Expert systems (ES) on yksi tekoälyn merkittävistä tutkimusalueista. Sen esittelevät Stanfordin yliopiston tietojenkäsittelytieteen laitoksen tutkijat.

Mitä ovat asiantuntijajärjestelmät?

asiantuntijajärjestelmät ovat tietokonesovelluksia, jotka on kehitetty ratkaisemaan tietyn toimialan monimutkaisia ongelmia tavallisen ihmisen älykkyyden ja asiantuntemuksen tasolla.

Asiantuntijajärjestelmien ominaisuudet

• korkean suorituskyvyn
• ymmärrettävä
• luotettava

Asiantuntijajärjestelmien valmiudet

asiantuntijajärjestelmät kykenevät −

• neuvoo

ohjeistamaan ja avustamaan ihmistä päätöksenteossa

• demonstroimaan
• ratkaisu
• diagnosointi
• selittää
• tulkintatuloksen
• ennustaminen
• johtopäätöksen perustelu
• ehdottaa vaihtoehtoisia vaihtoehtoja ongelmalle

ne ovat kykenemättömiä −

• korvaa ihmispäättäjät
• joilla on inhimillisiä kykyjä
• tuottaa tarkkaa tulosta riittämättömälle tietopohjalle
• oman tietämyksensä jalostamisesta

Asiantuntijajärjestelmien komponentit

ES: n osat sisältävät −

• tietopohjan

Päättelymoottorin

• käyttöliittymä

katsokaamme ne yksitellen lyhyesti −

tietopohja

se sisältää toimialakohtaista ja laadukasta tietoa.

tietoa tarvitaan älykkyyden osoittamiseen. Kaikkien tietojen onnistuminen riippuu suuresti erittäin täsmällisen ja täsmällisen tiedon keräämisestä.

mitä tieto on?

tieto on faktojen keräämistä. Tiedot on järjestetty dataksi ja faktoiksi tehtäväalueesta. Dataa, tietoa ja mennyttä kokemusta yhdistetään tiedoksi.

tietopohjan komponentit

ES: n tietopohja on sekä tosiasiallisen että heuristisen tiedon varasto.

• faktatieto − se on tietoinsinöörien ja tutkijoiden laajalti hyväksymää tietoa tehtäväalueella.

• heuristinen tieto − kyse on käytännöstä, tarkasta arvioinnista, ihmisen arviointikyvystä ja arvailusta.

Tietoesitys

se on menetelmä, jota käytetään tiedon järjestämiseen ja virallistamiseen tietopohjassa. Se on IF-THEN-ELSE-sääntöjen muodossa.

tiedonhankinta

minkä tahansa asiantuntijajärjestelmän onnistuminen riippuu olennaisesti tietopohjaan tallennetun tiedon laadusta, täydellisyydestä ja tarkkuudesta.

tietopohja muodostuu eri asiantuntijoiden, oppineiden ja Tietoinsinöörien lukemista. Tietoinsinööri on henkilö, jolla on empatian, nopean oppimisen ja tapausanalyysitaitojen ominaisuuksia.

hän hankkii tietoa oppiaineen asiantuntijalta tallentamalla, haastattelemalla ja tarkkailemalla häntä työssä jne. Tämän jälkeen hän luokittelee ja järjestää tiedon mielekkäällä tavalla, jos-sitten-ELSE-sääntöjen muodossa, häirintäkoneen käyttöön. Osaamisinsinööri seuraa myös ES: n kehitystä.

Päättelymoottori

tehokkaiden menettelyjen ja sääntöjen käyttö Päättelymoottorilla on välttämätöntä oikean, virheettömän ratkaisun päättämiseksi.

tietopohjaisen ES: n tapauksessa Päättelymoottori hankkii ja manipuloi tietoa tietopohjasta tietyn ratkaisun löytämiseksi.

Jos kyseessä on sääntöpohjainen ES, se −

• soveltaa sääntöjä toistuvasti tosiasioihin, jotka on saatu aiemmasta säännön soveltamisesta.

