. To je

mehanizam zaključivanja koji se zasniva na nekom od

sistema automatskog rezovovanja (SAR).

Savremene inteligentne sisteme bazirane na znanju

karakteriše adaptivnost. Adaptivnost omogućuje da se

ponašanje sistema prilagodi individualnim osobinama

korisnika u meri koju dopuštaju implementirana rešenja

o modelu korisnika.

MODELITETI PRIMENE SAR U NASTAVI I

UČENJU

Dijalog učenika i računara svodi se na izbor iz menia,

unos naredbi ili šifrovanih podataka uz pomoć tastature,

uz pomoć miša ili upisivanje kraćih odgovora, odnosno

upita na ograničenom prirodnom jeziku.

Obično je takav dijalog daleko od dijaloga u pravom

smislu, kako po kvantitetu, tako i po kvalitetu.

Kvalitet dijaloga zavisi od stepena slobode korisnika, šta

sve može da zahteva od računara, kako te zahteve

formuliše, šta mu se i na koji način prezentira kao

odgovor.

DIJALOG IZMEĐU UĈENIKA I

RAĈUNARA

U obrazovnom procesu koristi se mogućnostdirektne komunikacije između učenika iračunara.

Računar može, zahvaljujući određenim"inteligentnim" softverskim rešenjima, da dajeodgovore na različita pitanja učenika(podrazumevajući pod ovim pojmom i studente ipolaznike kurseva), da vodi učenika kroz procesučenja i razmišljanja.

Pri tome se povećava samostalnost i nezavisnostprocesa učenja, što doprinosi individualizacijinastavnog procesa i omogućava napredovanjeučenika u zavisnosti od njegovih predznanja, sposobnosti, želja i mogućnosti.

Sistemi automatskog rezonovanja modeliraju

proces logičkog rasuđivanja na računaru,

zadavanjem opšte procedure rezonovanja koja je

nezavisna od problemske oblasti, čime je

upravljanje radom računara podignuto na jedan

viši nivo.

Analizom mogućnosti sistema automatskog

rezonovanja u smislu deduktivnog sistema za

automatsko dokazivanje teorema i postignutim

praktičnim rezultatima u razvoju automatskih

dokazivača teorema, PROLOG-jezika i ekspertnih

sistema otvorene su mogućnosti za njihovu

primenu u obrazovanju.

Upotreba sistema automatskog rezonovanja

doprinosi povećanju inteligentnih svojstava

dijaloga učenika i računara. Na bazi deduktivnih

svojstava sistem automatskog rezonovanja

obezbeđuje kvalitetniji dijalog učenika i

računara, što se posebno odnosi na povećanje

stepena slobode učenika u smislu postavljenih

pitanja, zahteva, ali i prezentiranih odgovora.

Ovakvi sistemi se u nastavi mogu primeniti za:

dobijanje odgovora na pitanja koja postavi učenik

(dedukovanje odgovora na osnovu unetih činjenica),

proveru hipoteza koje postavlja učenik,

otkrivanje protivurečnosti u izjavama učenika.

U narednim primerima biće detaljnije razmotrene

mogućnosti primene sistema automatskog

rezonovanja u dijalogu učenika i računara, uz

navođenje primera nastavnih situacija iz oblasti

geografije, istorije i književnosti, koji su

implementirani na PROLOG-u.

DEDUKOVANJE ODGOVORA

NA POSTAVLJENO PITANJE

Polazni uslovi za ovu opciju su:

U bazu znanja SAR uneta su opšta i specifična domenski

orijentisana znanja,

Učenik unosi relativne činjenice (podatke) u vezi sa tom

problematskom oblašću,

Učenik formuliše pitanje na ograničenom prirodnom

jeziku.

Mogući odgovori SAR:

Odgovor je dedukovan i saopštava se učeniku,

Sistem traži od učenika dodatnu informaciju,

Sistem saopštava da ne može da odgovori na pitanje.

DEDUKOVANJE ODGOVORA

NA PITANJE UČENIKA

Primer. U bazi znanja sadržani su podaci o rekama i pritokama za određeni region, u obliku: "reka X1 uliva se u reku Y1".

Učenik postavlja pitanje: "Gde se uliva Timok?". Kako se, po pretpostavci, u bazi znanja ne nalazeinformacije o Timoku, sistem automatskogrezonovanja traži od učenika da kaže šta zna o Timoku. Ako je učenik saopštio rečenicu (u oblikupravila): "Timok se uliva u istu reku kao iMorava", onda sistem automatskog rezonovanjana osnovu podataka o Moravi ("Morava se uliva u Dunav") dedukuje odgovor: "Timok se uliva u Dunav".

Da bi se ovo ilustrovalo na PROLOG-u potrebno je izvršitiformalizaciju na ovom jeziku. Neka se koristi predikatuliva(X1,Y1) sa značenjem "reka X1 uliva se u reku Y1".

