Τεχνητή Νοημοσύνη (Θ) Ενότητα 8: Συστήματα Βασισμένα στη Γνώση (Knowledge-Based Systems) Κατερίνα Γεωργούλη Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ Ανοικτά Ακαδημαϊκά.

Παρουσίαση με θέμα: "Τεχνητή Νοημοσύνη (Θ) Ενότητα 8: Συστήματα Βασισμένα στη Γνώση (Knowledge-Based Systems) Κατερίνα Γεωργούλη Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ Ανοικτά Ακαδημαϊκά."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Τεχνητή Νοημοσύνη (Θ) Ενότητα 8: Συστήματα Βασισμένα στη Γνώση (Knowledge-Based Systems) Κατερίνα Γεωργούλη Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας Το περιεχόμενο του μαθήματος διατίθεται με άδεια Creative Commons εκτός και αν αναφέρεται διαφορετικά Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

2 Επισκόπηση  Εισαγωγή,  Επίλυση προβλημάτων,  Αλγόριθμοι Αναζήτησης,  Αναπαράσταση Γνώσης,  Συστήματα βασισμένα στη γνώση,  Μηχανική Μάθηση,  Νοήμονες πράκτορες. 1

3 Συστήματα Βασισμένα στη Γνώση Knowledge Based Systems 2 Συστήματα Εξαγωγής Συμπερασμάτων Συστήματα Παραγωγής Συστήματα Κανόνων Rule-Based Systems

4 Συστήματα εξαγωγής συμπερασμάτων 3 ThinkingThinking από OpenClips διαθέσιμο ως κοινό κτήμαOpenClips ΔΕΝ είμαι εμπειρογνώμων!! Έλεγχος Βάση Κανόνων if Συνθήκη then Συμπέρασμα

5 Παράδειγμα αναπαράστασης γνώσης με κανόνες 4 4: if isa(Animal,carnivore) and has(Animal,tawny_colour) and has(Animal,dark_spots) then isa(Animal,cheetah) 5: ifisa(Animal,carnivore) and has(Animal,tawny_colour) and has(Animal,black_stripes) then isa(Animal,tiger) 1: if has(Animal,hair) or gives(Animal,milk) then isa(Animal,mammal) 2: if has(Animal,feathers) or (flies(Animal) and lays(Animal,eggs)) then isa(Animal,bird) 3: ifisa(Animal,mammal) and (eats(Animal,meat) or (has(Animal,pointed_teeth) and has(Animal,claws) andhas(Animal,forward_ pointing_eyes))) then isa(Animal,carnivore) 6 : if isa(Animal,bird) and not flies(Animal) and swims(Animal) then isa(Animal,penguin) 7: if isa(Animal,bird) and isa(Animal,good_flyer) then isa(Animal,albatros)

6 Συσχετισμός κανόνων 5 Ισχυρισμοί: flies(petros), lays(petros, eggs), isa(petros, goodflyer) Παράγονται τα συμπεράσματα: isa(petros, bird) και isa(petros, albatros)

7 Δομή συστημάτων βασισμένων στη γνώση Τα Συστήματα Παραγωγής αποτελούνται από: IF-THEN κανόνες παραγωγής (production rules), Συλλογή ισχυρισμών (assertions), Δομή ελέγχου. Η αλήθεια των ισχυρισμών που προηγούνται σε ένα κανόνα είναι αρκετοί για την εξαγωγή συμπερασμάτων αλλά όχι απαραίτητοι, εκτός και αν είναι οι μόνοι ισχυρισμοί που καταλήγουν στο συγκεκριμένο συμπέρασμα. Π.χ.: ΕΑΝ ρίξει χιόνι ΤΟΤΕ η σκεπή θα ασπρίσει 6

8 Κύκλος λειτουργίας συστημάτων παραγωγής 7 Νέοι Ισχυρισμοί Ισχυρισμοί (Γεγονότα) Κανόνες που ενεργο- ποιούνται ΣυμπερασματικήΜηχανή (Δομή Ελέγχου Επίλυσης Συγκρούσεων) Κανόνας που πυροδοτείται Σύνολο Σύγκρουσης Χώρος Εργασίας Βάση Κανόνων

