Szakértő rendszer problématípusok és a tudásalapú rendszerépítés jellegzetességei Horváth Milán Sántáné-Tóth Edit: Tudásalapú technológia, szakértő rendszerek könyve alapján

Tartalom Szakértői rendszer problématípusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés Szakértői rendszer problématípusok Alaptechnikák és problématípusok kapcsolata A tudásalapú stratégia kidolgozása Feladat kiválasztása, elemzése Tudásszerzés

Szakértő rendszer problématípusok osztályzása Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés Klasszikus osztályzás szerint (Hayes-Rooth): interpretáció előrejelzés diagnózis objektumtervezés tevékenységtervezés őrzés/monitorozás hibaelhárítás javítás oktatás szabályozás Felhasználói szituációt alapul vevő osztályzás. Nem minden típus elemi, - vannak speciális esetek: diagnosztizáló részhalmaza az interpretáló rendszereknek - lehetnek összetett típusok is: pl. hibaelhárítás= diagnózis + javítás

Szakértő rendszer problématípusok osztályzása Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés Problématípusok realizáló technikák szerinti csoportosítása (Harmon): procedurális problémák diagnosztizáló problémák monitorozó/őrző problémák konfiguráló vagy objektumtervező (design) problémák tevékenység tervező (planning) vagy ütemező (scheduling) problémák

Procedurális problémák Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés Az adott tárgyköri ismeretanyag leírható valamely egyszerű eljárással Algoritmikusan leírható vagy döntési fába rendezhető Jellemző megvalósítási alaptechnika: hagyományos programozás Tudásalapú rendszert használunk procedurális nyelv helyett, ha : gyorsan és inkrementálisan szeretnénk fejleszteni a programot gyakran kell módosítani a rendszerfejlesztő szakember nem ismeri a hagyományos (procedurális) nyelveket

Diagnosztizáló problémák Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés Megfigyelések (mint okozatok) halmaza fölötti következtetés egy vagy több lehetséges javaslatra (okra, okokra). A lehetséges okok felsorolása eleve adott, és számuk – az okozatok számához képest – kevés. Jellemző problémakör: hibakezelés zajos adatokon Jellemző típusjegyek: A szakértő saját és más ember megfigyeléseire alapozza következtetéseit. A szakértő egy vagy több okot választ ki egy meghatározott listából és megpróbálja igazolni azokat Jellemző megvalósítási alaptechnikák: szabály alapú technika (célvezérelt következtetéssel) hibrid technika Példa: orvos és beteg, autószerelő

Monitorozó vagy őrző problémák Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés Jelek/jelzések folyamatos figyelése során akcióba lépés, ha a kívánttól eltérő szituáció áll elő, vagy hibás jel/minta adódik A monitorozó és diagnosztizáló problémák összevetése: A monitorozó rendszer a környezetből felé áramló összes bemenő adatot feldolgozza, elemzi, majd viszonylag kevés transzformációval hozza meg következtetéseit Csak a saját maga által észlelt jelekben bízik A felhasználótól a problémamegoldás során csak a számára éppen szükséges adatokat kérdezi meg. Jellemző megvalósítási alaptechnikák: szabály alapú technika (adatvezérelt következtetéssel) hibrid technika (ha indokolt és nem nagyágyú) Példa: folyamatvezérelt rendszerek valósidejű diagnosztizáló rendszerei

Konfiguráló vagy objektumtervező problémák Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés A megfigyelések és a felhasználói igények alapján maga a rendszer dolgoz ki egy vagy több lehetséges megoldást, javaslatot. Jellemző megvalósítási alaptechnikák: szabályalapú technika adatvezérelt következtetéssel bonyolultabb esetben hibrid technika Kétféle konfiguráló problématípust különböztetünk meg: kényszerfeltétellel megszorított nyílt vagy kreatív problémák Példa: részegységek halmaza, az egyes egységek kapcsolata, valamint a felhasználó igényeinek figyelembevételével az elfogadható konfigurációk kidolgozása

Tevékenységtervező vagy ütemező problémák Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés A tevékenységek olyan sorozatát határozzák meg, melyeknek az adott körülmények között történő végrehajtása célhoz vezet Jellegzetes tevékenységtervező/ütemező probléma: Események strukturált választása erőforrások és feladatsorrendek felett, ahol az események sorrendje nem tetszőleges, hanem specifikus, kényszerfeltételekkel korlátozott. Ez a rendszer tekinthető tehát időkezelést is biztosító strukturált konfiguráló rendszerként. Jellemző megvalósítási alaptechnikák: hibrid technika egyszerű esetben adatvezérelt technika Példa: termelésszervezés