Jezička formulacija pravila zamenjuje se zapisom:

uliva(Morava,Z1) uliva(Timok,Z1)

što se zapisuje kao klauzula na jeziku logičkog programiranjaPROLOG:

uliva(timok,Z1):-uliva(morava,Z1).

Podatak da se Morava uliva u Dunav zapisuje se kaočinjenica:

uliva(morava,dunav).

Formalizacijom postavljenog pitanja dobija se:

(V1) uliva(Timok,V1)

odnosno, pošto se dokaz vrši metodom opovrgavanja negira se pitanje:

uliva(Timok,V1)

što se na PROLOG-u zapisuje kao:

?-uliva(timok,V1).

Na taj način, primer iz oblasti geografije realizovan je na

PROLOG-u ima sledeći izgled:

uliva(timok,Z1):-uliva(morava,Z1).

uliva(morava,dunav).

Na postavljeno pitanje:

?-uliva(timok,V1).

PROLOG-sistem saopštava odgovor:

V1=dunav

1 Solution

što se tumači kao: "Timok se uliva u Dunav". Iz primera

se vidi da je PROLOG-sistem u mogućnosti da dedukuje

činjenice koje se eksplicitno ne nalaze u bazi znanja.

PROVERA HIPOTEZA

Polazni uslovi za primenu ove opcije su isti kao kao kod dedukovanja, odnosno generisanje odgovora, s tom razlikomšto učenik umesto pitanja, formuliše svoju hipotezu u oblikutvrĎenja, za koje želi da utvrdi da li važi pod pretpostavkamakoje postoje u bazi SAR.

SAR pokušava da dokaže hipotezu kao teoremu, na osnovuaksioma iz baze.

Mogući odgovori SAR:

Hipoteza važi – dokazano je da logički sledi iz baze znanjasistema,

Hipoteza nije tačna – dokazano je da negacija hipoteze sledi izbaze znanja,

Neizvesno – sistem ne može da potvrdi, niti da odbaci hipotezu.

PROVERA UČENIČKIH HIPOTEZA

Primer. Učenik postavlja hipotezu iz oblasti istorije: "Boj na

Ĉegru je bio posle boja na Marici".

Neka baza sadrži podatke o značajnim istorijskim

datumima:

"Boj na Marici je bio 1371.godine",

"Boj na Kosovu je bio 1389.godine".

U bazi nema datuma boja na Ĉegru, već baza sadrži

informaciju:

"Boj na Ĉegru je bio posle boja na Kosovu"

kao pretpostavku pod kojom se dokazuje hipoteza.

Koristi se znanje da je:

boj na mestu X1 bio je posle boja na mestu Z1 ako je boj na mestu X1 bio godine U1, a boj na mestu Z1godine U2, pri čemu je U1 U2

i svojstvo relacije posle(X1,Z1):

ako je X1 posle Y1 i Y1 posle Z1, onda je X1 posleZ1.

NAPOMENA: Zbog opštosti zadatka i da se ne bi upalou beskonačni ciklus kod realizacije relacije posle(X1,Z1), koja je rekurzivnog karaktera potrebno je uvesti ipomoćni relaciju kasnije(X1,Y1).

Dakle, prilikom rešavanja ovog problema koriste se relacije:

boj(X1,U1) sa značenjem da je boj na mestu X1 bio godine U1,

kasnije(X1,Y1) sa značenjem da je boj na mestu X1 bio kasnije od boja na mestu Y1,

posle(X1,Z1) sa značenjem da je boj na mestu X1 bio posleboja na mestu Z1.

Vrši se formalizacija na PROLOG-jeziku.

Hipoteza se na PROLOG-jeziku predstavlja kao:

?-posle(cegar,marica).

Podaci se na PROLOG-jeziku predstavljaju kao:

boj(marica,1371).

boj(kosovo,1389).

Informacija da je boj na Ĉegru bio kasnije (posle) od boja naKosovu se na PROLOG-jeziku predstavlja kao:

kasnije(cegar,kosovo).

Znanje o relaciji kasnije(X1,Y) predstavlja se pomoću pravila:

kasnije(X1,Y1):-boj(X1,U1),boj(Y1,U2),U1>U2.

Relacija posle(X1,Z1) predstavlja se pomoću dva pravila:

posle(X1,Y1):-kasnije(X1,Y1).

posle(X1,Z1):-kasnije(X1,Y1),posle(Y1,Z1).

Program napisan na PROLOG-jeziku je sledećegizgleda:

domains

mesto=symbol

god=integer

predicates

boj(mesto,god).

kasnije(mesto,mesto).

posle(mesto,mesto).

clauses

boj(marica,1371).

boj(kosovo,1389).

kasnije(cegar,kosovo).

kasnije(X1,Y1):-boj(X1,U1),boj(Y1,U2),U1>U2.

posle(X1,Y1):-kasnije(X1,Y1).

posle(X1,Z1):-kasnije(X1,Y1),posle(Y1,Z1).

