Expertní systém počítačový program simulující rozhodovací činnost lidského experta při řešení složitých úloh a využívající vhodně zakódovaných speciálních znalostí převzatých od experta s cílem dosáhnout ve zvolené problémové oblasti kvality rozhodování na úrovni experta. role expertního systému expert kolega asistent 1
DENDRAL pol. 60.let, E. Feigenbaum, vyhodnocení hmotového spektrogramu IF spektrum molekuly má dva vrcholy pro hmoty x1 a x2 takové, že: a) x1 + x2 = molekulová hmotnost + 28, a b) x1-28 je vysoký vrchol, a c) x2-28 je vysoký vrchol, a d) alespoň pro jedno z x1 a x2 je vysoký vrchol, THEN molekula obsahuje ketonovou skupinu 2
Princ princ malá nožka A dobrá rodina modrá krev A bohatí peníze NEBO pozemky 3
Charakteristické rysy expertních systémů oddělení báze znalostí a inferenčního mechanismu neurčitost v bázi znalostí neurčitost v odpovědích uživatele dialogový režim práce vysvětlovací činnost modularita a transparentnost báze znalostí 4
Struktura expertního systému báze znalostí komunikační modul inferenční mechanismus data k případu vysvětlovací modul iniciativa je na straně expertního systému; ten volí otázky, které klade uživateli, uživatel se nespokojí pouze s doporučením systému, ale požaduje ještě jeho zdůvodnění. 5
příklad dialogu s expertním systémem ES: Další! (vchází pan Čivrný) Má pan Jeremiáš chřipku? lékař: No jo, už asi jo!...? ES: Patří pan Jeremiáš do našeho zdravotního obvodu? lékař: Bohužel...! ES: Tak mu DEJ PENICILIN. lékař: To je rada!... Dovolíte-li maestro, proč právě penicilin? ES: Jednoduché, milý MUDr. Watsone. Nic jiného než penicilin, živočišné uhlí a properistol tady nemáme. Na shledanou pane Jeremiáš. lékař: Vskutku, je to pravda!... Na shledanou pane Čivrný. ES: Další! (vchází pan Piskáček) Má pan Jeremiáš chřipku? 6
diagnostické Typy expertních úloh diagnoza - proces nalezení chyb či chybných funkcí systému (živého nebo neživého) Mycin, Internist interpretace - analýza dat s cílem určení jejich významu Dendral, Prospector monitorování - průběžná (on-line) interpretace signálů a dat a určení okamžiku, kdy je nutná intervence Vm generativní plánování - nalezení posloupnosti akcí k dosažení cíle Molgen návrh - vytváření konfigurací objektů vyhovujících daným podmínkám R1/Xcon predikce - předpověď běhu budoucích událostí na základě modelu minulosti a současnosti Glaucoma 7
Typy expertních úloh design diagnóza instrukce interpretace řízení monitorování plánování predikce preskripce simulace selekce 0 5 10 15 20 25 30 Procento aplikací 8
Aplikační oblasti lékařství chemie genetika geologie mechanika Mycin, Casnet/Glaucoma, Internist/Caduceus, Pip, Rheum, Puff, Oncocin, Medico, Protis, DM, Cadiag, Neurex, Vm, Headmed, Eeg,... Dendral, Crysalis, Secs, Synchem Molgen Prospector Sacon, Mechano matematika Macsyma, Am výuka právo Guidon, Why, Blah, Sophie Legol, Taxman, Lrs, Matrim ekonomika Xcon, Xsel, Fast, Planet,... 9
FAST Systém pro hodnocení bonity klienta banky. Systém je tvořen třemi částmi: tabulkovým kalkulátorem pro analýzu finančních charakteristik klienta, databází s kritérii úvěrové politiky banky (preference a rizikové faktory jednotlivých odvětví) a znalostním systémem pro výsledné hodnocení klienta na základě předchozích částí. data o podniku odvětvové standardy FAST Desktop Strategie banky EXSYS shell EXSYS Report Generator závěr 10
Planet Systém Planet používá firma Price Waterhouse jako podporu pro své auditory při sestavování plánu auditu. stupeň v jakém jsou přítomny rizikové faktory stupeň v jakém jednotlivé kroky vyhovují auditu PLANET plán auditu Rady tvůrců 1. získejte experta pro spolupráci, 2. zaměřte se na koncového uživatele, 3. vyvíjejte systém inkrementálně metodou rychlého prototypování (rapid prototyping). 11
Další ekonomické aplikace Analýzy cenných papírů systém Esta (Expert Systems for Technical Analysis) využívá klouzavé průměry za různá období (10, 20, 40 a 75 dnů). Výsledky jsou kombinovány s heuristikami experta (v podobě IF THEN ELSE pravidel) pro investování do konkretního typu akcií. systém Invest radí klientům banky v souvislosti s nákupem a prodejem akcií. Během konzultace si nejprve vytváří představu o klientovi (finanční situace, ochota riskovat, požadavek na pravidelné výnosy apod.), podle ní pak klade speciální dotazy. systém MarketMind slouží jako podpora pro finanční operace na Newyorské burze. Systém v reálném čase monitoruje údaje z burzy, dává doporučení, kdy obchodovat, a (díky napojení na burzovní transakční systém) přímo dává příkazy pro provedení příslušných operací. Znalostní část systému je založena na produkčních pravidlech využívaných metodou přímého řetězení. Sledování finančních transakcí systém FinCEN (Financial Crimes Enforcement Network) používá ministerstvo financí USA pro prověřování finančních transakcí přesahujících 10.000 $. Systém kombinuje práci s rozsáhlou databází Sybase s metodami umělé inteligence. Pro vyhodnocování podezřelosti transakce se používá expertní systém Nexpert Object, který skládá dílčí příspěvky pravidel k pozitivní resp. negativní evidenci, že sledovaná transakce, subjekt nebo účet je podezřelá do výsledného skóre. 12