9 Δομή ελέγχου  Αναζητεί επαναληπτικά (σε κύκλους λειτουργίας) κανόνες παραγωγής, των οποίων οι ισχυρισμοί υπάρχουν στην ενεργό μνήμη.  Σε κάθε κύκλο λειτουργίας ενημερώνει το σύστημα για τους κανόνες που εντόπισε και τους καταχωρεί σε ένα χώρο που καλείται σύνολο σύγκρουσης (conflict set) ή ατζέντα.  Επιλέγει ένα κανόνα από το σύνολο σύγκρουσης βάσει μιας ισχύουσας στρατηγικής και τον πυροδοτεί (εκτελεί) ενεργώντας σύμφωνα με το THEN μέρος του. 8

10 Σύνολο σύγκρουσης Σε ένα σύνολο σύγκρουσης (conflict set) ή ατζέντα:  Περιέχονται όλοι οι κανόνες των οποίων οι προϋποθέσεις είναι αληθείς άρα είναι έτοιμοι για πυροδότηση  Ένας δεδομένος κανόνας μπορεί να εμφανίζεται περισσότερες από μία φορές, μία για κάθε πιθανή δέσμευση της μεταβλητής του IF μέρους με μία τιμή αλλά μόνο μία φορά πυροδοτείται για κάθε τιμή  Εάν το IF μέρος αποτελείται από περισσότερες της μίας μεταβλητής τότε ο κανόνας μπορεί να εμφανίζεται μία φορά για κάθε πιθανό συνδυασμό δεσμεύσεων μεταβλητών 9

11 Στρατηγικές επιλογής κανόνα μέσα από το σύνολο σύγκρουσης (conflict resolution) Η εκλογή ενός από τους κανόνες του συνόλου σύγκρουσης προς πυροδότηση γίνεται βάση διαφορετικών κριτηρίων μερικά από τα οποία μπορεί να είναι: τυχαίος μηχανισμός επιλογής, προτεραιότητα που έχει δοθεί από τον σχεδιαστή του συστήματος, επιλογή του πιο πρόσφατα ενημερωμένου κανόνα, επιλογή κανόνα με τους περισσότερους ισχυρισμούς, επιλογή κανόνα με τα περισσότερα συνεπαγόμενα. 10

12 Βασικά θέματα σχεδιασμού Σ.Π.  Ταίριασμα προϋποθέσεων-ισχυρισμών ενεργού μνήμης (pattern matching),  Επιλογή κανόνα για πυροδότηση,  Χρονοδρομολόγηση κανόνων,  Εκτέλεση ενεργειών,  Τήρηση ιστορικού,  Εξασφάλιση μη ύπαρξης αμοιβαία αποκλειστικών ισχυρισμών,  Επιλογή δομής ελέγχου (forward vs backward chaining). 11

13 Προς τα εμπρός αλυσιδωτή αναζήτηση και πυροδότηση κανόνων (Forward Chaining) Modes ponens μία από τις τέσσερις μορφές συλλογισμών του προτασιακού λογισμού που χρησιμοποιεί την παραγωγή (deduction) για την εξαγωγή συμπερασμάτων: ΕΑΝ Α ΤΟΤΕ Β Α αληθές  Β αληθές Η εφαρμογή του modes ponens σε ένα σύστημα κανόνων μπορεί να συγκεντρώσει μέσα στο σύνολο σύγκρουσης πολλούς κανόνες, όλους αυτούς με ικανοποιημένες προϋποθέσεις. 12

14 Τα χαρακτηριστικά του Forward Chaining Εκτέλεση οδηγούμενη από τα δεδομένα (data-driven), Εκτέλεση από το βάθος προς τη κορυφή του δένδρου των κανόνων (bottom-up), Δουλεύει προς τα εμπρός, δηλ. από τις προϋποθέσεις προς τα συμπεράσματα ενός κανόνα. Σε κάθε κύκλο λειτουργίας επιλέγεται ένας κανόνας από το σύνολο σύγκρουσης για πυροδότηση (firing) και σαν συνέπεια: a)νέοι ισχυρισμοί προστίθενται στην μνήμη εργασίας και b)εκτελούνται οι καθορισμένες μη παραγωγικές ενέργειες 13

