Usuzování za neurčitosti

Podobné dokumenty
Zpracování neurčitosti

pseudopravděpodobnostní Prospector, Fel-Expert

Dobývání znalostí. Doc. RNDr. Iveta Mrázová, CSc. Katedra teoretické informatiky Matematicko-fyzikální fakulta Univerzity Karlovy v Praze

Vybrané přístupy řešení neurčitosti

1. Znalostní systémy a znalostní inženýrství - úvod. Znalostní systémy. úvodní úvahy a předpoklady. 26. září 2017

POČÍTAČOVÁ FORMALIZACE MENTÁLNÍCH MODELŮ METODAMI PRAVDĚPODOBNOSTNÍHO JAZYKOVÉHO MODELOVÁNÍ

MYCIN, Prospector. Pseudodefinice [Expertní systémy, Feigenbaum a kol. 1988] oblasti kvality rozhodování na úrovni experta.

Bayesovská klasifikace

Úvod do expertních systémů

Zadání a řešení testu z matematiky a zpráva o výsledcích přijímacího řízení do magisterského navazujícího studia od jara 2016

Ústav teorie informace a automatizace. J. Vomlel (ÚTIA AV ČR) Úvod do bayesovských sítí 30/10/ / 28

Výroková a predikátová logika - III

Expertní systémy. Typy úloh: Klasifikační Diagnostické Plánovací Hybridní Prázdné. Feingenbaum a kol., 1988

Zadání a řešení testu z matematiky a zpráva o výsledcích přijímacího řízení do magisterského navazujícího studia od podzimu 2016

a způsoby jejího popisu Ing. Michael Rost, Ph.D.

Západočeská univerzita v Plzni Fakulta aplikovaných věd Katedra informatiky a výpočetní techniky. programu pro výuku

Operační výzkum. Síťová analýza. Metoda CPM.

MATEMATICKÁ TEORIE ROZHODOVÁNÍ

Základy teorie pravděpodobnosti

Bayesovské sítě. Kamil Matoušek, Ph.D. Informační a znalostní systémy

Pravidlové znalostní systémy

MATEMATICKÁ TEORIE ROZHODOVÁNÍ

7. Inferenční metody. Inferenční metody Václav Matoušek, Josef Strolený Úvod do znalostního inženýrství, ZS 2014/

TEORIE PRAVDĚPODOBNOSTI. 2. cvičení

Expertní systémy. 1. Úvod k expertním systémům. Cíl kapitoly:

Matematika III. 4. října Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava. Matematika III

Základy umělé inteligence

ALGORITMY A DATOVÉ STRUKTURY

Stromy, haldy, prioritní fronty

Agent pracující v částečně pozorovatelném prostředí udržuje na základě senzorického modelu odhaduje, jak se svět může vyvíjet.

= je prostý orientovaný graf., formálně c ( u, v) 0. dva speciální uzly: zdrojový uzel s a cílový uzel t. Dále budeme bez

Grafy. doc. Mgr. Jiří Dvorský, Ph.D. Katedra informatiky Fakulta elektrotechniky a informatiky VŠB TU Ostrava. Prezentace ke dni 13.

Základy teorie pravděpodobnosti

Inženýrská statistika pak představuje soubor postupů a aplikací teoretických principů v oblasti inženýrské činnosti.

Úvod do informatiky. Miroslav Kolařík

i=1 Přímka a úsečka. Body, které leží na přímce procházející body a a b můžeme zapsat pomocí parametrické rovnice

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

6 Reprezentace a zpracování neurčitosti

Dijkstrův algoritmus

Fuzzy logika. Informační a znalostní systémy

Výroková a predikátová logika - II

Zadání a řešení testu z matematiky a zpráva o výsledcích přijímacího řízení do magisterského navazujícího studia od podzimu 2014