Volba aplikační oblasti 1. dvoukriteriální schéma založené na odhadu vágnosti a komplexnosti vágnost expertní vysoká systémy? klasické systémy expertní systémy nízká nízká vysoká komplexnost 2. Tansley a Hayball v definici úlohy jsou použity termíny typu: pravidla, vztahy, předpoklady, úloha se zdá být neřešitelná numerickým výpočtem, zpracovávaná fakta se vyznačují určitou nejistotou úloha nevyžaduje manuální zručnost, pro úlohu existují kvalifikovaní experti. 3. pravidlo telefonního hovoru : každý problém, který expert běžně vyřeší po telefonu za 10 až 30 minut lze řešit i expertním systémem. 13
Faktory úspěchu Důvody aplikace: expert odchází a je třeba zaškolit nástupce snaha pro standardizaci způsobu rozhodování Zkušenosti z úspěšných projektů: 1. ve znalostech je síla, 2. získejte experta pro spolupráci, 3. zaměřte se na koncového uživatele, 4. použijte inkrementální vývoj metodou rychlého prototypování (rapid prototyping). 14
Prázdné systémy Zahraniční název výrobce URL EXSYS EXSYS www.exsysinfo.com/ G2 GenSym www.gensym.com/ KappaPC IntelliCorp. www.intellicorp.com/ Level 5 Level 5 www.l5r.com/ M4 Teknowledge www.teknowledge.com/ Nexpert Object Neuron Data www.neurondata.com/ XpertRule Attar www.attar.com/ Clips NASA www.jsc.nasa.gov/ Tuzemské - výzkum poč. 80. let název CODEX FEL-EXPERT EQUANT SAK Solaris BEX NEST tvůrce VÚLB Bratislava FEL ČVUT Praha UI AV ČR Praha VŠE Praha FSI ČVUT Praha VÚSEI-AR Bratislava VŠE Praha 15
Diagnostické úlohy Získávání a interpretace informací relevantních pro potvrzení přítomnosti nebo nepřítomnosti nějaké závady v systému: formulování hypotézy, testování hypotézy, přijetí nebo zamítnutí hypotézy pozorované příznaky znalosti formulace hypotézy hypotéza testování hypotézy přijmi diagnóza zamítni/ zpřesni 16
Konceptuální model diagnostické úlohy Použité znalosti mohou mít charakter: 1. popisu normálního chování systému, 2. popisu abnormálního chování systému, 3. výčtu závad a seznamu příznaků pro každou závadu (bez explicitních znalostí o chování systému), 4. seznamu příznaků pro normální situaci. V reálných aplikacích se výše uvedené znalosti různě prolínají, při uvažování různých konceptuálních modelů je ale vhodné mezi nimi rozlišovat: diagnostikování odchylky od normálu, diagnostikování porovnáním abnormálního chování, diagnostikování klasifikováním abnormality. 17
Diagnostikování odchylky od normálu Tento způsob je vhodný v situacích, kdy není k dispozici dostatek znalostí o abnormálním chování a je známo pouze, jak vypadá chování normální (např. diagnostikování nového stroje). Při tomto způsobu diagnostikování se pozorované chování porovnává s chováním očekávaným a vyhodnocuje se případná odlišnost. reálný svět pozorování pozorované příznaky model normálního chování predikce predikované příznaky odchylka 18
Diagnostikování porovnáním abnormálního chování Z předpokladu výskytu určité poruchy se dají predikovat některé abnormální příznaky. Ty se pak porovnávají s příznaky pozorovanými. Znalosti jsou obvykle formulovány jako kauzální vazby. Z důsledků (příznaků) se usuzuje na možné příčiny (poruchy), používá se tedy abdukce. reálný svět pozorování pozorované příznaky model abnormálního chování predikce predikované příznaky porovnej 19
Diagnostikování klasifikováním abnormality Nepracuje se s modelem. Využívjí se pouze více méně typické příznaky, které doprovázejí jednotlivé závady. Pracuje se tedy se třetím, někdy i čtvrtým typem znalostí. Použité znalosti se v tomto případě někdy označují jako mělké (shallow knowledge). Při řešení problému se zjišťuje, které závady jsou asociovány s pozorovanými příznaky. reálný svět pozorování pozorované příznaky empirické asociace asociování evidence klasifikuj 20
Generativní úlohy Generování (plánování) sestavení sekvence akcí, která povede k dosažení požadovaného cíle, splňování omezení, kladených na požadované řešení úlohy. např. Konfigurování: požadavky na chování systému se porovnávají s chováním navrhovaného řešení. V případě, že řešení nevyhovuje, musí se modifikovat. požadovaný systém specifikace požadované chování navržený systém pozorování pozorované chování odchylka modifikace 21