• lisää tarvittaessa uutta tietoa tietopohjaan.

• ratkaisee sääntöristiriidan, kun yksittäiseen tapaukseen sovelletaan useita sääntöjä.

ratkaisun suosittelemiseen Päättelymoottori käyttää seuraavia strategioita −

• eteenpäin ketjuttaminen
• taaksepäin ketjuttaminen

eteenpäin ketjuttaminen

on asiantuntijajärjestelmän strategia vastata kysymykseen ”mitä voi tapahtua seuraavaksi?”

tässä Päättelymoottori seuraa olosuhteiden ja derivointien ketjua ja päättelee lopuksi lopputuloksen. Se ottaa huomioon kaikki tosiasiat ja säännöt ja lajittelee ne ennen kuin päädytään ratkaisuun.

tätä strategiaa noudatetaan työstettäessä johtopäätöstä, tulosta tai vaikutusta. Esimerkiksi osakkeiden markkina-aseman ennustaminen korkomuutosten vaikutuksena.

taaksepäin ketjuttaminen

tällä strategialla asiantuntijajärjestelmä selvittää vastauksen kysymykseen ”Miksi näin tapahtui?”

Päättelymoottori yrittää jo tapahtuneen perusteella selvittää, millaisissa olosuhteissa tämä tulos olisi voinut aiemmin tapahtua. Tätä strategiaa noudatetaan syyn tai syyn selvittämiseksi. Esimerkiksi diagnoosi verisyöpä ihmisillä.

käyttöliittymä

käyttöliittymä tarjoaa vuorovaikutusta ES: n käyttäjän ja itse ES: n välillä. Se on yleensä luonnollista kielen käsittelyä, jotta käyttäjä, joka on perehtynyt tehtäväalueeseen, voi käyttää sitä. ES: n käyttäjän ei tarvitse välttämättä olla tekoälyn asiantuntija.

siinä selitetään, miten ES on päätynyt tiettyyn suositukseen. Selitys voi esiintyä seuraavissa muodoissa −

• luonnollisessa kielessä näytöllä.
• verbaaliset kerronnat luonnollisella kielellä.
• listaus ruudulla näkyvistä sääntönumeroista.

käyttöliittymän avulla vähennysten uskottavuus on helppo jäljittää.

tehokkaan es-käyttöliittymän vaatimukset

• sen pitäisi auttaa käyttäjiä saavuttamaan tavoitteensa mahdollisimman nopeasti.

• se tulisi suunnitella toimimaan käyttäjän olemassa olevien tai haluttujen työkäytäntöjen mukaan.

• sen teknologian tulisi olla mukautettavissa käyttäjän vaatimuksiin, ei toisinpäin.

• sen pitäisi hyödyntää tehokkaasti käyttäjän syöte.

Asiantuntijajärjestelmien rajoitukset

mikään tekniikka ei voi tarjota helppoa ja täydellistä ratkaisua. Suuret järjestelmät ovat kalliita, vaativat merkittävää kehitysaikaa ja tietokoneresursseja. ESs: llä on rajoituksensa −joita ovat –

• tekniikan rajoitukset
• vaikea tiedonhankinta
• ES on vaikea ylläpitää
• korkeat kehittämiskustannukset

Asiantuntijajärjestelmän Sovellukset

seuraava taulukko osoittaa, missä ES: ää voidaan soveltaa.

Application	Description
Design Domain	Camera lens design, automobile design.
Medical Domain	Diagnosis Systems to deduce cause of disease from observed data, conduction medical operations on humans.
seurantajärjestelmät	vertailevat tietoja jatkuvasti havaitun järjestelmän tai määrätyn käyttäytymisen, kuten vuodon seurannan pitkässä öljyputkistossa.
prosessinohjausjärjestelmät	kontrolloivat monitorointiin perustuvaa fysikaalista prosessia.
Knowledge Domain	Finding out facks in vehicles, computers.
Finance/Commerce	mahdollisten petosten havaitseminen, epäilyttävät liiketoimet, pörssikauppa, lentoyhtiöiden aikataulut, rahdin aikataulut.

