Tudásbázisok, szakértői rendszerek Könyvtári szolgáltatások menedzselése I.

1. Tudásbázisok, szakértői rendszerek Könyvtári szolgáltatások menedzselése I. Tóth Máté thmate@oszk.hu

2. Mai menetrend • Probléma, problémamegoldás • A szakértői rendszer, szerkezete, jellemzői • Szakértői rendszerek korlátai • Szakértői rendszerek típusai • Szakértői shellek • Tudásbázisok

3. Probléma - problémamegoldás Probléma: olyan megoldásra váró elméleti vagy gyakorlati kérdés, amelyet meglévő tapasztalataink, ismereteink alapján nem tudunk megoldani. Problémamegoldás az élet minden területén (matematikai probléma, gazdasági életben, vállalatirányításban döntéshozatal) A szakértői rendszerek feladata a problémamegoldás A kiindulási pont az emberi gondolkodás.

4. Probléma - problémamegoldás Az emberi problémamegoldást az alábbi képességek segítik (a MI szempontjai szerinti csoportosításban): hatékony problémamegoldási képesség - bonyolult, több alternatív lehetőséget magában rejtő problémák esetén is; kommunikációs képesség magyarázatadási képesség természetes nyelven történő információcsere érzékelési képesség, környezetmanupilációs képesség

5. Probléma - problémamegoldás bizonytalan szituációk kezelése; kivételek kezelésének képessége; tanulás korábbi tapasztalatok alapján az ismeretanyag bővítése, a problémamegoldási képesség növelése. A MI ezeket különböző súllyal próbálja megvalósítani. A történeti fejlődés során ezek automatizálására önálló kutatási területek alakultak ki.

6. Probléma - problémamegoldás 60-as évek: A kutatók a gondolkodás bonyolult folyamatát úgy igyekeztek utánozni, hogy általános , széles körű problémamegoldásra képes módszereket kerestek. 70-es évek olyan módszereket kutattak, amelyeket specializált feladatok megoldására lehet alkalmazni. 80-as évek A program feladatmegoldó képessége nagyobb részt származtatható a benne foglalt ismeretekből, mint a következtetési szabályokból.

7. A szakértői rendszer Szakértői rendszer A tudásalapú rendszerek közül azok, amelyek szakértői ismeretek felhasználásával magas szintű teljesítményt nyújtanak egy szűk problémakör kezelésében. A problémakör mérete a legfőbb korlátja a szakértői rendszereknek. A szakértői rendszerek problémákra adott válasza: szakvélemény, tanács, konkrét értékelés

8. A szakértői rendszer A szakértői rendszer előnyei az emberi szakértővel szemben: több szakértő tudását integrálja magában, így jobb döntésekre képes; gyorsabban ad megoldást mint az ember (néhány perc szemben a több órával); a probléma megoldása mindig ugyanaz; független a külső körülményektől, hangulatoktól.

9. A szakértői rendszer A szakértői rendszer egymás után több problémát is meg tud oldani, az emberi szakértőnek hosszabb idő kell, míg belemélyed egy másik problémakörbe. A szakértői rendszer alkalmazásának nincsenek helyi, időbeli korlátjai, az ember adott helyen, adott időben dolgozik. Az emberi szakértőnek állandó fizetése van, a szakértői rendszer egyszeri befektetés (viszont amortizálódik)

10. A szakértői rendszer Hátrányok az emberi szakértővel szemben: Csak egy szűk szakterületen, speciális problémák megoldására fejlesztik és más céllal nem használható; Nem tud „józan ésszel” gondolkozni, csak a megadott szabályok szerint; Nem veszi észre a határait. Az ember észleli, ha a tudása végéhez ért, és az adott problémakörben megfelelően reagál. A szakértői rendszer ilyen esetekben a szabályok szerint helytelen megoldást ad.

