Case-Based Reasoning

1. Case-Based Reasoning Autor: Robert Papis

2. Wprowadzenie • Przykład • Precedens • Cykl CBR • CBR na świecie • Podsumowanie Plan prezentacji

3. „Human experts are not systems of rules, they are libraries of experiences.” Riesbeck and Schank 1989 Korzenie

4. „A case-based reasoner solves new problems by adapting solutions that were used to solve old problems.” Riesbeck & Schank, 1989 Korzenie „Case-based reasoning is both [...] the ways people use cases to solve problems and the ways we can make machines use them.„ Kolodner, 1993 „Case-based reasoning is [...] reasoning by remembering.„ Leake, 1996

5. Problem • Opis przypadku marka samochodu, rocznik • Zaobserwowane symptomy „coś zgrzyta przy zmianie biegów” • Wyniki dodatkowych pomiarów napięcie na akumulatorze 6,3 V • Zadanie • Znaleźć przyczynę usterki • Zaproponować sposób naprawy Przykład „warsztat samochodowy”

6. Przypadek X Przypadek 32 Problem:Samochód:Rocznik:Akumulator:Stan świateł:Włącznik św.: Przednie światło nie działaVW Golf II, 1.6L199313,6VOK.OK Diagnoza :Zaleczenia: Uszkodzony bezpiecznikWymienić bezpiecznik Przykład – opis przypadku Opis problemu... Cecha1: Cecha2:... Wartość1Wartość2.... Proponowane rozwiązanie...

7. Przypadek 1 Przypadek 2 Problem:Samochód:Rocznik:Akumulator:Stan świateł:Włącznik św.: Przednie światło nie działaVW Golf II, 1.6L199313,6VOKOK Problem:Samochód:Rocznik:Akumulator:Stan świateł:Włącznik św.: Przednie światło nie działaAudi A6199512,9Vzmiażdżone w wypadkuOK Diagnoza :Zalecenia: Uszkodzony bezpiecznikWymienić bezpiecznik Diagnoza :Zalecenia: Uszkodzona żarówkaWymienić przednie światła Przykład – baza przypadków • Każdy przypadek opisuje jedną sytuację • Przypadki są od siebie niezależne • Przypadki nie są regułami

8. Nowy problem Problem:Samochód:Rocznik:Akumulator:Stan świateł: Włącznik św.: Tylne światła nie działająAudi 80198912,6VOK Przykład – nowy problem • Próbujemy opisać nowy przypadek • Wartości niektórych cech mogą być nieznane • Nowy problem jest przypadkiem bez rozwiązania

9. Nowy problem Problem:Samochód:Rocznik:Akumulator:Stan świateł: Tylne światła nie działająAudi 80198912,6VOK Podobne ? Przypadek X Problem:Samochód:Rocznik:Akumulator:Stan świateł:Włącznik św.: Diagnoza :Zaleczenia: Przykład – wyszukanie podobnych • Porównaj nowy przypadek z każdym przypadkiem przechowywanym w bazie przypadków • Wybierz najbardziej podobny • Podobieństwo jest jedną z najważniejszych idei CBR

10. Podobne ? 0,2 0,5 0,8 0,9 Przykład – podobieństwo • Podobieństwo jest obliczane dla każdej z cech • Podobieństwo zależy od wartości cech • Cechy mogą posiadać różne znaczenie (wagę) Cecha: Problem Przednie światło nie działa Tylne światło nie działa Przednie światło nie działa Wycieraczki nie działają Cecha: Akumulator 12,6 V 13,6 V 12,6 V 6,7 V

11. Nowy problem Przypadek 1 0,8 Problem:Samochód:Rocznik:Akumulator:Stan świateł: Tylne światła nie działająAudi 80198912,6VOK Przednie światło nie działaVW Golf II, 1.6L199313,6VOKOK 0,4 0,6 0,9 1,0 Diagnoza :Zaleczenia: Uszkodzony bezpiecznikWymienić bezpiecznik Przykład – porównanie z przypadkiem 1 Miara podobieństwa (uwzględniając wagi) sim(np, p1) = 1/20*[6*0,8+1*0,4+1*0,6+6*0,9+6*1,0]=0,86

12. Nowy problem Przypadek 2 0,8 Problem:Samochód:Rocznik:Akumulator:Stan świateł: Tylne światła nie działająAudi 80198912,6VOK Przednie światło nie działaAudi A6199512,9Vzmiażdżone w wypadkuOK 0,8 0,4 0,95 0 Diagnoza :Zaleczenia: Uszkodzona żarówkaWymienić przednie światła Przykład – porównanie z przypadkiem 2 Miara podobieństwa (uwzględniając wagi) sim(np, p2) = 1/20*[6*0,8+1*0,8+1*0,4+6*0,95+6*0]=0,585