Tevékenységtervező vagy ütemező problémák Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés A problémát meghatározó bemenő adatok jellemző csoportjai: Igények: az igényelt feladatok, szolgáltatások és események Források: a feladat ellátását biztosító források és szolgáltatások Kényszerfeltételek: megkötések az időre, meghatározott forrásokra, korlátozások a választható alternatívákra és egyéb opciók

Induktív technikák Jellemző problématípusok: Problémák: Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés Jellemző problématípusok: Procedurális típus Egyszerű diagnosztizáló típus Problémák: Flexibilitás hiánya Nem lehet kezelni sem komplex, sem heurisztikák többszintű halmazát

Szabályalapú technikák Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés Az alkalmazott cél- és adatvezérelt stratégiák erőteljesek és flexibilisek. A legtöbb szabályalapú rendszer kombinálja a kétféle láncoló technikát Hibrid rendszereknél a stratégiát megadó, átfogó stratégia a célvezérelt.

Célvezérelt szabályalapú technika Adatvezérelt szabályalapú technika Kevés cél (megoldási javaslat), sok kiinduló adat Sok cél (lehetséges megoldás), kevés kiinduló adat. Csak annyi kiinduló adatot kér be, amennyi az igazolandó cél, megoldási javaslat alátámasztásához szükséges Beéri annyi bemenettel, amennyit a felhasználó megad, és ezekből konstruál elfogatható célt vagy megoldást. Megadja az összes lehetséges javaslatot (közelebb áll a procedurális megoldáshoz, mint az adatvezérelt következtetés) Nem állít elő minden lehetséges megoldást – általában csak egyet, esetleg többet is. Jellemző problématípus: 1.diagnosztizáló: A megoldás oldaláról, a célból indul ki, amit a kiinduló adatokkal próbál igazolni Jellemző problématípusok: 1.konfiguráló/objektumtervező: Kiinduló adatokból indul ki, amely alapján cél(oka)t, vagyis lehetséges ép konstrukciókat állít elő. 2.monitorozó/őrző: Kiinduló adatokból indulva, azokat elemezve, okukat keresve figyelmeztet, ha a kívánttól eltérő esetről van szó. 3.tevékenységtervező/ütemező: Tevékenységek olyan sorozatát határozza meg, melyeknek az adott körülmények között történő végrehajtása az elején kitűzött célhoz vezet. Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés

Hibrid technikák Jellemző problématípusok: minden típus, kivéve az egyszerű eseteket Az eszközök sokszínűek, univerzálisak, azonban felhasználásuk nem javasolható a hagyományos nagy rendszerek, ill. bizonyos egyszerű, kisméretű tudásalapú alkalmazások esetén Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés

Problématípusok és javasolható alaptechnikák Stratégia Feladat Tudásszerzés Könnyebb Jól definiált PROBLÉMA-TÍPUSOK Procedurális és Induktív eszközök Diagnosztizáló Célvezérelt szabályalapú Monitorozó/őrző Adatvezérelt Hibrid eszközök Konfiguráló és objektumtervező (Keret-struktúrák és Szabályok) Rosszul Nehezebb Tevékenység-tervező vagy ütemező Kisméretű, egyszerű Középméretű Nagy, bonyolult A FELADAT MÉRETE ÉS BONYOLULTSÁGA Hagyományos nyelvek és CASE eszközök

A tudásalapú rendszerépítés jellegzetességei Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés A gyakorlatban jól használható tudásalapú rendszereket létrehozni és működtetni csak megfelelő vállalati stratégia mellett lehet! Tudásalapú/szakértő rendszerek tervezésének javasolt első lépései: Feladat elemzés: milyen a feladat külső természete (feladatvégzés környezetének és a feladatvégző ember viselkedésének elemzése) Az elemzés során rendszerint kiderül az is, hogy érdemes-e egyáltalán a feladattal tovább foglalkozni Feladat szerkezet meghatározás: milyen a feladat struktúrája, „belső természete”. (Mi megy végbe a szakértőben feladatvégzés során, és milyen a tudásának szerkezete)

Jellegzetes tudásalapú stratégiák Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés A. Intelligens feladatmegoldó segédletek PC-n B. Középméretű tanácsadó rendszerek munkaállomásokon C. Középméretű tanácsadó rendszerek nagygépeken, hálózatokon D. Nagyméretű LISP-alapú rendszerek E. Beágyazott rendszerek