15 Αλγόριθμος Forward Chaining 14 Βρες όλους τους κανόνες που είναι έτοιμοι για πυροδότηση Βάλε τους κανόνες στο CONFLICT SET Διάλεξε έναν βάσει κάποιας στρατηγικής επίλυσης δυγκρούσεων Πυροδότησε τον κανόνα (πρόσθεσε τα συνεπαγόμενα στη μνήμη εργασίας και εκτέλεσε τις ενέργειες) (CONFLICT RESOLUTION) Αν υπάρχουν >= 1 κανόνες στο conflict set Τέλος Αν (όλες οι προϋποθέσεις τους είναι αληθείς) ΟΣΟ υπάρχουν κανόνες έτοιμοι για πυροδότηση Τέλος ΟΣΟ

16 ΙσχυρισμοίConflict set:Κανόνας που πυροδοτείται Ελένη πληροφορικός Νίκος πληροφορικός R1 (?Χ = Ελένη) R1 (?Χ = Νίκος) Επιλέγεται τυχαία ο R1 (?Χ = Ελένη) Ελένη πληροφορικός Νίκος πληροφορικός Ελένη είναι νοήμων R1 (?Χ = Νίκος) R2 (?Χ = Ελένη) Επιλέγεται τυχαία ο R2 (?Χ = Ελένη) "Είσαι σπίρτο Ελένη" Ελένη πληροφορικός Νίκος πληροφορικός Ελένη είναι νοήμων R1 (?Χ = Νίκος)Επιλέγεται ο R1 (?Χ = Νίκος) Ελένη πληροφορικός Νίκος πληροφορικός Ελένη είναι νοήμων Νίκος είναι νοήμων R2 (?Χ = Νίκος)Επιλέγεται ο R2 (?Χ = Νίκος) "Είσαι σπίρτο Νίκος" Παράδειγμα Forward Chaining 15 Κανόνας R1: IF ?X πληροφορικός THEN ?Χ είναι νοήμων Κανόνας R2: IF ?X είναι νοήμων THEN εμφάνισε "Είσαι σπίρτο" ?Χ

17 Κατάληξη παραδείγματος F.C. 16 ΙσχυρισμοίConflict set:Αποτέλεσμα Ελένη πληροφορικός Νίκος πληροφορικός Ελένη είναι νοήμων Νίκος είναι νοήμων - "Είσαι σπίρτο Ελένη" "Είσαι σπίρτο Νίκος" Κανόνας R1: IF ?X πληροφορικός THEN ?Χ είναι νοήμων Κανόνας R2: IF ?X είναι νοήμων THEN εμφάνισε "Είσαι σπίρτο" ?Χ

18 2 ο παράδειγμα Forward Chaining Το πρόβλημα του Αγρότη 17 Rule 1 move farmer : IF (is F ?s) not (and (is G ?s) (is S ?s)) not (and (is W ?s) (is G ?s)) (opposite ?s ?o) THEN (is F ?o) Rule 2: move farmer&woolf IF (is F ?s) and (is W ?s) not (is G ?s) and (is S ?s) (opposite ?s ?o) THEN (is F ?o) (is W ?o) Rule 3 move farmer&goose IF (is F ?s) and (is G ?s) (opposite ?s ?o) THEN (is F ?o) (is G ?o) Rule 4: move farmer&seed IF (is F ?s ) and (is S ?s) not( (is W ?s) and (is G ?s)) (opposite ?s ?o) THEN (is F ?o) (is S ?o) ?s : shore (left or right)

19 Κύκλοι λειτουργίας για το πρόβλημα του αγρότη (1 από 7) 18 Μνήμη Εργασίας Σύνολο σύγκρουσης Κανόνας που πυροδοτείται (is F left) (is W left) (is G left) (is S left) (opposite right left) (opposite left right) R3 (?s = left)R3 Σύνολο σύγκρουσης Κανόνας που πυροδοτήθηκε R3 (?s = left) Μνήμη Εργασίας Σύνολο σύγκρουσης Κανόνας που πυροδοτείται (is F right) (is W left) (is G right) (is S left) (opposite right left) (opposite left right) R3