Pravděpodobnost a statistika

Neurčitost: Bayesovské sítě

Výroková a predikátová logika - II

1 Expertní systémy. 1.1 Základní informace. 1.2 Výstupy z učení. 1.3 Expertní systém (ES) 1.4 Komponenty expertních systémů

Přijímací zkouška - matematika

Modely teorie grafů, min.kostra, max.tok, CPM, MPM, PERT

Modely Herbrandovské interpretace

3. Podmíněná pravděpodobnost a Bayesův vzorec

Teorie rozhodování (decision theory)

NMAI059 Pravděpodobnost a statistika

Vysoká škola ekonomická Praha. Tato prezentace je k dispozici na:

Algoritmus pro hledání nejkratší cesty orientovaným grafem

Teorie pravěpodobnosti 1

Zadání a řešení testu z matematiky a zpráva o výsledcích přijímacího řízení do magisterského navazujícího studia od jara 2017

Zadání a řešení testu z matematiky a zpráva o výsledcích přijímacího řízení do magisterského navazujícího studia od jara 2014

PRAVDĚPODOBNOST A STATISTIKA. Bayesovské odhady

Kapitola 1. Úvod. 1.1 Značení. 1.2 Výroky - opakování. N... přirozená čísla (1, 2, 3,...). Q... racionální čísla ( p, kde p Z a q N) R...

Dnešní program odvozování v Bayesovských sítích exaktní metody (enumerace, eliminace proměnných) aproximační metody y( (vzorkovací techniky)

Základní datové struktury III: Stromy, haldy

TGH09 - Barvení grafů

Definice 9.4. Nedeterministický algoritmus se v některých krocích může libovolně rozhodnout pro některé z několika možných různých pokračování.

Výroková logika. Teoretická informatika Tomáš Foltýnek

Obr. 1: Vizualizace dat pacientů, kontrolních subjektů a testovacího subjektu.

Motivace. Náhodný pokus, náhodný n jev. Pravděpodobnostn. podobnostní charakteristiky diagnostických testů, Bayesův vzorec

1 Tyto materiály byly vytvořeny za pomoci grantu FRVŠ číslo 1145/2004.

Konstrukce relace. Postupně konstruujeme na množině všech stavů Q relace i,

Inferenční statistika - úvod. z-skóry normální rozdělení pravděpodobnost rozdělení výběrových průměrů

Vzdálenost uzlů v neorientovaném grafu

Intuitivní pojem pravděpodobnosti

Získávání a reprezentace znalostí

Zadání a řešení testu z matematiky a zpráva o výsledcích přijímacího řízení do magisterského navazujícího studia od podzimu 2015

Vytěžování znalostí z dat


Počet pravděpodobnosti

postaveny výhradně na syntaktické bázi: jazyk logiky neinterpretujeme, provádíme s ním pouze syntaktické manipulace důkazy

I. D i s k r é t n í r o z d ě l e n í

IV113 Validace a verifikace. Převod LTL formule na Büchi automat. Jiří Barnat

Binární vyhledávací stromy pokročilé partie

Reprezentace znalostí - úvod

Přednáška II. Vztah pravděpodobnosti, statistiky a biostatistiky

p(x) = P (X = x), x R,

Výroková a predikátová logika - II

2 Hlavní charakteristiky v analýze přežití

Logika. 2. Výroková logika. RNDr. Luděk Cienciala, Ph. D.