11. A szakértői rendszerek szerkezete • A szakértői rendszereknek 3 fő összetevője van: • Tudásbázis • Következtető gép • Felhasználói interfész

13. A szakértői rendszerek szerkezete • Tudásbázis • A rendszer legfontosabb része • Felépülhet szabályokból, frame-ekből • Az egyszer bevitt tudásbázis a működés során változatlan marad (aktualizálható, kiegészíthető, bővíthető) • A tudásbázishoz hozzá lehet férni lekérdezéssel.

14. A szakértői rendszerek szerkezete • Következtető gép: • A rendszer válaszadó része. • Hozzáfér a tudásbázishoz, onnan állítja elő a szükséges kapcsolatokat, összefüggéseket, következtetéseket. • A szabályok típusa és száma nem befolyásolja a következtető gép működését. • A tudásbázist a következtető gépre való hatás nélkül meg lehet változtatni.

15. A szakértői rendszerek szerkezete • Felhasználói interfész: • Fontos, hogy minden rendszert könnyen lehessen használni. • Észlelhetők legyenek a hibák • Rendelkezésre álljon egy segítő program • A rendszerbe legyenek beépítve a következő komponensek: • Magyarázatadó • Segítő • Dialógus

16. A szakértői rendszerek jellemzői • A legfontosabb jellemzők négy szempont köré szerveződnek: • Szakértelem • Szimbolikus következtetés • Mélység • Önismeret

17. A szakértői rendszerek jellemzői • Szakértelem • A szakértői rendszernek el kell érnie ugyanazt a szintet mint egy humán szakértő • Jó megoldásokat kell adni • Gyorsan kell adni jó megoldásokat. • Ellenállónak és robusztusnak kell lennie • Hiányos vagy hibás adatokkal találkozva szilárd alapelvekkel és törvényszerűségekkel kell rendelkezni. • Ez a jelenlegi rendszerek leggyengébb pontja.

18. A szakértői rendszerek jellemzői • Szimbolikus következtetés • A humán szakértő rendszerint nem egyenletekkel old meg problémákat, • szimbólumokat használ a fogalmak reprezentálására, és különböző stratégiákat és heurisztikákat használva végez műveleteket a szimbólumokkal. • Szimbólum: • Egy karaktersorozat, amely egy valós világból származó fogalmat reprezentál.

19. A szakértői rendszerek jellemzői • A szimbólumok kombinációjával a fogalmak közötti viszonyok fejezhetők ki. • Szimbólumstruktúra • A szimbólumok közötti relációkat kifejező kombinációk. • Az ismeretreprezentáció során választják ki a szimbólumokat, ekkor rendezik őket struktúrába. • Egy szakértő számára a problémát tetszőleges módon meg lehet fogalmazni, amelyet ő átfogalmaz a saját nyelvére. • Ez a jelenlegi szakértői rendszerekből hiányzik

20. A szakértői rendszerek jellemzői • Mélység: • A szakértői rendszerek szűk tárgykörben működnek, ahol azonban bonyolult struktúrákat jelenítenek meg • A gyakorlati problémák esetében nem szabad élni a leegyszerűsítéssel (mint pl. a játékproblémáknál) • Amikor egy összetett feladat leegyszerűsítésével készítenek megoldó rendszert, akkor lehetetlenség megoldani, hogy az eredeti feladatra is alkalmazható legyen.

21. A szakértői rendszerek jellemzői • Önismeret • A rendszerek a saját működésmódjukra vonatkozó ismereteket is tartalmaznak. • Önreflexivitás (ennek érdekében a rendszert igyekeznek egyszerűre tervezni) • Tipikus példa az önismeretre, hogy ha a rendszert szabályhalmaz formájában szervezték meg, akkor képes • megvizsgálni a következtetési láncot, amely elvezetett a megoldáshoz, • ellenőrizni a következtetés megbízhatóságát, • elmagyarázni a következtetési folyamatot.

22. A szakértői rendszerek jellemzői • Metatudás • A szakértői rendszerek tartalmaznak egy érvelő magyarázó alrendszert. • Párbeszédes formában a felhasználó irányításával. • A magyarázatadás a bizalom alapja • Általában nem több mint a levezetési lánc feltárása. • Valamint annak feltárása, hogy miért használt egy bizonyos következtetési eljárást.