20 Κύκλοι λειτουργίας για το πρόβλημα του αγρότη (2 από 7) 19 Μνήμη Εργασίας Σύνολο σύγκρουσης Κανόνας που πυροδοτείται (is F right) (is W left) (is G right) (is S left) (opposite right left) (opposite left right) R1 (?s = right) R3 (?s = right) Μνήμη Εργασίας Σύνολο σύγκρουσης Κανόνας που πυροδοτείται (is F left) (is W left) (is G right) (is S left) (opposite right left) (opposite left right) R1R1

21 Κύκλοι λειτουργίας για το πρόβλημα του αγρότη (3 από 7) 20 Μνήμη ΕργασίαςΣύνολο σύγκρουσης Κανόνας που πυροδοτείται (is F left) (is W left) (is G right) (is S left) (opposite right left) (opposite left right) R2 (?s = left) R4 (?s = left) Μνήμη ΕργασίαςΣύνολο σύγκρουσης Κανόνας που πυροδοτείται (is F right) (is W right) (is G right) (is S left) (opposite right left) (opposite left right) R2

22 Κύκλοι λειτουργίας για το πρόβλημα του αγρότη (4 από 7) 21 Μνήμη ΕργασίαςΣύνολο σύγκρουσης Κανόνας που πυροδοτείται (is F right) (is W right) (is G right) (is S left) (opposite right left) (opposite left right) R3 (?s = right) Μνήμη ΕργασίαςΣύνολο σύγκρουσης Κανόνας που πυροδοτείται is F left) (is W right) (is G left) (is S left) (opposite right left) (opposite left right) R3

23 Κύκλοι λειτουργίας για το πρόβλημα του αγρότη (5 από 7) 22 Μνήμη ΕργασίαςΣύνολο σύγκρουσης Κανόνας που πυροδοτείται (is F left) (is W right) (is G left) (is S left) (opposite right left) (opposite left right) R4 (?s = left) Μνήμη ΕργασίαςΣύνολο σύγκρουσης Κανόνας που πυροδοτείται (is F right) (is W right) (is G left) (is S right) (opposite right left) (opposite left right) R4

24 Κύκλοι λειτουργίας για το πρόβλημα του αγρότη (6 από 7) 23 Μνήμη ΕργασίαςΣύνολο σύγκρουσης Κανόνας που πυροδοτείται (is F right) (is W right) (is S left) (opposite right left) (opposite left right) R1 (?s = right) R2(?s = right) Μνήμη Εργασίας (is F right) (is W right) (is G left) (is S right) (opposite right left) (opposite left right) Μνήμη ΕργασίαςΣύνολο σύγκρουσης Κανόνας που πυροδοτείται (is F left) (is W right) (is G left) (is S right) (opposite right left) (opposite left right) R1

25 Κύκλοι λειτουργίας για το πρόβλημα του αγρότη (7 από 7) 24 Μνήμη ΕργασίαςΣύνολο σύγκρουσης Κανόνας που πυροδοτείται (is F left) (is W right) (is G left) (is S right) (opposite right left) (opposite left right) R3 (?s = right) Μνήμη ΕργασίαςΣύνολο σύγκρουσης Κανόνας που πυροδοτείται (is F right) (is W right) (is G right) (is S right) (opposite right left) (opposite left right) R3 Μνήμη ΕργασίαςΣύνολο σύγκρουσης Κανόνας που πυροδοτείται (is F right) (is W right) (is G right) (is S right) (opposite right left) (opposite left right)

26 Παράδειγμα κίνησης ρομπότ*  Ρομπότ κινείται σε χώρο με εμπόδια,  Στόχος: Να αποφύγει τα εμπόδια και όταν βρει κάποιο αντικείμενο, να στείλει ένα μήνυμα και να σταματήσει. 25 Μνήμη Εργασίας robot_at(6,4) direction(e) choice(e) choice(w) choice(n) choice(s) obstacle_at(7,4) obstacle_at(6,8) obstacle_at(7,7)... object_at(4,7)... * Από το βιβλίο: Βλαχάβας, Ι., Κεφαλάς, Π., Βασιλειάδης, Ν., Ρεφανίδης, Ι., Κοκκοράς, Φ. & Σακελλαρίου, Η., Τεχνητή Νοημοσύνη, 3η έκδοση, Β. Γκιούρδας Εκδοτική, 2006.