10 Přednáška ze

Rekurentní rovnice, strukturální indukce

Cíle lokalizace. Zjištění: 1. polohy a postavení robota (robot pose) 2. vzhledem k mapě 3. v daném prostředí

Statistika. Regresní a korelační analýza Úvod do problému. Roman Biskup

Matematická analýza pro informatiky I. Limita posloupnosti (I)

Dobývání znalostí. Doc. RNDr. Iveta Mrázová, CSc. Katedra teoretické informatiky Matematicko-fyzikální fakulta Univerzity Karlovy v Praze

III. Úplná pravděpodobnost. Nezávislé pokusy se dvěma výsledky. Úplná pravděpodobnost Nezávislé pokusy se dvěma výsledky Náhodná veličina

1. Statistická analýza dat Jak vznikají informace Rozložení dat

9. T r a n s f o r m a c e n á h o d n é v e l i č i n y

Výroková a predikátová logika - III

Komplexní analýza. Reziduová věta a její aplikace. Martin Bohata. Katedra matematiky FEL ČVUT v Praze

autorovu srdci... Petr Hliněný, FI MU Brno 1 FI: MA010: Průnikové grafy

Tematický plán Obor: Informační technologie. Vyučující: Ing. Joanna Paździorová

Václav Jirchář, ZTGB

Transkript:

Usuzování za neurčitosti 25.11.2014 8-1

Usuzování za neurčitosti Hypotetické usuzování a zpětná indukce Míry postačitelnosti a nezbytnosti Kombinace důkazů Šíření pravděpodobnosti v inferenčních sítích 8-2

a) Česká Literatura Jiroušek R.: Metody reprezentace a zpracování znalostí v umělé inteligenci. VŠE, Praha, 1995. Jiroušek R.: Úvod do teorie bayesovských sítí. VŠE, Praha, 1994. Müller L.: Znalostní systémy. Skriptum, ZČU, 2002. b) Anglická Geisler E.: Knowledge and Knowledge Systems. IGI Global Publ., 2007. Harmon P., Sawyer B.: Creating Expert Systems for Business and Industry. John Wiley&sons, New York, 1990. 8-3

Neurčitost Charakteristický rys složitých systémů. Poznatky z reality jsou neurčité. Příčiny neurčitosti: Problémy s daty Chybějící nebo nedostupná data. Nespolehlivá data (chyba měření). Nepřesná nebo nekonzistentní reprezentace dat. Nejisté znalosti Znalost nemusí být platná ve všech případech. Znalost může obsahovat vágní pojmy. 8-4

Vyjádření neurčitosti Obvykle vyjadřována numerickými parametry. Označení váhy, míry, stupně důvěry, faktory jistoty. Hodnoty přiřazeny tvrzením či pravidlům. Nejčastěji v rozsahu 0,1 nebo -1,1. Většinou označena jedním číslem, v novějších systémech dvojicí (interval). Některé systémy pracují s kvalitativně vyjádřenými neurčitostmi. 8-5

Zpracování neurčitosti Bayesův přístup a jeho modifikace (PROSPECTOR). Teorie určitosti (Certainty Theory). Fuzzy logika. Dempster-Shaferova teorie. 8-6

Bayesovský přístup 1/2 Nejstarší a nejlépe definovaná technika. Znalost ve tvaru pravidla Předpoklad (evidence) podporuje závěr (hypothesis). ( ) apriorní pravděpodobnost jevu. ( ) apriorní pravděpodobnost jevu. aposteriorní pravděpodobnost závěru (hypotézy). ( ) podmíněna pravděpodobnost jevu za podmínky, že nastal jev. 8-7

Bayesovský přístup 2/2 Bayesovy vzorce: = = + ( ) = + 8-8

Pacient s bolestmi na hrudi má: 1. (nemocné srdce): +/ (má/nemá) 2. : +/ (pozitivní/negativní) Za předpokladu, že je pozitivní + se ptáme, zda pacient má skutečně, tzn. jaká je pravděpodobnost + + =? + apriorní pravděpodobnost jevu, že pacient má nemocné srdce = 0,1. + + podmíněná pravděpodobnost jevu, že je pozitivní u pacienta s = 0,9. = 0,95. Příklad 1/2 8-9

Řešení: + + = Příklad 2/2 + + (+ ) (+ ) = = = = + + (+ ) + + + + + ( ) = + + (+ ) + + + + 1 [1 + ] = 0,9 0,1 0,9 0,1 + 1 0,95 [1 0,1] 0,67 2 3 2/3 lidí s bolestmi na hrudi a s pozitivním EKG mají nemocné srdce. 8-10

