1
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
2
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
Etapy tworzenia systemu ekspertowego
• zdefiniowanie problemu - identyfikacja• gromadzenie wiedzy (inżynier wiedzy +
ekspert w danej dziedzinie)
• formalizacja wiedzy (metody reprezentacji wiedzy)
• realizacja
• weryfikacja
3
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
Rodzaje systemów ekspertowychsystemy dedykowane
są to systemy z zaszytą w nich wiedzą, tworzone na konkretne zamówienie
systemy narzędziowe
systemy z pustą bazą wiedzy, umożliwiające użytkownikowi wprowadzenie własnych informacji, z którymi ma pracować system (zwane czasem szkieletowymi)
4
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
Ze względu na metodę prowadzenia procesu wnioskowania systemy ekspertowe dzieli się na: z logiką dwuwartościową (Boole’a), z logiką wielowartościową, z logiką rozmytą. Ze względu na rodzaj przetwarzanej informacji systemy ekspertowe dzielą się na dwie grupy: systemy z wiedzą pewną, czyli zdeterminowaną, systemy z wiedzą niepewną, w przetwarzaniu której wykorzystuje się przede wszystkim aparat probabilistyczny.
5
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
Maszyna wnioskująca(inference engine)
Wnioskowanie w systemie ekspertowym jest procesem
wyszukania konkluzji przy wykorzystaniu zbioru reguł i faktów
w konkretnej sytuacji, w określonych warunkach.
6
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
Zadania maszyny wnioskującej
Maszyna wnioskująca ma dać odpowiedź na następujące
pytania:
1. jak zacząć proces wnioskowania
2. którą regułę zastosować, gdy jest kilka reguł aktywnych
3. jak znaleźć następne reguły
7
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
Podstawowe lematy logiki stosowane w algorytmach wnioskowania
Modus ponens BBAA ))((
Modus tollens ABBA ))((Syllogizm(przechodniość)
)())()(( CACBBA
Kontrapozycja )()( ABBA
8
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
Algorytmy wnioskowania - algorytm wnioskowania do przodu
Wnioskowanie rozpoczyna się
od analizy faktów.
Na podstawie dostępnych reguł i
faktów generowane są fakty tak
długo, aż wśród nich znajdzie się
poszukiwany przez użytkownika
cel lub aż zabraknie reguł.
fakty
reguły
CEL
9
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
Algorytmy wnioskowania - algorytm wnioskowania wstecz
W tym algorytmie zaczyna się od hipotezy i poszukuje się argumentów (dowodów), które ją potwierdzą lub obalą.
CELfakty
reguły
10
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
PrzykładBaza wiedzy
fakty:
A, B, C,
D, E
reguły:
R1: if A and B then F
R2: if C and D then G
R3: if F and G then H
R4: if E and H then CEL
szukana: CELszukana: CEL
11
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
Porównanie algorytmów• Wnioskowanie wstecz łatwo się programuje (rekurencja)
• W przypadku wnioskowania wstecz generowana jest mniejsza liczba faktów, niż w przypadku wnioskowania do przodu (+/-)
• Wnioskowanie mieszane jest przydatne w rozwiązywaniu problemów, wymagających bardzo skomplikowanej sieci zależności reguł. Wymaga jednak istnienia w systemie dodatkowych metareguł określających kiedy jakie wnioskowanie może być użyte oraz implementacji obu sposobów wnioskowania.
12
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
Moduł objaśniający
•“jak?”- czyli prześledzenie procesu wnioskowania, który doprowadził do konkluzji.
•“dlaczego?”- zadawane najczęściej wtedy, gdy system próbuje dowiedzieć się o jakąś dodatkową daną; jest to żądanie wyjaśnienia, do czego ta dana jest systemowi potrzeba.
•“dlaczego nie?”- wyjaśnienie dlaczego dana została odrzucona lub nie wzięta pod uwagę.
•“a co jeśli?”- system pokazuje wnioskowanie i odpowiedź przy założeniu zmiany faktu czy treści reguły.
Zadanie: na żądanie uzasadnianie otrzymanych konkluzji.
Odpowiedzi na pytania użytkownika
13
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
Obszary zastosowań
• klasyfikacja – na podstawie przesłanek otrzymuje się wynik,
określenie stanu czy klasy do którego obiekt należy (np.
medycyna - MYCIN)
• plan – poszukiwanie aranżacji, a często porządku elementów
(lotnictwo - GATE)
• prognoza – na podstawie istniejących danych przewiduje się
stan przyszły (zarządzanie, inżynieria środowiska)
14
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
Zastosowania• EXGAME- system ekspertowy zastępujący w grze
biznesowej współgracza (International Journal of Intelligent
Systems in Accounting, Finance & Management, vol. 7, 1, 1998)
• FINEVA - System Wspomagania Decyzji w Analizie Finansowej z wbudowanym systemem ekspertowym(Expert Systems With Applications, vol. 12, 2, 1997)
• EXSYS - narzędziowy system ekspertowy
15
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
FINEVA kryteria oceny
16
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
FINEVA - przykłady regułR99: if solvency=very_satisfactory and
Managerial-performance=satisfactory and(profitability=stisfactory or profitability=very-satisfactory)
then financial-status=very-satisfactory
R1607:if financial-status=very-satisfactory and(qualitative-evaluation=satisfactory orqualitative-evaluation=very satisfactory)
then expert-system-evaluation=very satisfactory
17
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
Eutro WODA - baza danych
Nazwa pola OpisRkey identyfikator odcinka rzekiRnam nazwa rzekiIsdat flaga określająca, czy dostępne są dane tego odcinkahpos punkt początkowy odcinkahdes punkt końcowy odcinka
Tabela odcinków rzek
18
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
WODA - model złożony
m. hydrauliczny
m. termiczny
m. biochemiczny
19
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
WODA - model złożony
Problemy:
• zgodność danych wyjściowych i wejściowych
• typ modelu (statyczne, dynamiczne, wzdłuż linii charakterystyk)
• wykalibrowanie na odpowiednich odcinkach rzeki
20
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
WODA - parametry modeliModel H Model T Model B
typ rzeki typ rzeki typ rzeki
regulacja regulacja regulacja
Vśr Vśr Vśr
zacienienie zacienie
SNQ SNQ
strefa klimatyczna strefa klimatyczna
Hśr (średnie położenie
zwierciadła wody)
wysokość n.p.m. wysokość n.p.m.