27 Κανόνες κίνησης ρομπότ (1 από 2) 26 1: detect_object: if robot_at(X,Y) and object_at(X,Y) then output(‘object is found’) 2: move_west: if robot_at(X,Y) and direction(w) then delwm(robot_at(X,Y)) and NX=X-1 and addwm(robot_at(NX,Y)) 3: 3: move_east: if robot_at(X,Y) and direction(e) then delwm(robot_at(X,Y)) and NX=X+1 and addwm(robot_at(NX,Y)) 4: move_north: if robot_at(X,Y) and direction(n) then delwm(robot_at(X,Y)) and NY=Y+1 and addwm(robot_at(X,NY)) 5: move_south: if robot_at(X,Y) and direction(s) then delwm(robot_at(X,Y)) and NY=Y-1 and addwm(robot_at(X,NY))

28 Κανόνες κίνησης ρομπότ (2 από 2) 6: avoid_obstacle_south: if robot_at(X,Y) and NY=Y-1 and obstacle_at(X,NY) and direction(s) and choice(ND) then delwm(direction(s)) and addwm(direction(ND)) 7: avoid_obstacle_west: if robot_at(X,Y) and NX=X-1 and obstacle_at(NX,Y) and direction(w) and choice(ND) then delwm(direction(w)) and addwm(direction(ND)) 8: avoid_obstacle_north: if robot_at(X,Y) and NY=Y+1 and obstacle_at(X,NY) and direction(n) and choice(ND) then delwm(direction(n)) and addwm(direction(ND)) 9: avoid_obstacle_east: if robot_at(X,Y) and NX=X+1 and obstacle_at(NX,Y) and direction(e) and choice(ND) then delwm(direction(e)) and addwm(direction(ND)) 27

29 Παρακολούθηση εκτέλεσης (1 από 3) 28 ΚύκλοςΜνήμη ΕργασίαςΑτζένταΣτρατηγική Κανόνας που πυροδοτεί 1 robot_at(6,4) direction(e) choice(w) choice(n) choice(s) choice(e) obstacle_at(7,4) obstacle_at(6,8)... object_at(4,7)... {3, 9 (ND=w), 9 (ND=n), 9 (ND=s), 9 (ND=e)} ΕΕ (επιλογή πιο ειδικού) ΤΕ (τυχαία επιλογή) 9:avoid_obstacle_e ast (ND=n) 2 robot_at(6,4) direction(n)... {4} - 4: move_north 3 robot_at(6,5) direction(n)... {4} - 4: move_north Κανόνες που οπλίζουν από τα δεδομένα της Μνήμης Εργασίας. O (3) από το direction(e) και ο (9) από το direction(e) και από το obstacle(7,4) Επιλέγεται ένας (9), με choice(n)

30 Παρακολούθηση εκτέλεσης (2 από 3) 29 ΚύκλοςΜνήμη ΕργασίαςΑτζένταΣτρατηγική Κανόνας που πυροδοτεί 4 robot_at(6,6) direction(n)... {4} - 4: move_north 5 robot_at(6,7) direction(n)... obstacle_at(6,8)... {4, 8 (ND=w), 8 (ND=n), 8 (ND=s), 8 (ND=e)} EE TE 8:avoid_obstacle _north (ND=n) 6 robot_at(6,7) direction(n)... obstacle_at(6,8)... {4, 8 (ND=w), 8 (ND=n), 8 (ND=s), 8 (ND=e)} AE (αποφυγή επανάληψης) EE TE 8:avoid_obstacle _north (ND=e) 7 robot_at(6,7) direction(e)... obstacle_at(7,7)... {3, 9 (ND=w), 9 (ND=n), 9 (ND=s), 9 (ND=e)} EE TE 9:avoid_obstacle _east (ND=w)