Apriorní pravděpodobnostní šance: = = 1 Aposteriorní pravděpodobnostní šance: = Pravděpodobnostní šance = 1 Pravděpodobnost lze ze šance vypočítat dle vztahu: ( ) = ( ) 1 + ( ) 8-11

Důkaz Věta: ( ) = ( ) 1 + ( ) Důkaz: = = 1 = 1 1 1 1 = 1 1 1 1 + 1/ = 1 + 8-12

Míra postačitelnosti Z Bayesových vzorců pro a vyplývá: =, kde: = ( ) ( ) = (někdy též ) se nazývá mírou postačitelnosti. Když s velkou pravděpodobností, pak se blíží nekonečnu, tzn. velká hodnota 1 říká, že předpoklad je postačitelný k dokázání hypotézy. 8-13

Důkaz míry postačitelnosti Věta: = Důkaz: L = O(H E) O(H) = ( ) ( ) ( ) ( ) = ( ) ( ) = = = = 8-14

Míra nezbytnosti Obdobně platí: = ^, kde: ^ = ( ) ( ) = ^ (někdy též ) se nazývá mírou nezbytnosti. Když s malou pravděpodobností, pak ^ se blíží 0, tzn. malá hodnota 0 < ^ 1 znamená, že je nezbytné pro dokázání. 8-15

Důkaz míry nezbytnosti Věta: ^ = Důkaz: ^ = O(H E) O(H) = ( ) ( ) ( ) ( ) = ( ) ( ) = = = = 8-16

Tabulka ^ 0 je nezbytné pro je postačitelné pro 1 ani nemá žádný vliv na 1 ani nemá žádný vliv na je postačitelné pro 0 je nezbytné pro 8-17

Platí: > 1 ^ < 1 = 1 ^ = 1 < 1 ^ > 1 Neboť platí: ^ = ( ) ( ) Vztah a ^!Toto platí pouze teoreticky! Prakticky expert zadává i ^, které vztah splňovat nemusí. 8-18

Zadávání míry postačitelnosti a nezbytnosti Míry postačitelnosti a nezbytnosti zadávány pro každé pravidlo expertem subjektivně. Pravidlo lze chápat jako: if then with váha else with váha ^ tzn. a ^ 8-19

Kombinace více pravidel Mějme pravidla:,,, Pak se aposteriorní šance za předpokladu nezávislosti vypočte jako:... =... Pokud není k dispozici přesná evidence dispozici pouze pozorování, pak platí:... =... kde = a je k 8-20

Přebráno z fuzzy logiky. Kombinace předpokladů 1. Disjunkce předpokladů: =, 2. Konjunkce předpokladů: =, 3. Negace předpokladů: = 1 8-21

Výhody a nevýhody Bayesova přístupu Výhody Dobré teoretické základy Dobře definovaná sémantika rozhodování Nevýhody Potřeba velkého množství pravděpodobnostních dat Nebezpečí neúplnosti a nekonzistence dat Předpoklad nezávislosti evidencí E nebývá splněn Možnost ztráty informace při popisu neurčitosti jedním číslem Obtížnost vysvětlování 8-22

Bayesův teorém v PROSPECTORu 1/3 V inferenční síti jsou ke každému přechodu z uzlu do uzlu (tj. každému pravidlu) přiřazeny vztahy pro výpočet pravděpodobnosti faktu odpovídajícího uzlu, do kterého se přejde. Použije se pravděpodobnost faktu odpovídajícího výchozího uzlu.?,,, 8-23

Bayesův teorém v PROSPECTORu 2/3,, V inferenční síti dochází k postupné propagaci. 8-24

