CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ CHUYÊN GIA 1.1 Hệ chuyên gia Hệ chuyên gia (Expert system) là một chương trình máy tính thông minh sử dụng tri thức (Knowledge) và các thủ tục suy luận để giải những bài toán tương đối khó khăn đòi hỏi những chuyên gia mới giải được. Hệ chuyên gia là một hệ thống tin học có thể mô phỏng (Emulates) năng lực quyết đoán (Decision) và hành động (Making abilily) của một chuyên gia (Con người). Hệ chuyên gia là một trong những lĩnh vực ứng dụng của trí tuệ nhân tạo (Artificial intelligence) như hình dưới đây. Artificail Intelligence Robotic Speech Vision Artificial neural System Natural Language Expert System Understanding Hình 1.
1 Một số lĩnh vực ứng dụng của trí tuệ nhân tạo. 3 Hệ chuyên gia sử dụng các tri thức của những chuyên gia để giải quyết các vấn đề (Bài toán) khác nhau thuộc mọi lĩnh vực. Tri thức (Knowledge) trong hệ chuyên gia phản ánh sự tinh thông được tích tụ từ sách vở, tạp chí, từ các chuyên gia hay các nhà bác học. Các thuật ngữ hệ chuyên gia, hệ thống dựa trên tri thức (Knowledeg based system) hay hệ chuyên gia dựa trên tri thức (Knowledge based expert system) thường có cùng nghĩa.
Một hệ chuyên gia gồm ba thành phần chính là cơ sở tri thức (Know- ledge base), máy suy diễn hay mô tả suy diễn (Inference engine) và hệ thống giao tiếp với người sử dụng (User interface). Cơ sở tri thức chữa các tri thức để từ đó, máy suy diễn tạo ra câu trả lời cho người sử dụng qua hệ thống giao tiếp. Người sử dụng (User) cung cấp sự kiện (Facts) là những gì đã biết, đã có thật hay những thông tin có ích cho hệ chuyên gia, và nhận được những câu trả lời là những lời khuyên hay những gợi ý đúng đắn (Expertise). Hoạt động của một hệ chuyên gia dựa trên tri thức được minh họa như sau: Cơ sở tri thức Hệ thống (Knowledge Base) Người sử dụng giao tiếp (User) (User interface) Máy suy diễn (Inference Engine) Hình 1.
2 Hoạt động của hệ chuyên gia. 4 Một hệ chuyên gia chỉ đặc trưng cho một lĩnh vực vấn đề (Problem domain) nào đó, như y học, tài chính, khoa học hay công nghệ. , mà không phải cho bất cứ một lĩnh vực vấn đề nào. Tri thức chuyên gia để giải quyết một vấn đề đặc trưng được gọi là lĩnh vực tri thức (Knowledge domain).
Lĩnh vực vấn đề (Problem Domain) Lĩnh vực tri thức (Knowledge domain) Hình 1. 3 Quan hệ giữa lĩnh vực vấn đề và lĩnh vực tri thức. Ví dụ: Hệ chuyên gia về lĩnh vực y học để phát hiện các căn bệnh lây nhiễm sẽ có nhiều tri thức về một số triệu chứng lây bệnh, lĩnh vực tri thức y học bao gồm các căn bệnh, triệu chứng và chữa trị. Chú ý rằng lĩnh vực tri thức hoàn toàn nằm trong lĩnh vực vấn đề.
Phần bên ngoài lĩnh vực tri thức nói lên rằng không phải là tri thức cho tất cả mọi vấn đề. Tùy theo yêu cầu người sử dụng mà có nhiều cách nhìn nhận khác nhau về một hệ chuyên gia. Loại người sử dụng Vấn đề đặt ra Người quản trị Tôi có thể dùng nó để làm gì ? Kỹ thuật viên Làm cách nào để tôi vận hành nó tốt nhất ? 5 Nhà nghiên cứu Làm sao để tôi có thể mở rộng nó ? Nó sẽ giúp tôi cái gì đây ? Người sử dụng cuối Nó có rắc rối và tốn kém không ? Nó có đáng tin cậy không ? 1.2 Đặc trưng và ưu điểm của hệ chuyên gia Hệ chuyên gia có bốn đặc trưng cơ bản như sau: - Hiệu quả cao (High performance). Khả năng trả lời với mức độ tinh thông bằng hoặc cao hơn so với chuyên gia (Người) trong cùng lĩnh vực.