Intelligens feladatmegoldó segédletek PC-n Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés Feladatmegoldó segédlet pl.: személyre szabott címjegyzék telefonkönyv egy elemes bútor összeszerelési útmutatója egy szoftver installálási kézikönyve egy hypertext technikával felépített „help” Az ilyen intelligens feladatmegoldó segédletek problématípusa jellemzően procedurális vagy diagnosztizáló és a felhasználónál képzettebb szakember tudását tartalmazza Példa: Oracle Credit Advisor hiteltanácsadó: hitelképességet ellenőrzi

Középméretű tanácsadó rendszerek munkaállomásokon Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés Ezek a nagyobb méretű és bonyolultabb tudásalapú rendszerek alternatív megoldásokat figyelembevevő javaslataikkal nagyban hozzá tudnak járulni a felhasználói döntések előkészítéséhez Nem azt mondják meg, hogy mit kell tenni, hanem hogy mit lehet! Jellemző problématípusok: diagnosztizáló monitorozó konfiguráló ütemező Példa: ASEA Maintenance Advisor karbantartási tanácsadó: robotegységek hibáinak felderítésében és karbantartásában segít

Középméretű tanácsadó rendszerek nagygépeken, hálózatokon Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés A nagygépeken és hálózatokon működtetett tanácsadó rendszerek több felhasználót szolgálnak ki – különböző hozzáférési jogokkal A jellemző problématípusok megegyeznek a munkaállomásokon működtetett tanácsadó rendszerekével Példa: DASD Advisor: direkt elérésű tárolóegységek finomhangolásánál ad tanácsot

Nagyméretű LISP-alapú rendszerek Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés Az amerikai nagy MI kutató/fejlesztő központok jellemző stratégiája ez (pl.: Department of Defense, NASA, különböző egyetemek), számuk 500 körüli Példa: VAX számítógépeket konfiguráló R1/XCON. MYCIN orvosi diagnosztikai szakértő rendszer

Beágyazott rendszerek Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés Meglévő rendszerekbe beágyazott kiegészítő technika Példa: Intelligens felhasználói felület intelligens utófeldolgozó komponens

Tudásalapú rendszerek felhasználási lehetőségei A szakértő rendszer belépése előtti/utáni helyzetek Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés ELŐTTE UTÁNA a. Helyettesíti az (emberi) szakértőt: Probléma Javaslat Probléma Javaslat b. Részben helyettesíti a szakértőt: Probléma Javaslat Probléma Javaslat Javaslat Emberi szakértő Szakértői rendszer Emberi szakértő Szakértői rendszer Emberi szakértő

Tudásalapú rendszerek felhasználási lehetőségei Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés ELŐTTE UTÁNA c. Támogatja a szakértőt: Probléma Javaslat Probléma Javaslat d. Támogatja a számítógépes alkalmazás felhasználását – intelligens feladatmegoldó segédletként: Felhasználó Eredmény Szakértő rendszer Emberi szakértő Emberi szakértő Számítógépes alkalmazás Felhasználó Eredmény Számítógépes alkalmazás Szakértő rendszer

Tudásalapú rendszerek felhasználási lehetőségei Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés ELŐTTE UTÁNA e. Számítógépes alkalmazásba ágyazott: f. Számítógépes alkalmazáshoz előtét rendszerként hozzáépített – intelligens felhasználói felület biztosítva: Számítógépes alkalmazás Felhasználó Eredmény Számítógépes alkalmazás Felhasználó Eredmény Szakértő rendszer Eredmény Felhasználó Felhasználó Eredmény Számítógépes alkalmazás Szakértő rendszer Számítógépes alkalmazás

Tudásalapú rendszerek felhasználási lehetőségei ELŐTTE UTÁNA g. Számítógépes alkalmazáshoz utófeldolgozó komponensként hozzáépített : h. Helyettesíti magát a (kinyomtatott) dokumentumot: Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés Számítógépes alkalmazás Szakértő rendszer Számítógépes alkalmazás Felhasználó Eredmény Felhasználó Eredmény „Javaslat” Felhasználó Szakértő rendszer „Javaslat” Felhasználó Nyomtatott dokumentum

Intelligens feladatmegoldó segédletek Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés Célszerű feladatmegoldó segédletekkel dolgozni, ha: a válaszidő nagysága nem olyan fontos, mint a válaszadás pontossága viszonylag ritkán fordul elő, hogy meg kell oldani problémákat kis hibák súlyos következményekkel járhatnak a feladatmegoldás sok lépésben, vagy bonyolult döntéshozatali folyamat során valósulhat meg A feladatmegoldó segédletek típusai: információszolgáltatás eljárás alkalmazásában segítségadás algoritmikus döntéshozatalnál segítségadás heurisztikus jellegű döntéshozatalnál segítségadás

