Giáo trình hệ cơ sở tri thức

TỔNG QUAN VỀ
HỆ CHUYÊN GIA
Overview of Expert Systems
MỤC TIÊU
• Hiểu hệ chuyên gia là gì, ưu điểm và nhược điểm của
hệ chuyên gia
• Nắm vững các giai đoạn phát triển một hệ chuyên gia
• Biết kiểm tra các đặc trưng chung của một hệ chuyên
gia
• Biết kiểm tra cấu trúc của một hệ chuyên gia dựa trên
quy tắc
• Nắm được sự khác nhau giữa các mô hình thủ tục và
không thủ tục
2
HỆ CHUYÊN GIA LÀ GÌ?
“Một hệ chuyên gia (ES) là một hệ thống máy tính
tranh đua hoặc hành động với tất cả sự tôn trọng với
khả năng tạo quyết định của chuyên gia con người”

“An expert system is a computer system that
emulates, or acts in all respects, with the decision-
making capabilities of a human expert.”

Professor Edward Feigenbaum
Stanford University

3
CÁC LĨNH VỰC CỦA AI
4
CÔNG NGHỆ ES
• Công nghệ ES có thể bao gồm:

– Các ngôn ngữ đặc biệt của hệ chuyên gia
– Các chương trình
– Phần cứng được thiết kế để làm thuận lợi cho thực thi các
hệ chuyên gia
5
KIẾN TRÚC KBS & CÁC THÀNH PHẦN CỦA ES
• Cơ sở tri thức (Knowledge Base – KB): có thể dược
thu lượm từ sách vở, báo chí, con người …
• Động cơ suy diễn (Inference Engine): làm rút ra các
kết luận từ KB
• Giao diện người dùng (user interface)

6
LĨNH VỰC VẤN ĐỀ vs LĨNH VỰC HIỂU BIẾT
• Tri thức chuyên gia cụ thể cho từng lĩnh vực vấn đề:
y học, tài chính, khoa học, kỹ nghệ, …
• Tri thức chuyên gia để giải quyết vấn đề cụ thể được
gọi là lĩnh vực tri thức
• Lĩnh vực vấn đề luôn bao hàm lĩnh vực chuyên gia
7
ƯU ĐIỂM CỦA HỆ CHUYÊN GIA
• Tăng giá trị sử dụng
• Giảm giá thành
• Giảm hiểm nguy
• Hiệu năng
• Nhiều sự tinh thông
• Tăng độ tin cậy
• Giải thích rõ ràng
• Đáp ứng nhanh
• Vững trãi, không bị xúc cảm, đáp ứng đầy đủ mọi lúc

• Người giám hộ thông minh, cơ sở dữ liệu thông minh
8
NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ CHUYÊN GIA
• Các hệ chuyên gia kiểu mẫu không thể khái quát hoá
các tình huống mới như cách con người có thể
• Thu lượm tri thức tiêu tốn thời gian và sức lực và là
nhiệm vụ khó khăn trong xây dựng một hệ chuyên gia
9
BIỂU DIỄN TRI THỨC
• Tri thức trong một hệ chuyên gia có thể được biểu
diễn bởi một số cách, bao gồm các quy tắc IF-THEN
• Một số vấn đề cần chú ý khi biểu diễn tri thức:
– Tính dư thừa
– Tính mâu thuẫn
– Tính chu trình trong tập quy tắc
10
KỸ NGHỆ TRI THỨC
• Đóng vai trò quan trọng trong xây dựng một hệ
chuyên gia.
• Kỹ sư tri thức (knowledge engineer): đối thoại với
chuyên gia con người để làm lộ ra tri thức
• Kỹ sư tri thức (knowledge engineer): mã hoá tri thức
trong cơ sở tri thức
• Chuyên gia đánh giá ES và cho kỹ sư tri thức các
bình luận
11
PHÁT TRIỂN MỘT HỆ CHUYÊN GIA
12
PHÁT TRIỂN MỘT HỆ CHUYÊN GIA
• Dưa vào các nghiên cứu nhận thức: con người xử lý