31 Παρακολούθηση εκτέλεσης (3 από 3) 30 ΚύκλοςΜνήμη ΕργασίαςΑτζένταΣτρατηγική Κανόνας που πυροδοτεί 8 robot_at(6,7) direction(w)... {2} - 2: move_west 9 robot_at(5,7) direction(w)... {2} - 2: move_west 10 robot_at(4,7) direction(w) object_at(4,7)... {1,2} EE TE 1:detect_objec t

32 Προς τα πίσω αλυσιδωτή αναζήτηση και εκτέλεση κανόνων (Backward Chaining) Τα χαρακτηριστικά της προς τα πίσω αλυσιδωτής εκτέλεσης είναι: εκτέλεση οδηγούμενη από το σκοπό (goal-driven) ο οποίος απαιτείται να είναι γνωστός εκτέλεση από τη κορυφή προς το βάθος του δένδρου των κανόνων (top-down) εντοπίζεται στα συμπεράσματα των κανόνων συχνά προλαβαίνει πυροδότηση κανόνων άσχετων προς το πρόβλημα προς λύση. 31

33 Αλγόριθμος Backward Chaining ΟΣΟ υπάρχουν προϋποθέσεις προς ικανοποίηση και ο σκοπός δεν είναι αληθής ……….. Τέλος ΟΣΟ Εάν ο τελευταίος σκοπός είναι ΑΛΗΘΗΣ (είναι το ζητούμενο) εμφάνισε σαν λύση τη λίστα των ικανοποιημένων ενδιαμέσων σκοπών (ιστορία) Αλλιώς εμφάνισε "Δεν υπάρχει αλυσίδα κανόνων που να οδηγεί στο σκοπό μας” (αποτυχία) 32

34 Παράδειγμα Backward Chaining Κατασκευή Κέικ Συνταγή Κέικ:  Αλεύρι,  Αυγά,  Ζάχαρη,  Γάλα. 33

35 Κανόνες κατασκευής κέικ 34 Κανόνας R1 IF υπάρχει αλεύρι AND υπάρχει ζάχαρη AND υπάρχει αυγά AND υπάρχει βούτυρο THEN υπάρχει κέικ (σκοπός) Κανόνας R2: IF υπάρχει χρήμα AND NOT υπάρχει αλεύρι THEN ΠΡΟΣΘΕΣΕ υπάρχει αλεύρι ΑΦΑΙΡΕΣΕ υπάρχει χρήμα Κανόνας R3: IF υπάρχει χρήμα AND NOT υπάρχει ζάχαρη THEN ΠΡΟΣΘΕΣΕ υπάρχει ζάχαρη ΑΦΑΙΡΕΣΕ υπάρχει χρήμα Κανόνας R4: IF υπάρχει χρήμα AND NOT υπάρχει αυγά THEN ΠΡΟΣΘΕΣΕ υπάρχει αυγά ΑΦΑΙΡΕΣΕ υπάρχει χρήμα Κανόνας R5: IF υπάρχει χρήμα AND NOT υπάρχει γάλα THEN ΠΡΟΣΘΕΣΕ υπάρχει γάλα ΑΦΑΙΡΕΣΕ υπάρχει χρήμα Κανόνας R6: IF υπάρχει λογαριασμός στην τράπεζα THEN ΠΡΟΣΘΕΣΕ υπάρχει χρήμα

36 Μνήμη Εργασίας Σύνολο σύγκρουσης Κανόνας που επιλέγεται Υπάρχει χρήμα, Υπάρχει ζάχαρη Υπάρχει λογ. στην Τράπεζα R1 R2, R4, R5 R2 Υπάρχει ζάχαρη, Υπάρχει αλεύρι Υπάρχει λογ. στην Τράπεζα (ΔΕΝ Υπάρχει χρήμα ) R1, R4, R5 R4 (ανικανοποίητες προϋποθέσεις) Νέος στόχος: Υπάρχει χρήμα Υπάρχει ζάχαρη, Υπάρχει αλεύρι Υπάρχει λογ. στην Τράπεζα R1, R4, R5, R6 R6R6 Υπάρχει ζάχαρη, υπάρχει αλεύρι, Υπάρχει λογ. στην Τράπεζα, Υπάρχει χρήμα R1, R4, R5 R4 (δυνατός πλέον) 35 ΣΤΟΧΟΣ: Υπάρχει κέικ Ανικανοποίητες προϋποθέσεις: Υπάρχει αλεύρι, Υπάρχει αυγά, Υπάρχει γάλα Παράδειγμα Backward Chaining