Bayesův teorém v PROSPECTORu 3/3 Pro experta obtížné určit hodnoty ( ) a ( ). Expert tedy zadává, ^, ( ). Věta: = ( ) 1 + ( ) 8-25

Bayesian Network Bayesovská síť Orientovaný acyklický graf Uzel náhodná veličina Hrana (vztah) kauzální závislost mezi proměnnými Hrana znamená, že kauzálně ovlivňuje Pozorování poskytuje kauzální podporu Pozorování poskytuje diagnostickou podporu Umožňuje provádět prediktivní i diagnostické inference 8-26

Příklad Bayesovské sítě Každému uzlu přiřazena pravděpodobnostní tabulka Pokud uzel nemá předchůdce nepodmíněná pravděpodobnost 8-27

Pojmy pro definici Bayesovské sítě Nechť =, je orientovaný acyklický graf a nechť. Definujme množiny: = { (, ) } = { } = { } Množina je množinou bezprostředních předchůdců uzlu, je množinou všech následníků uzlu. Prvky nazývány příčinami. 8-28

Definice Bayesovské sítě 1/2 Nechť (Ω, ) je pravděpodobnostní prostor, kde Ω = Ω... Ω. Nechť ( = 1,..., ) je projekce Ω na Ω (tj. : Ω Ω je náhodná proměnná). Nechť (, ) je orientovaný acyklický graf, kde = {,, }. Řekneme, že (,, ) je Bayesovská síť, jestliže pro všechna a všechna ( ) a podmíněně nezávislé při daném ( ). 8-29

Definice Bayesovské sítě 2/2 Když =,,, =,,, (...... ) 0, pak:...... = (... Pokud známe příčiny, pak pouze nebo jeho následníci nám mohou dát další informace o. Namísto pojmu Bayesovská síť se používají i pojmy kauzální síť nebo influenční diagram. 8-30

Vlastnosti Bayesovské sítě Nechť (,, ) je Bayesovská síť, pak platí: = ( ) ( ) Nechť (, ) je orientovaný acyklický graf, kde = {,..., }, přičemž jsou proměnné s obory hodnot ( ). Nechť ( ) je nezáporná reálná funkce taková, že ( ) = 1 pro všechny kombinace hodnot proměnných z ( ). Pak: Ω = ( )... ( ) a = ( ) definují pravděpodobnostní prostor, pro nějž,, je Bayesovská síť. Přitom je buď 0 nebo ( ( ). 8-31

Konstrukce Bayesovské sítě 1. Specifikace veličin,..., a jejich obory hodnot ( ). 2. Konstrukce orientovaného acyklického grafu (, ), kde = {,, }, vyjadřujícího kauzální závislosti mezi veličinami. 3. Odhad pravděpodobnosti P tak, že odhadneme ( ) pro všechna X, všechny hodnoty X a všechny kombinace hodnot proměnných z ( ). Nezbytné je splnění pouze těchto podmínek: 0 ( ) 1 = 1 ( ) 8-32

Problém pro Bayesovskou síť Problém řešený Bayesovskou sítí lze formulovat takto: Nechť je dána Bayesovská síť (,, ) a množiny,, =. Jsou-li zadány hodnoty proměnných z množiny U, je třeba zjistit ( ). Po zadání hodnot některých proměnných se zavádí inference, což znamená přepočet podmíněných pravděpodobností pro ostatní proměnné. Inference je založena na Bayesovských vzorcích. Tento problém je NP-složitý Neexistuje algoritmus s polynomiální časovou složitostí. Použití aproximačních technik transformace na jednodušší tvar. 8-33

Jednoduše souvislá Bayesovská síť Bayesovská síť je jednoduše souvislá, jestliže mezi každými dvěma uzly existuje právě jedna neorientovaná cesta. Další názvy polystrom, les Zvláštním případem polystromu je strom. Strom každý uzel má nejvýše jednoho rodiče Pro tuto síť existují algoritmy s polynomiální časovou složitostí. 8-34