thông tin như thế nào?
• Mô hình Newell-Simon (GPS)
– Ghi nhớ lâu dài (long term memory): các quy tác IF-THEN
– Ghi nhớ tức thì (short term memory): các sự kiện
– Động cơ suy diễn, giải quyết xung đột
13
XEM XÉT XÂY DỰNG CÁC HỆ CHUYÊN GIA
• Vấn đề có thể được giải quyết hiệu quả bởi lập trình
thoả thuận?
• Lĩnh vực được giới hạn rõ ràng?
• Có cần thiết và đòi hỏi một hệ chuyên gia?
• Có chuyên gia mong muốn hợp tác ? (các lỗi của họ có
thể bị lộ tẩy, các bí mật của họ bị lộ, họ có các ý tưởng
khác…)
• Chuyên gia có thể giải thích tri thức để các kỹ sư tri
thức có thể hiểu?
• Tri thức giải quyết vấn đề là heuristic và không chắc
chắn?
14
NGÔN NGỮ, SHELLS & CÔNG CỤ
• Chương trình máy tính thoả thuận nói chung giải
quyết vấn đề với lời giải thuật toán
• Sự gắn bố chặt chẽ giữa dữ liệu và tri thức dẫn đến
điiều khiển cứng, điều khiển luồng
• Nhiều ngôn ngữ ra đời sớm hơn phục vụ trong phạm
vi hạn chế
• Ngôn ngữ hệ chuyên gia thuộc hậu thế hệ thứ ba
• Ngôn ngữ thủ tục như C nhắm vào kỹ thuật biểu diễn
dữ liệu Java nhắm vào trừu tượng dữ liệu
• Ngôn ngữ hệ chuyên gia nhắm vào biểu diễn tri thức

15
CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ CHUYÊN GIA
• Giao diện người dùng: cơ chế cho phép liên lạc giữa
người dùng và hệ thống
• Khả năng dễ khảo sát: giải thích lập luận của hệ
chuyên gia cho người dùng
• Bộ nhớ làm việc: cơ sở dữ liệu tổng thể các sự kiện
được dùng bởi các quy tắc
• Động cơ suy diễn: thực hiện các suy diễn (quyết định
những quy tắc nào thoả mãn và thực hiện ưu tiên)
• Agenda: danh sách ưu tiên các quy tắc
• Khả năng dễ dàng thu lượm tri thức
• Cơ sở tri thức

16
CẤU TRÚC HỆ CHUYÊN GIA DỰA TRÊN QUY
TẮC
17
CÁC PHƯƠNG PHÁP SUY DIỄN CHÍNH
• Dây chuyền tiến (forward chaining): lập luận từ sự
kiện đến kết luận
• Dây chuyền lùi (backward chaining): lập luận đi
ngược từ giả thiết (một kết luận tiềm năng) để chứng
minh sự kiện hỗ trợ cho giả thiết
18
CƠ SỞ TOÁN HỌC CỦA CÁC HỆ DỰA TRÊN
QUY TẮC
• Các hệ hậu sản suất (Post Production Systems)
– Ý tưởng: hệ toán học/logic đơn giản là một tập các quy tắc
xác định làm thế nào để thay đổi một chuỗi các ký hiệu

thành một chuỗi ký hiệu
– Giới hạn: thiếu cơ chế điều khiển hướng dẫn áp dụng các
quy tắc
• Thuật toán Markov
– Một dãy các sản suất được áp dụng theo thứ tự hoặc tính ưu
tiên đối với một chuỗi input
– Quy tắc có độ ưu tiên cao được áp dụng trước
– Hiệu quả đối với các hệ có nhiều quy tắc
19
CƠ SỞ TOÁN HỌC CỦA CÁC HỆ DỰA TRÊN
QUY TẮC (cont.)
• Thuật toán RETE
– Các hàm như một mạng: giữ nhiều thông tin
– Thời gian đáp ứng nhanh hơn nhiều, khai hoả quy tắc diễn
ra được so sánh với nhóm các quy tắc IF-THEN, chúng
được kiểm tra từng cái một trong chương trình thoả thuận
– Ưu điểm: cấu trúc đơn giản
– Nhược điểm: đòi hỏi không gian bộ nhớ lớn
20
MÔ HÌNH LẬP TRÌNH
• Thủ tục:
– Hàm/lệnh
– Thuật toán
– Người lập trình phải xác định chính xác lời giải vấn đề
được coding
• Không thủ tục
– Không phụ thuộc vào người lập trình
– Lập trình khai báo: đích tách biệt với phương pháp đạt
được nó
– Lập trình hương đối tượng: nửa khai báo, nửa lệnh

– Kế thừa
21
NGÔN NGỮ KHÔNG THỦ TỤC
22
HỆ NƠ RON NHÂN TẠO (ANS)
• Dựa trên cách bộ não xử lý thông tin
• Lời giải mô hình: rèn luyện các nơ ron mô phỏng trong
một mạng
• Ưu điểm:
– Lượng thứ lỗi
– Có thể ngoại suy và nội suy từ thông tin được lưu trữ
– Mạng có thể co giãn
– Phí bảo trì thấp
• Nhược điểm:
– Khó giải thích
– Cần nhiều ví vụ để rèn luyện
– Kết quả rèn luyên không thể phân tích được


23
24
CẤU TRÚC HỆ DỰA TRÊN
TRI THỨC
Knowledge Based Systems Structure