23. A szakértői rendszerek jellemzői • A magyarázatadási képesség előnyei: • A felhasználók jobban elfogadják az eredményeket; • A rendszer fejlesztése rövidebb időt vesz igénybe, egyszerűbb a hibakeresés és a hangolás; • A rendszer műveletei mögött rejlő előfeltevések felszínre kerülnek; • Könnyebb előre megbecsülni és kiértékelni egy-egy változtatás hatását a rendszer működésére.

24. A szakértői rendszerek korlátai • Zártvilág effektus • A következtetés és döntés csak az adott pillanatban explicit formában rendelkezésre álló tudásbázis-tartalom alapján történhet. • Egy szintű következtetés problémája • Nem lehetséges az absztrakció és a leszármaztatás. • Adaptivitási készség hiánya • A rendszer ismeretkészletének és a problémamegoldási módszerének a konkrét esetekhez való igazításának hiánya.

25. A szakértői rendszerek korlátai • Zártvilág feltevés: • Egy rendszerben ábrázolt információ abszolút teljes. • A matematikai logika zárt, ezzel szemben a valós életproblémák nyitottak • Pl. detektívregény, menetrend.

26. A szakértői rendszerek típusai • A szakértői rendszerek különböző tudásábrázolási módszerekkel bírnak, ami más-más következtetési eljárást tesz szükségessé. • Ennek megfelelően különböző felépítésű a tudásbázis és a következtető gép • Szakértői rendszer típusok: • Szabályalapú • Frame-alapú • Induktív • Hibrid • Blackboard rendszerek

27. A szakértői rendszerek típusai • Szabály-alapú szakértői rendszerek • A problématerület tényeit a munkamemóriában, a szabályokkal megfogalmazott ismereteket pedig a tudásbázisban tárolja. • A következtető mechanizmus ezek alapján határoz meg újabb ismereteket. • Tudásábrázolás: • Tények és szabályok formájában történik. • A tények állítások • A szabályok pedig Ha… Akkor felépítésűek • Hivatkozhat külső programokra, adatbázisok, táblázatkezelők adataira.

28. A szakértői rendszerek típusai • Következtető rendszer • A következtetés vagy adatvezérelt, vagy célvezérelt módon történhet. • Vannak olyan rendszerek, amelyek a kétféle mechanizmust egyszerre alkalmazzák. • Célvezérelt következtetés: • Egy vagy több célt kell kijelölni, és a rendszer megkísérli bebizonyítani valamelyik cél állítását. • Azon tényeket, amelyeket nem tud levezetni, megkérdezi a felhasználótól.

29. A szakértői rendszerek típusai • Adatvezérelt következtetés • A rendszer a kezdőadatokat a használótól kérdezi meg. • Az adatok származhatnak adatbázisból vagy korábbi következtetések adataiból is. • A következtetés során azon szabályok, amelyek feltétel része illeszkedik a munkamemória adataihoz, aktivizálódik. • A konklúzió által kijelölt akciók végrehajtásra kerülnek, • Az új tények bekerülnek a munkamemóriába. • Addig folytatódik a következtetés, ameddig van aktivizálódó szabály,illetve, amíg el nem ér egy megadott célt.

30. A szakértői rendszerek típusai • Frame-alapú szakértői rendszerek • A 80-as években jelentek meg. • Egyre szélesebb körben elterjednek. • Tudásábrázolás: • Frame-formában történik: egy objektum tulajdonságai adatstruktúrában tárolódnak. • A tulajdonságok értékeit, az értéktartományt, az esetleges korlátozásokat a kiegészítő lista tartalmazza. • Ez események definiálását teszi lehetővé. • A Frame-ek lehetővé teszik osztályok definiálását (tulajdonságok öröklődése)

31. A szakértői rendszerek típusai • Következtető rendszer • Várakozás-vezérelt következtetés • Olyan esetekre várakozik, amelyek a kiegészítő listában kerültek megadásra. • A következtetés mehet cél- és adatvezérelt módon. • Ha értékeket adunk meg, akkor a változások működésbe hozzák a várakozó eljárások sorát, ami az adatvezérelt következtetéshez hasonló következtetési folyamatot eredményez. • Ha célt adunk meg, akkor a célhoz szükséges érték meghatározása hozhatja működésbe a várakozó eljárásokat.