- Thời gian trả lời thoả đáng (Adequate response time). Thời gian trả lời hợp lý, bằng hoặc nhanh hơn so với chuyên gia (Người) để đi đến cùng một quyết định. Hệ chuyên gia là một hệ thống thời gian thực (Real time system). - Độ tin cậy cao (Good reliability).
Không thể xảy ra sự cố hoặc giám sát độ tin cậy khi sử dụng. Hệ chuyên gia giải thích các bước suy luận một cách dễ hiểu và nhất quán, không giống như cách trả lời bí ẩn của các hộp đen (Black box). Những ưu điểm của hệ chuyên gia: - Phổ cập (Increased availability). Là sản phẩm chuyên gia, được phát triển.
- Không ngừng với hiệu quả sử dụng không thể phủ nhận. - Giảm giá thành (Reduced cost). - Giảm rủi ro (Reduced dangers). Giúp con người tránh được trong các môi trường rủi ro, nguy hiểm.
- Tính thường trực (Permanance). Bất kể lúc nào cũng có thể khai thác sử dụng, trong khi con người có thể mệt mỏi, nghỉ ngơi hay vắng mặt. Chuyên gia về nhiều lĩnh vực khác 6 nhau và được khai thác đồng thời bất kể thời gian sử dụng. Luôn đảm bảo độ tin cậy khi khai thác.
- Khả năng giảng dạy (Explanation). Câu trả lời với mức độ tinh thông được giảng dạy rõ ràng chi tiết, dễ hiểu. - Khả năng trả lời (Fast reponse). Trả lời theo thời gian thực, khách quan.
- Tính ổn định, suy luận có lý và đầy đủ mọi lúc mọi nơi (Steady, une motional, and complete response at all times). - Trợ giúp thông minh như một người hướng dẫn (Intelligent -tutor). - Có thể truy cập như là một cơ sở dữ liệu thông minh (Intelligent database [1]).3 Biểu diễn tri thức bởi luật và lập luận 1.1 Biểu diễn tri thức bằng các luật IF - THEN Ngôn ngữ bao gồm các luật IF - THEN là ngôn ngữ phổ biến nhất để biểu diễn tri thức. Các luật IF - THEN có ưu điểm sau: - Mỗi luật IF - THEN mô tả một phần nhỏ tương đối độc lập của tri thức.
- Có thể thêm vào cơ sở tri thức các luật mới hoặc loại bỏ một số luật cũ mà không ảnh hưởng nhiều tới các luật khác. - Các hệ tri thức với cơ sở tri thức gồm các luật IF - THEN có khả năng đưa ra lời giải thích cho các quyết định của hệ. Các luật IF - THEN là dạng biểu diễn tự nhiên của tri thức. Bằng cách sử dụng các luật IF - THEN chúng ta có thể biểu diễn được một số lượng lớn tri 7 thức của con người về tự nhiên, xã hội, kinh nghiệm của con người trong lao động sản xuất, tri thức của các thầy thuốc, tri thức của các kỹ sư, tri thức trong các ngành khoa học: kinh tế, sinh học, hóa học, vật lý, toán học, … 1.2 Biểu diễn tri thức không chắc chắn Trong đời sống thực tế có rất nhiều điều mà ngay cả các chuyên gia cũng không hoàn toàn tin tưởng chúng là đúng hay sai.