Da bi učenik proverio hipotezu potrebno je da postavi

pitanje (cilj):

?-posle(cegar,marica).

na koje PROLOG-sistem sopštava odgovor:

True

Iz saopštenog odgovora učenik zaključuje da je

njegova hipoteza tačna (True), tj. da je boj na Ĉegru

bio posle boja na Marici (boj na Ĉegru je bio posle boja

na Kosovu, a boj na Kosovu posle boja na Marici).

Učenik može da eksperimentiše na osnovu znanja koje

poseduje i da pokušava da potvrdi ili da odbaci

postavljene hipoteze pod različitim pretpostavkama.

OTKRIVANJE PROTIVUREČNOSTI

Polazni uslovi za ovu opciju korišćenja SAR su:

Baza znanja u vezi sa odreĎenom oblašću,

Izjava (odgovor) učenika.

SAR pokušava da izvede protivrečnost izjave učenika u

odnosu na bazu, ili protivrečnost negacije izjave u odnosu

na bazu.

Mogući odgovori SAR:

Izjava (odgovor) protivreči bazi znanja – nije tačna,

Izjava je tačna – negacija izjave protivreči bazi znanja (koja

je neprotivrečna)

Neizvesno – izjava, niti njena negacija ne protivreče bazi

znanja.

OTKRIVANJE PROTIVUREČNOSTI

U IZJAVAMA UČENIKAPrimer. Neka su u bazi sadržani podaci iz književnosti o piscima i njihovim delima.

Koristi se struktura delo(X1,Y1,Z1) sa značenjem:

"delo pod nazivom Y1 napisao je pisac po imenu X1".

Pomoću PROLOG-jezika ova baza se predstavlja na sledeći način:

delo("Laza Lazarevic","Vetar").

delo("Laza Lazarevic","Verter").

delo("Laza Lazarevic","Na bunaru").

delo("Laza Lazarevic","Svabica").

delo("Ivo Andric","Na Drini cuprija").

delo("Ivo Andric","Travnicka hronika").

delo("Ivo Andric","Gospodjica").

delo("Ivo Andric","Prokleta avlija").

delo("Ivo Andric","Ex ponto").

delo("Borisav Stankovic","Necista krv").

delo("Borisav Stankovic","Kostana").

delo("Borisav Stankovic","Tasana").

delo("Borisav Stankovic","Gazda Mladen").

Ako je učenik naveo među delima Laze

Lazarevića roman Gospođica PROLOG-sistem

će otkriti protivurečnost. Odnosno, ako se proveri

pomoću ovog sistema izjava učenika, tj. postavi

pitanje da li je tačno da je Laza Lazarević napisao

delo Gospođica:

?-delo("Laza Lazarevic","Gospodjica").

sistem daje odgovor:

False

što znači da ova izjava učenika nije tačna.

Učenik zatim može proveriti koja su značajnija

dela Laze Lazarevića i da se među njima ne

nalazi roman Gospođica.

Na postavljeno pitanje "Koja su značajnija dela Laze Lazarevića?"

?-delo("Laza Lazarevic",V1).

PROLOG-sistem daje odgovore:

V1=Vetar

V1=Verter

V1=Na bunaru

V1=Svabica

4 Solutions

To znači da su značajnija dela Laze Lazarevića pohranjena u baziznanja: Vetar, Verter, Na bunaru i Švabica.

Da bi saznao ko je autor dela Gospođica učenik može postavitipitanje:

?-delo(X1,"Gospodjica").

na koje sistem daje odgovor

X1=Ivo Andric

1 Solution

što znači da je autor dela Gospođica Ivo Andrić.

Osim toga, učenik može da proveri izjavu da je Ivo Andrić pisac delaGospođica, što formuliše kao pitanje "Da li je Ivo Andrić pisac delaGospođica?":

?-delo("Ivo Andric","Gospodjica").

na koje sistem daje odgovor:

True

što znači da važi izjava, tj. da Ivo Andrić jeste pisac dela Gospođica.

Naravno, učenik može i da postavi pitanje koja sve dela je napisao Ivo Andrić

?-delo("Ivo Andric",V1).

na šta dobija odgovore:

V1=Na Drini cuprija

V1=Travnicka hronika

V1=Gospodjica

V1=Prokleta avlija

V1=Ex ponto

5 Solutions

Iz dobijenih odgovora učenik se uverava da se među delima Ive Andrićanalazi i Gospođica, odnosno da je prema podacima koji se nalaze u bazi on autor dela: Na Drini ćuprija, Travnička hronika, Gospođica, Prokletaavlija i Ex ponto.

Izloženi pojednostavljeni primeri iz različitih

nastavnih situacija upućuju na mogućnost

projektovanja inteligentnih dijaloških

programskih sistema uz razvijanje adekvatnog

korisničkog interfejsa i iz drugih nastavnih

oblasti, jer su sistemi automatskog rezonovanja

nezavisni od oblasti primene.