13. Nowy problem Przypadek 1 Problem:Samochód:Rocznik:Akumulator:Stan świateł: Włącznik św.: Tylne światła nie działająAudi 80198912,6VOK Problem:Samochód:Rocznik:Akumulator:Stan świateł:Włącznik św.: Przednie światło nie działaVW Golf II, 1.6L199313,6VOKOK 0,86 Diagnoza :Zaleczenia: Przykład – wykorzystanie rozwiązania 1 Uszkodzony bezpiecznikWymienić bezpiecznik Uszkodzony bezpiecznikWymienić bezpiecznik Jeżeli diagnoza jest poprawna, zapamiętujemy nowy przypadek

14. Nowy problem Przypadek 1 Problem:Samochód:Rocznik:Akumulator:Stan świateł: Włącznik św.: Tylne światła nie działająAudi 80198912,6VOK Problem:Samochód:Rocznik:Akumulator:Stan świateł:Włącznik św.: Przednie światło nie działaVW Golf II, 1.6L199313,6VOKOK Przypadek 3 Diagnoza :Zaleczenia: Problem:Samochód:Rocznik:Akumulator:Stan świateł:Włącznik św.: Tylne światła nie działająAudi 80198912,6VOK Diagnoza :Zaleczenia: Uszkodzony bezpiecznikWymienić bezpiecznik Przykład – wykorzystanie rozwiązania 1 Uszkodzony bezpiecznikWymienić bezpiecznik Uszkodzony bezpiecznikWymienić bezpiecznik

15. precedens (łac. praecedens ‘poprzedzający’ od praecedere ‘poprzedzać’) wydarzenie, które poprzedza inne tego typu; także sprawa, której sposób rozwiązania służy za przykład lub uzasadnienie analogicznych zdarzeń przyszłych, podobnych. „Słownik Wyrazów Obcych”, pod redakcją prof. Ireny Kamińskiej-Szmaj, 2001. Precedens

16. Kilka cech opisujących problem oraz wynik lub rozwiązanie • Przypadki mogą zawierać dane w różnych formatach: tekst, liczby, symbole, multimedia • Przypadki nie są „wydestylowaną” wiedzą • Przypadki to zapis rzeczywistych zdarzeń • Świetnie nadają się do uzasadnienia decyzji Przypadek

17. Retrieve Cykl CBR Retain Reuse Revise

18. RETRIEVE Przypadek bez części „rozwiązanie” • Model płaski • Wektor cech • Zazwyczaj przechowywany w RDB • Heterogeniczne • Homogenicze Nowy problem/reprezentacja REUSE REVISE • Model obiektowy (Strukturalny CBR) • Dziedziczenie klas • Relacje między obiektami (całość-część) • Język reprezentacji przypadków CAUSEL RETAIN

19. RETRIEVE REUSE REVISE RETAIN Podstawowe założenie: Podobne problemy mają podobne rozwiązania Wyszukanie podobnych Funkcja: przypadek x przypadek ->[0,1] Stopień podobieństwa = użyteczność Lokalne i globalne podobieństwo Metoda najbliższego sąsiedztwa NN

20. RETRIEVE REUSE REVISE RETAIN • Automatyczna • Bez modyfikacji rozwiązania • „Analogia transformacyjna” • „Analogia derywacyjna” • Adaptacja przez komponowanie Adaptacja rozwiązania • Interaktywna • Konwersacyjny CBR

21. RETRIEVE REUSE REVISE RETAIN Faza ta często jest pomijana. Weryfikacja rozwiązania • Weryfikacja poprzez symulację komputerową • Weryfikacja (ocena użytkownika) w rzeczywistym świecie Kryteria oceny: • Poprawność rozwiązania • Jakość rozwiązania

22. RETRIEVE REUSE REVISE RETAIN Uczenie poprzez zapamiętywanie. • Nowe doświadczenia • Poprawianie miary podobieństwa • Reorganizowanie bazy przypadków • Zapominanie precedensów • Zdobywanie wiedzy o adaptacji rozwiązań • Tworzenie drzewa decyzyjnego Zapamiętanie precedensu

23. Słownik (wykorzystywane cechy) • Miara podobieństwa • Transformacje rozwiązań • Baza przypadków Gdzie jest wiedza?

24. Redukuje koszty pozyskania wiedzy • Stosunkowo niewielki kosz utrzymania • Prosta nauka poprzez zapamiętywanie • Wykorzystanie istniejących danych • Wysoka akceptowalność przez użytkowników końcowych Zalety CBR

25. Ponad 35 uniwersytetów na świecie • Kilkaset artykułów • Kilkadziesiąt akademickich systemów • Kilkanaście komercyjnych wdrożeń • Konferencje narodowe (Niemcy od 1991) • i Europejskie od 1993 • I Ogólnoświatowa konferencja CBR 1995 CBR na świecie

26. Podobne problemy mają podobne rozwiązania. Rozwiązanie problemu (reguła 4R :) Wyszukanie podobnych przypadków Wykorzystanie rozwiązań z precedensu (ów) Weryfikacja rozwiązania Włączenie rozwiązania do bazy Podsumowanie Łatwość implementacji i używania Akceptacja użytkowników końcowych

27. Pytania...

28. Retrieve Dziękuję za uwagę Reuse Retain Revise