Expert System Technology

ES-teknologioita on saatavilla useita tasoja. Expert systems technologies include –

• Expert System Development Environment-ES-kehitysympäristö sisältää laitteistot ja työkalut. Ne ovat –

  • työasemia, minitietokoneita, pääkehyksiä.

  • korkean tason symbolisia ohjelmointikieliä kuten LISt Programming (LISP) ja PROgrammation en LOGique (PROLOG).

  • suuret tietokannat.

• Työkalut − ne vähentävät paljolti asiantuntijajärjestelmän kehittämiseen liittyvää vaivaa ja kustannuksia.

  • tehokkaat editorit ja virheenkorjaustyökalut, joissa on multi-windows.

  ne tarjoavat nopean prototyyppauksen

• niissä on sisäänrakennetut mallin, tiedon esittämisen ja päättelysuunnittelun määritelmät.

Kuoret − Kuori ei ole mitään muuta kuin asiantunteva järjestelmä ilman tietopohjaa. Komentotulkki tarjoaa kehittäjille tiedonhankinnan, päättelymoottorin, käyttöliittymän ja selitystoiminnon. Alla on esimerkiksi muutamia kuoria –

• Java Expert System Shell (Jess), joka tarjoaa täysin kehittyneen Java-API: n expert-järjestelmän luomiseen.

• Vidwan on Mumbain National Centre for Software Technologyssa vuonna 1993 kehitetty kuori. Se mahdollistaa tiedon koodauksen IF-THEN-sääntöjen muodossa.

Asiantuntijajärjestelmien kehittäminen: yleiset vaiheet

ES: n kehitysprosessi on iteratiivinen. ES: n kehittämisen vaiheita ovat −

tunnista Ongelmakohde

• ongelman on sovittava asiantuntijajärjestelmään sen ratkaisemiseksi.
• Etsi es-projektin tehtäväalueen asiantuntijat.
• vahvistaa järjestelmän kustannustehokkuuden.

Suunnittele järjestelmä

• tunnista es-tekniikka

• tiedä ja määritä integraation aste muiden järjestelmien ja tietokantojen kanssa.

• ymmärtää, miten käsitteet voivat parhaiten edustaa domain-tietoa.

kehitä prototyyppi

tietopohjasta: tietoinsinööri työskentelee −

• hankkii verkkotunnuksen osaamista asiantuntijalta.
• edustavat sitä If-THEN-ELSE-sääntöjen muodossa.

Testaa ja tarkentaa prototyyppiä

• tietämysinsinööri testaa prototyypin mahdollisten suorituskyvyn puutteiden varalta näytetapausten avulla.

• loppukäyttäjät testaavat ES: n prototyyppejä.

kehitetään ja täydennetään es

• testataan ja varmistetaan ES: n vuorovaikutus ympäristönsä kaikkien osien kanssa, mukaan lukien loppukäyttäjät, tietokannat ja muut tietojärjestelmät.

• dokumentoi ES-projekti hyvin.

• kouluttaa käyttäjä käyttämään ES.

Ylläpitäkää järjestelmää

• pitäkää tietopohja ajan tasalla säännöllisellä tarkastelulla ja päivityksellä.

• palvelevat uusia rajapintoja muiden tietojärjestelmien kanssa näiden järjestelmien kehittyessä.

Asiantuntijajärjestelmien hyödyt

• saatavuus − ne ovat helposti saatavilla ohjelmistojen massatuotannon ansiosta.

• vähemmän tuotantokustannuksia − tuotantokustannukset ovat kohtuulliset. Tämä tekee niistä edullisia.

• nopeus − ne tarjoavat suurta nopeutta. Ne vähentävät yksilön tekemää työmäärää.

• vähemmän virheitä − virhetaso on pieni verrattuna inhimillisiin virheisiin.

• riskin vähentäminen − ne voivat toimia ihmiselle vaarallisessa ympäristössä.

• Tasainen vaste − ne toimivat tasaisesti saamatta liikettä, jännitettä tai väsymystä.