37 36 Παράδειγμα Backward Chaining (συνέχεια) Μνήμη Εργασίας Σύνολο σύγκρουσης Κανόνας που πυροδοτείται Υπάρχει ζάχαρη, Υπάρχει αλεύρι, Υπάρχει λογ. στην Τράπεζα, Υπάρχει αυγά, (ΔΕΝ Υπάρχει χρήμα ) R1 R5 R5 (αδύνατο) Νέος στόχος: Υπάρχει χρήμα -»-R1, R5, R6 R6 Υπάρχει ζάχαρη, Υπάρχει αλεύρι, Υπάρχει αυγά, Yπάρχει λογ. στην Τράπεζα Υπάρχει χρήμα R1, R5 Υπάρχει ζάχαρη, Υπάρχει αλεύρι, Υπάρχει αυγά, Υπάρχει λογ. στην Τράπεζα Υπάρχει γάλα (ΔΕΝ Yπάρχει χρήμα) R1 Υπάρχει κέικ

38 Problem-Space Theory of problem solving (1 από 2)  Η ανθρώπινη συμπεριφορά στην επίλυση προβλημάτων μπορεί να θεωρηθεί σαν τη δημιουργία καταστάσεων γνώσης, εφαρμόζοντας νοητικούς τελεστές, πηγαίνοντας από μια αρχική κατάσταση σε μία τελική.  Οι τελεστές αυτοί υπαγορεύουν τις επιτρεπόμενες κινήσεις στο χώρο ή ποιες κινήσεις απαγορεύονται όταν κάποιες ειδικές συνθήκες ισχύουν.  Για κάθε δεδομένο πρόβλημα υπάρχει ένα μεγάλο πλήθος εναλλακτικών δρόμων που οδηγούν στο σκοπό. Το σύνολο των καταστάσεων που δημιουργούν οι τελεστές κατά την αναζήτηση λύσης αποκαλείται βασικός χώρος επίλυσης προβλήματος (basic problem space). 37 Newell & Simon, recounted, 1972

39 Problem-Space Theory of problem solving (2 από 2)  Οι άνθρωποι χρησιμοποιούν τις γνώσεις τους και διάφορες ευριστικές μεθόδους (means-end analysis) για να ψάξουν τον βασικό χώρο επίλυσης των προβλημάτων και να βρουν τη συντομότερη λύση.  Όλα αυτά δουλεύουν με τους περιορισμούς του ανθρώπινου γνωσιακού συστήματος, δηλαδή όρια χώρου ενεργούς μνήμης και όρια στη ταχύτητα με την οποία μπορεί να μεταφέρονται οι πληροφορίες από και προς τη μνήμη μακράς αποθήκευσης.  Η προσπάθεια των ερευνητών να σχεδιάσουν ένα γενικό σύστημα επίλυσης προβλημάτων βασιζόμενο στη θεωρία τους είχε σαν αποτέλεσμα τη δημιουργία του General Problem Solver (GPS) 38 Newell & Simon, recounted, 1972

40 General Problem Solver (GPS) Ο GPS είναι ένας μηχανισμός για επίλυση προβλημάτων μέσω Η/Υ, που αποτελεί μοντέλο του ανθρώπινου τρόπου επίλυσης προβλημάτων. Το σύστημα χρησιμοποιεί στοίβα αποθήκευσης ενδιάμεσων σκοπών και βασίζεται στην Means-Ends Analysis (MEA) που υλοποιεί τη θεωρία των συγγραφέων με τα εξής βήματα: 1.Σημείωσε τις διαφορές μεταξύ της τρέχουσας κατάστασης και του σκοπού. 2.Δημιούργησε ένα υπο-σκοπό για να μειώσεις αυτές τις διαφορές. 3.Διάλεξε ένα τελεστή που εφαρμοζόμενος θα ικανοποιήσει τον τεθέντα υπο-σκοπό. 4.Αν ο τελεστής έχει ανικανοποίητες προϋποθέσεις για να εφαρμοστεί, θέσε μία από αυτές τις προϋποθέσεις ως νέο υπο-σκοπό και συνέχισε. 39 (Newell,Shaw & Simon, 1963)