Feladat kiválasztása Felhasználó Javaslat Bemenet Kimenet A tudásalapú stratégia kidolgozása után hozzá lehet kezdeni a tudásalapú technológiával megépítendő, lehetséges feladatok felmérésének Feladat-elemzési munkalap kitöltése: segít a feladatok megismerésében A feladatmegoldás jelenleg/szakértői rendszer segítségével: Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés Felhasználó Javaslat Bemenet Kimenet Feladat elemzés (Szabályok, következtetések)

Kulcs-kritériumok Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés Ha ezen kritériumon közül valamelyik nem teljesül, az még nem kizáró ok! tárgyköri szakértő rendelkezésre áll teszt-esetek rendelkezésre állnak: átlagosak és szélsőségesek szűk problémakörből vett, jól definiált a feladat procedurális: a megoldást olyan lépésekre tudjuk bontani, melyek sorrendje előre rögzíthető strukturált elemzéssel oldható meg: nem bontható lépésekre, döntési fával, vagy hibafával írható le verbális ismeretek a jellemzők

Kizáró kritériumok – elkerülendő feladatok Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés Ha csak egyik kritérium is fenn áll, akkor az kizáró ok! „köznapi tudás ” kezelése analógián alapuló következtetések érzékeléssel összefüggő ismeretek kezelése nagyon gyakran változó tárgyterületek a szakértők egyetértése nem biztosítható bonyolult geometriai és térbeli következtetések bonyolult oksági, vagy időkezelést igénylő következtetések

Felhasználói szempontok Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés Fel kell mérni, hogy: a leendő felhasználók igényelnek-e egyáltalán támogatást ismeri-e a felhasználó a számítógépet, milyen esetekben használja milyen szoftvereket ismernek a felhasználók, és melyeket használnak rendszeresen A rendszerrel szemben támasztott követelmények: sebesség elfogadható pontosság magyarázatadás igénye Felhasználó motiváltsága Oktatás és betanítás

Vezetői szempontok, a rendszer értékelése Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés projekt támogatása változtatásoktól idegenkedő vezetők meggyőzése: a termelékenység növelhető és/vagy költségmegtakarítás érhető el, a döntéshozói munka minősége, következetességének mértéke emelkedni fog, új termék vagy szolgáltatás kidolgozása válik lehetővé, kulturális hatások

Feladatelemzés Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés A feladatvégzés környezetének elemzése: megvizsgáljuk, hogy milyen a feladatvégző ember és a tárgyköri szakértő viselkedése és ebből kiindulva érdemes-e tovább foglalkozni a feladattal A feladatelemzés szempontjai: milyen problémájuk van az embereknek, miközben a feladatot végzik milyen okokra vezethető vissza egy hagyományos adatfolyam elemzés segítene-e az elemzésben

A feladatvégző ember teljesítményének elemzése Munkakörnyezet Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés Tárgyköri szakértő 3 Szakértői javaslat Számító- gép Telefon 6 Eredmények 2 1 5 Feladatvégző ember Szituáció Kimenet 4 Visszacsatolás

A feladat elemzéséhez szükséges első interjúk Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés Az első interjúk addig tartanak, amíg nem tisztáztuk teljesen a feladat-végrehajtás lényegét. Eközben válaszolni kell a következő kérdésekre: KI lesz a szakértő rendszer felhasználója? MI CÉLBÓL fogják használni a rendszert? HOL fogják a rendszert használni? MIKOR fogják használni (feladat-végrehajtás közben, előtte vagy utána)? MIÉRT fogják használni a rendszert? (Mi fogja meggyőzni őket, hogy használják?)