Đặc biệt là các kết luận trong chẩn đoán y học, trong dự báo thời tiết, trong phỏng đoán sự hỏng hóc của máy móc, chúng ta không thể tin tưởng 100% các kết luận đưa ra là đúng. Chẳng hạn nếu xe máy đang chạy bị chết máy và kiểm tra xăng vẫn còn thì có thể tin rằng 90% là do có vấn đề ở bugi. Tuy nhiên vẫn còn 10% phỏng đoán đó là sai, xe bị chết máy do các nguyên nhân khác. Do đó, trong các hệ dựa trên luật, chúng ta phải đưa vào mức độ chắc chắn của các luật và sự kiện trong cơ sở tri thức.
Chúng ta sẽ gán cho mỗi luật hoặc sự kiện một mức độ chắc chắn nào đó, mức độ chắc chắn là một số nằm giữa 0 và 1. Cách viết: A1^…^An => B : C Có nghĩa là luật A1^…^An => B có độ chắc chắn là C (0 ≤ C ≤ 1). Cách xác định mức độ chắc chắn C: A. Nếu luật có 1 điều kiện: A => B : C Theo lý thuyết xác suất ta có: P (B) = P (B|A)*P (A) Trong đó: 8 P (A), P (B) là xác suất của sự kiện A, B tương ứng (Cũng chính là mức độ chắc chắn của A, B tương ứng).
P (B|A) là xác suất có điều kiện của B khi A đã xảy ra, ở đây P (B|A) là mức độ chắc chắn của luật, tức là bằng C. Nếu luận có n > 1 điều kiện: A1^…^An => B : C Trong trường hợp này, mức độ chắc chắn của A, P (A) được tính bằng các phương pháp khác nhau, tùy thuộc vào các sự kiện Aᵢ là độc lập hay phụ thuộc. Nếu các sự kiện Ai là độc lập, khi đó: P (A) = P (A1) … P (An) Nếu các sự kiện Ai là phụ thuộc: P (A) = min { P (A1), … , P (An) } 1.3 Suy diễn và lập luận Suy diễn và lập luận là hai khái niệm được dùng chung để chỉ một tiến trình đưa đến kết luận từ các giả thiết cho ở dạng cơ sở tri thức (Sự kiện, quy luật). - Định nghĩa lập luận Lập luận là quá trình làm việc với tri thức sự kiện và các chiến lược giải bài toán nhằm rút ra kết luận.
- Lập luận theo cách suy diễn Lập luận theo suy diễn là phương pháp dùng các sự kiện của bài toán (Là các luật trong cơ sở tri thức) và các tiên đề sau đó sử dụng các phương pháp suy diễn để rút ra thông tin mới từ các thông tin đã biết. Ví dụ: 9 IF có thân nhiệt lớn hơn 38 độ THEN bị sốt Tiên đề: thân nhiệt lớn hơn 38 độ Kết luận: bị sốt Lập luận suy diễn là 1 trong các kĩ thuật phổ biến nhất. Suy diễn đã dùng modus ponens là loại cơ bản của lập luận suy diễn. Khi có A => B và A đúng thì rút ra được B đúng.
- Lập luận quy nạp Con người dùng lập luận quy nạp để rút ra kết luận tổng quát từ 1 tập các sự kiện theo cách tổng quát hoá. Ví dụ: Giả thiết: Chị Mơ hát hay Giả thiết: Chị Nụ hát hay Kết luận: Nói chung các chị hát hay Qua lập luận này, người ta cho rằng kết luận sẽ đúng cho tất cả các trường hợp cùng loại, thực chất của lập luận quy nạp là đem cái thiểu số áp đặt cho đa số. Ví dụ: Cho tập các đối tượng X = {a, b, c, .}, nếu tính chất P đúng đối với a và nếu tính chất P cũng đúng đối với b, và nếu tính chất P cũng đúng đối với c,. Thì tính chất này đúng với tất cả X.
- Lập luận phỏng đoán Suy diễn là lập luận chính xác từ các sự kiện và thông tin đã biết. Lập luận phỏng đoán, giả định là một loại suy diễn có vẻ hợp lí. Điều này có nghĩa câu kết luận có thể đúng nhưng cũng có thể không đúng.