41 Αλγόριθμος Means-Ends Analysis (MEA) Τοποθέτησε τελικό σκοπό στη ΣΤΟΙΒΑ ΟΣΟ η στοίβα όχι κενή και όχι κορεσμένη πρόσθεσε τις διαφορές μεταξύ του τρέχοντα σκοπού και του υπάρχοντα κόσμου στη στοίβα Βρες όλους τους κανόνες που τα συμπεράσματα τους περιέχουν τον τρέχοντα σκοπό και βάλε τους στο conflict set ΕΑΝ >= 1 κανόνες στο conflict set ΤΟΤΕ διάλεξε έναν ΕΑΝ ο κανόνας είναι έτοιμος για πυροδότηση ΤΟΤΕ πυροδότησε τον ΑΛΛΙΩΣ πρόσθεσε τις μη ικανοποιημένες προϋποθέσεις στη στοίβα ΑΛΛΙΩΣ δεν υπάρχει κανόνας να λύνει το τρέχον πρόβλημα ΤΕΛΟΣ ΕΠΑΝΑΛΗΨΗΣ. 40

42 Συλλογιστική κάτω από αβεβαιότητα (Uncertain Reasoning) Αβεβαιότητα είναι η έλλειψη επαρκούς πληροφόρησης για τη λήψη μιας απόφασης. Η έλλειψη μπορεί να οφείλεται σε αβέβαιη γνώση ή μαρτυρία. Τα συνήθη είδη συλλογιστικής κάτω από αβεβαιότητα είναι: Μη-μονοτονική συλλογιστική (non-monotonic reasoning) Πιθανολογική Συλλογιστική (probabilistic reasoning) - Bayesian προσέγγιση Συλλογιστική με συντελεστές βεβαιότητας (reasoning with certainty factors) Ασαφής συλλογιστική (fuzzy reasoning) 41

43 Τέλος Ενότητας

44 Σημειώματα

45 Σημείωμα Αναφοράς Copyright Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Αθήνας, Κατερίνα Γεωργούλη 2014. Κατερίνα Γεωργούλη. «Τεχνητή Νοημοσύνη (Θ). Ενότητα 8: Συστήματα Βασισμένα στη Γνώση (Knowledge-Based Systems)». Έκδοση: 1.0. Αθήνα 2014. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: ocp.teiath.gr.ocp.teiath.gr

46 Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό. Οι όροι χρήσης των έργων τρίτων επεξηγούνται στη διαφάνεια «Επεξήγηση όρων χρήσης έργων τρίτων». Τα έργα για τα οποία έχει ζητηθεί άδεια αναφέρονται στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί.

47 Επεξήγηση όρων χρήσης έργων τρίτων 46 Δεν επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, παρά μόνο εάν ζητηθεί εκ νέου άδεια από το δημιουργό. © διαθέσιμο με άδεια CC-BY διαθέσιμο με άδεια CC-BY-SA διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC-SA διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου και η δημιουργία παραγώγων αυτού με απλή αναφορά του δημιουργού. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού, και διάθεση του έργου ή του παράγωγου αυτού με την ίδια άδεια. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού και διάθεση του έργου ή του παράγωγου αυτού με την ίδια άδεια. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου. διαθέσιμο με άδεια CC-BY-ND Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η δημιουργία παραγώγων του έργου. διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC-ND Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου και η δημιουργία παραγώγων του. διαθέσιμο με άδεια CC0 Public Domain διαθέσιμο ως κοινό κτήμα Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, η δημιουργία παραγώγων αυτού και η εμπορική του χρήση, χωρίς αναφορά του δημιουργού. χωρίς σήμανσηΣυνήθως δεν επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου.

48 Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει:  το Σημείωμα Αναφοράς  το Σημείωμα Αδειοδότησης  τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων  το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους.

49 Χρηματοδότηση  Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στo πλαίσιo του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα.  Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού.  Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.