Feladat szerkezet meghatározása Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés A feladat szerkezet, vagyis a tárgyköri ismeretek szerveződésének meghatározása a tudásalapú technológia központi kérdése Az adott problémával kapcsolatos kognitív elemzés során valósul meg, amelynek célja kideríteni, hogy a szakértő mit tud, és ismereteit hogyan mozgósítja a probléma megoldása során Ez a szemléletmód a hagyományos szoftver tervezésre nem jellemző

Tudásmérnök Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés Olyan személy, aki tudásalapú/szakértő rendszert tervez és fejleszt. Általában magasan képzett informatikai szakember, aki jártas az MI módszereinek és eszközeinek alkalmazásában A jó tudásmérnök legfontosabb tulajdonságai: kíváncsiság, türelem, kitartás, személytelenség, jó kommunikációs képesség a szakértővel szembeni tisztelet, kritikusság hit a munka fontosságában és sikerében A szakértővel való együttműködés főbb problémái: a jó szakértő megtalálása egy vagy több szakértő bevonása a munkába a felhasználók bevonása a rendszertesztelő szakértő kiválasztása kommunikációs problémák

Tudásszerzés (Knowledge Acquisition) Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés Nem csak a szakértő rendszer fejlesztés végéig tartó folyamat, hanem a tárgyterület változásait figyelembevevő, folyamatos tudásbázis aktualizálásának is elengedhetetlen összetevője A tudásszerzés a következő tevékenységekre terjed ki: a tudásalapú rendszer által kezelendő tárgyterületi ismeretek forrásainak feltárása összegyűjtése, elemzése, rendszerezése, finomítása az összegyűjtött ismeretanyag formalizálása megvalósítása (számítógéppel feldolgozható formában) A tudásszerzés folyamatának szereplői: tárgyterületi szakértő tudásmérnök rendszerszervező tudásbázis-adminisztrátor

Tudásszerzés egyes rendszerfejlesztési fázisokban Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés Tudásszerzési módok Rendszerépítési fázisok Kezdeti interjúk a szakértővel vagy szakértőkkel és a felhasználókkal Projekt kiválasztás Kezdeti tudásszerző interjúk Elemzés, tervezés Esetek tesztelése és további tudásszerző interjúk Prototípus fejlesztés Tesztelés felhasználókkal és további szakértők bevonásával Rendszerfejlesztés

(Teszt-)esetek felhasználása a rendszerépítés során Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés (Teszt-)esetek generálása A végleges rendszer tesztelésére, validálására félretett esetek Néhány eset kell a prototípus- fejlesztéshez Prototípus fejlesztés Több kiválasztott eset felhasználása a rendszerépítésnél Rendszerfejlesztés A végleges rendszer futtatása „élő” és „validáló” esetekkel A végleges rendszer kifejlesztése, helyszíni tesztelése és validálása

A tudásszerzés módszerei Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés Közvetlen módszerek: A szakértői ismeretanyag emberi segédlettel történő kibontása Direkt módszerek: A tudásmérnök a probléma megoldásának folyamatát figyelve, arra vonatkozó kérdések segítségével igyekszik megszerezni az ismereteket Indirekt módszerek: A tudásmérnök a rejtett szakértői tudást igyekszik felderíteni, különleges pszichológiailag átgondolt feladatok elé állítva a szakértőt

A tudásszerzés módszerei Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés Közvetett vagy automatikus módszerek: Adott információkból számítógéppel történő „tudáskigyűjtés”, általában a gépi tanulás eszközeinek felhasználásával Induktív eszközök: Egyik legismertebb az ID3 algoritmus, amely objektumok adott tulajdonságok szerinti osztályzásával optimális döntési fát generál Adatbázisokból való automatikus tudásszerzés adatbányászat, tudásfelfedezés

Néhány praktikus elv a tudásszerzéshez Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés Leggyakrabban az általános elvek tisztázásával kell kezdeni Nem szabad kényszeríteni a szakértőt a számára szokatlan formalizmusra Nem helyes megszakítani a szakértőt Célszer magnóra/videóra venni a beszélgetést Írásos és egyéb forrásokból is célszerű tájékozódni

A prototípuskészítés mint technikai segédeszköz Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés A prototípusok tulajdonképpen felfoghatók az emberek közti olyan kommunikációs csatornának, amelyek nagyszámú és sokféle döntést közvetítenek a másik fél felé Prototípusok szokásos csoportosítása: kutató/feltáró kísérleti végrehajtás/teljesítmény bemérő szervezési evolúciós

A prototípuskészítés mint technikai segédeszköz Célszerű a prototípus technika alkalmazása: a rendszerrel támasztott követelmények meghatározásánál egy lehetséges megoldás megtervezésénél a fejlesztés részvevőinek együttműködési készségének eldöntésére a felhasználói felület és szolgáltatások kikísérletezésére a tervezett rendszernek az alkalmazói környezetre való hatásának vizsgálatára a felhasználók betanításánál, mint segédeszköz marketing célú demonstrációk tartására Probléma-típusok Alap-technikák Stratégia Feladat Tudásszerzés

Köszönöm a figyelmet!