21
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
WODA - badanie zgodności rzek
Q zgodność przepływu rzek A i X
V zgodność prędkości średniej rzek A i X
T zgodność typu rzek A i X
R zgodność regulacji rzek A i X
Z zgodność typu zanieczyszczeń rzek A i X
S zgodność zacienienia rzek A i X
G zgodność strefy klimatycznej rzek A i X
W zgodność wysokości n.p.m. rzek A i X
22
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
WODA - badanie zgodności rzek
1. wszystkie podobieństwa cząstkowe różne od zera
10)min()max(
)min(
ii
ii
PP
PP Pi – podobieństwo parametru i
2. jedno z podobieństw cząstkowych równe zero - reguły3. co najmniej dwa podobieństwa cząstkowe równe zero -
rzeki niepodobne
23
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
Baza wiedzyR1 IF typ silnika=śmigłowy
THEN samolot=C130
R2 IF typ silnika=odrzutowy
pozycja skrzydeł= niska
THEN samolot=B747
R3 IF typ silnika=odrzutowy
pozycja skrzydeł= wysoka
wybrzuszenia=brak
THEN samolot=C5A
R4 IF typ silnika=odrzutowy
pozycja skrzydeł= wysoka
wybrzuszenia=na skrzydłach
THEN samolot=C141
Fakty:typ silnika= odrzutowypozycja skrzydeł=wysokawybrzuszenia=brak
24
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
Stany reguł i przesłanekA active aktywna
D discarded odrzucona
TD triggered przełączona
FD fired odpalona
FR free wolna
FA false fałszywa
TU true prawdziwa
25
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
Rozumowanie do przodunr reguły status nr klauzuli w przesłance status
1 A, U 1 FR
2 A, U 1
2
FR
FR
3 A, U 1
2
3
FR
FR
FR
4 A, U 1
2
3
FR
FR
FR
fakty
26
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
Rozumowanie do przodunr reguły status nr klauzuli w przesłance status
1 A, D 1 FR FA
2 A 1
2
FR, TU
FR
3 A 1
2
3
FR, TU FRFR
4 A 1
2
3
FR TU
FR
FR
fakt typ silnika=odrzutowy
27
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
nr reguły status nr klauzuli w przesłance status
1 A, D 1 FR FA
2 A, D 1
2
FR, TU
FR FA
3 A 1
2
3
FR TUFR TUFR
4 A 1
2
3
FR TU
FR TU
FR
Rozumowanie do przodu
fakt typ silnika=odrzutowy
pozycja skrzydeł=wysoka
28
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
nr reguły status nr klauzuli w przesłance status
1 A, D 1 FR FA
2 A, D 1
2
FR, TU
FR FA
3 A, TD, FD 1
2
3
FR TUFR TUFR TU
4 A, D 1
2
3
FR TU
FR TU
FR FA
Rozumowanie do przodu
fakt typ silnika=odrzutowy
pozycja skrzydeł=wysoka
wybrzuszenia= brakC5A
29
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
Rozszerzenia
• logika rozmyta
• sieci neuronowe
• algorytmy genetyczne
30
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
Literatura
J. J. Mulawka „Systemy ekspertowe”, WNT, 1996
J. P. Ignizio „Introduction to Expert Systems”, McGraw-Hill, Inc.,
1991
A. Kwiatkowska „Systemy Wspomagania Decyzji dla inżynierów
środowiska”, skrypt PW, w przygot.
31
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
M. Pańkowska i H. Sroka „Systemy Informatyczne Bankowości”, Wydawnictwo Uczelniane Akademii Ekonomicznej im. Karola Adamieckiego w Katowicach
International Journal of Intelligent Systems in Accounting, Finance and Management, John Wiley & Sons, University of Southern California,
32
Systemy ekspertowe - definicje i zastosowania
Heurystykaheurisco (gr.) - odkrywać, znajdować
•nauka o metodach i regułach rządzących dokonywaniem odkryć i tworzeniem wynalazków
•metodologia twórczego rozwiązywania zadań
•podejście mające na celu twórcze rozwiązanie problemu, zarówno logicznego, kierowniczego jak i matematycznego (np. rozwiązanie zadania, zbudowanie definicji) szczególnie przez eksperyment, często przy pomocy metody prób i błędów, odwoływania się do analogii, uogólnień
•zbiór odkrywczych technik pozwalających na szybkie i skuteczne odnalezienie rozwiązań problemów dających się sformułować w sposób ilościowy, wykorzystujących przeważnie metody samouczenia się maszyn (np. poprzez sprzężenie zwrotne) w celu poprawy wyników