32. A szakértői rendszerek típusai • Hibrid rendszerek • A 90-es évektől kezdve • A frame tudásábrázolás mellett megengedték a szabályok alkalmazását is. • Tudásábrázolás • Mind frame- mind pedig szabályalapú tudásábrázolási lehetőséggel bírnak • Lehetőség van arra, hogy akár együttesen, akár külön alkalmazzuk a szabályokat és/vagy a frame-eket.

33. A szakértői rendszerek típusai • Következtetési rendszer • A vezérlési stratégia mind frame-, mind pedig szabályalapú következtetést megenged. • Mindkét esetben lehet adatvezérelt és célvezérelt. • Frame és szabály kapcsolat • Az a formalizmus, amely megengedi, hogy egy frame tulajdonságaira szabályokban hivatkozhatunk. • Illetve az a lehetőség, amellyel szabályok alkalmazásával létrehozhatunk vagy törölhetünk egy frame-et.

34. A szakértői rendszerek típusai • Induktív rendszerek • Eseteket feldolgozó rendszer. • Viszonylag kevés szakértői rendszer dolgozik ilyen megközelítéssel. • A gépi tanulás egyik módszerén alapul: • Példák alapján történő tanuláson. • A tudást egy véges példahalmaz tartalmazza, és a példákból generál szabályokat a rendszer.

35. A szakértői rendszerek típusai • Tudásbázis • A tudás rendszerint egy táblázatos formában meglévő példasor. • Egy algoritmus generál szabályokat ez alapján. • A szabályok maguk is bekerülnek a tudásbázisba. • Következtető rendszer • Egy új problémánál a legjellemzőbb szempontok szerint keres hasonló példát, és a példához tartozó megoldás lesz az eredmény. • Ha nincs hasonló példa, akkor a gép nem ad eredményt a kérdésünkre.

36. A szakértői rendszerek típusai • Az induktív rendszer példákat dolgoz fel. • Indukcióval jut el az eredményre. • A példákat térben ábrázolja, ahol a csomópontok a tulajdonságok, az élek pedig a tulajdonságok értékei. • Fa-struktúrájú irányított gráf a felépítmény (döntési fa) • A problémamegoldás lényegében ezen a döntési fán való keresés: • Olyan út keresése, amely megfelel az adott problémának.

37. A szakértői rendszerek típusai • Blackboard rendszerek • Tábla rendszer. • A szakértői rendszerek külön csoportját jelentik. • Olyan komplex problémák megoldásánál segítenek, amelyek több szakértő, több tudásforrás együttes munkáját igénylik. • Ilyen problémák: • Egy vita koordinálása • Egy kép részleteiből való felismerés • Élő beszéd megértése

38. A szakértői rendszerek típusai • Az eddigi típusokban közös volt, hogy • Tudásbázis-tartalom alapján következtetéseket von le. • Az eredmények, input-adatok a munkamemóriába kerülnek • A munkamemória alapján addig von le újabb következtetéseket, míg célt nem ér. • Ez az eddigiek továbbfejlesztett változata. • A tudás önálló modulokban található. • A modulok maguk rendelkeznek következtetési mechanizmussal. • A modulok tetszőleges tudásábrázolást és hozzá kapcsolódó következtetési eljárást alkalmazhatnak.

39. A szakértői rendszerek típusai • A modulok kommunikálnak egymással, ehhez van egy közös munkamemória. • A blackboard modell komponensei: • Tudásforrás: a probléma megoldásához szükséges tudás egy modulja. Önálló tudásbázissal ill. következtető géppel rendelkezik, amely önálló következtetést folytat. • Blackboard adatstruktúra: átfogó adatbázis, amely a problémamegoldás adatait, állapotait tartalmazza. A modulok az adatbázis révén kommunikálnak egymással. • Vezérlő komponens: az egyes modulok működésétkülönböző ellenőrző adatok alapján összehangolja.

40. A szakértői shellek • A szakértői shellek (keretrendszerek) • azon fejlesztőeszközök, amelyek tudásbázisból, következtető gépből és felhasználói interfészből épülnek fel, támogatják a tudásalapú rendszerek fejlesztését és tudásbázisuk üres. • A shell tudásbázisának feltöltése működőképes szakértői rendszert eredményez. • Vannak, amelyek rendelkeznek különböző környezeti eszközökkel, amelyek barátságosabb használatot tesznek lehetővé. • Vannak, amelyek mint fejlesztői környezetek együttműködnek más programokkal, adatbázisokkal.

41. A szakértői shellek • A szakértői shellek típusai: • általános • induktív, • szabályalapú, • frame-alapú, • hibrid; • problémafüggő; • szakterületfüggő.

42. A szakértői shellek • Általános shellek • A használatuk nem függ a problémától, illetve a szakterülettől, ahol alkalmazzák. • Induktív shell • Az induktív rendszerek keretrendszere. • Egy vagy több szabályt generál a példák alapján, amelyeket egy algoritmussal dolgoz fel. • A rendszer nem alkalmas összetett tudás leírására.

43. A szakértői shellek • Szabályalapú shellek • Szabályalapú szakértői rendszer fejlesztését teszi lehetővé. • Két altípusa van: • Egyszerű: • Nem használ segédeszközt a struktúrák definiálására. • Strukturált: • Szabálycsoportok definiálhatók. • A szabálycsoportok kapcsolata fastruktúrával írhatók le, és öröklődés van a kapcsolatok között.

44. A szakértői shellek • Frame-alapú shellek • Frame-alapú szakértői rendszerek fejlesztését teszi lehetővé. • Adatbázisok, más programok hívhatók a rendszerből • Az objektumok kapcsolata grafikusan szemléltethető, módosítható.

45. A szakértői shellek • Hibrid shellek • Hibrid szakértői rendszerek fejlesztését teszi lehetővé. • A Frame- és szabályalapú tudásábrázolás lehetősége. • Ezen kívül további lehetőségek: • Adatbázisok, más programok hívhatók be • Grafikus elemek használata • Kényelmes felhasználói felület stb. • Nagy teljesítményűek, összetett problémákat kezelnek. • Csak nagy fejlesztéseknél gazdaságosak.

46. A szakértői shellek • Problémafüggő shellek • Egy adott problématerületre készült rendszer (pl. diagnosztika, irányítás, szimuláció) • A fejlesztés a speciális tudásábrázolási igényekhez alkalmazkodik. • Szemben az általános shellekkel ezek nem igénylik egy programozási nyelv ismeretét. • Példák: • orvosi diagnosztika, • jogi szabályoknál kivételek kezelése.

47. A szakértői shellek • Szakterületfüggő shellek • Egy szűk szakterület alapismeretével rendelkeznek • A fejlesztés a speciális ismeretek megadását, kiegészítését jelenti. • Példák: • Villanymozdonyok, repülők, telefonkészülékek működési hibáinak diagnosztizálása, • Pénzügyi tanácsadás.

49. Tudásbázisok • Knowledge Base, KB • A tudásbázis • Speciális adatbázis, amely digitális formában rögzített tudás menedzselését, szervezését és visszakeresését segíti. • Valamennyi szakértői rendszer hátterében van egy tudásbázis. • Van egy szakértői rendszerek világán kívüli értelmezése is. • Géppel olvasható tudásbázisok • Ember által olvasható tudásbázisok

50. Tudásbázisok • Gépi olvasásra szánt tudásbázisok • Géppel olvasható formában rögzített tudást tartalmaznak. • Rendszerint következtetésekhez használják. • Logikailag konzisztens módon írják le a tudást (adatok és szabályok formájában) • Rendszerint egy ontológia írja le a tárolt adatok struktúráját és az egyes fogalmak közötti viszonyt.