Table Of ContentTεχνητή Nοηµοσύνη και Έµπειρα Συστήµατα
ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ
Σχολή Θετικών Επιστηµών και Τεχνολογίας
Πρόγραµµα Σπουδών
ΠΛHPOΦOPIKH
Θεµατική Ενότητα
TEXNHTH NOHMOΣYNH – EΦAPMOΓEΣ
Τόµος A'
Tεχνητή Nοηµοσύνη και
Έµπειρα Συστήµατα
EΛΠI∆A KEPAYNOY
Kαθηγήτρια Tµήµατος Πληροφορικής
Πανεπιστηµίου Kύπρου
ΠATPA 2000
ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ
Σχολή Θετικών Επιστηµών και Τεχνολογίας
Πρόγραµµα Σπουδών
ΠΛHPOΦOPIKH
Θεµατική Ενότητα
TEXNHTH NOHMOΣYNH – EΦAPMOΓEΣ
Τόµος A'
Tεχνητή Nοηµοσύνη και Έµπειρα Συστήµατα
Συγγραφή
EΛΠI∆A KEPAYNOY
Kαθηγήτρια Tµήµατος Πληροφορικής
Πανεπιστηµίου Kύπρου
Κριτική Ανάγνωση
IΩANNHΣ ZAXAPAKHΣ
Mαθηµατικός – ∆ρ Πληροφορικής
Ακαδηµαϊκός Υπεύθυνος για την επιστηµονική επιµέλεια του τόµου
ΓEΩPΓIOΣ NIKHΦOPI∆HΣ
Καθηγητής Tµήµατος Iατρικής Πανεπιστηµίου Πατρών
Επιµέλεια στη µέθοδο της εκπαίδευσης από απόσταση
ANAΣTAΣIOΣ TPIANTHΣ
Γλωσσική Επιµέλεια
ΣTEΦANOΣ ΛOYNTZHΣ
Τεχνική Επιµέλεια
ΕΣΠΙ ΕΚ∆ΟΤΙΚΗ Ε.Π.Ε.
Καλλιτεχνική Επιµέλεια – Σελιδοποίηση
TYPORAMA
Συντονισµός ανάπτυξης εκπαιδευτικού υλικού και γενική επιµέλεια των εκδόσεων
ΟΜΑ∆Α ΕΚΤΕΛΕΣΗΣ ΕΡΓΟΥ ΕΑΠ / 1997–2001
ISBN: 960–538–181–8
Kωδικός Έκδοσης: ΠΛH 31/1
Copyright 2000 για την Ελλάδα και όλο τον κόσµο
ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ
Οδός Παπαφλέσσα & Υψηλάντη, 26222 Πάτρα – Τηλ: (0610) 314094, 314206 Φαξ: (0610) 317244
Σύµφωνα µε το Ν. 2121/1993, απαγορεύεται η συνολική ή αποσπασµατική αναδηµοσίευση του βιβλίου αυτού
ή η αναπαραγωγή του µε οποιοδήποτε µέσο χωρίς την άδεια του εκδότη.
¶ÂÚȯfiÌÂÓ·
K∂º∞§∞π√ 1
EÈÛ·ÁˆÁ‹
Σκοπός, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα, Έννοιες κλειδιά
Eισαγωγικές παρατηρήσεις 15
...............................................................................................................
1.1 Tι είναι τεχνητή νοηµοσύνη 17
...........................................................................................
1.1.1 ∆οκιµή Turing για µηχανική ευφυΐα 21
.........................................................
1.2 Iστορική αναδροµή 22
................................................................................................................
1.3 Eπεξεργασία συµβόλων 25
.....................................................................................................
1.4 Aλγόριθµοι και ευρετικά 26
...................................................................................................
Σύνοψη 31
..............................................................................................................................................................
Bιβλιογραφία κεφαλαίου 32
.....................................................................................................................
K∂º∞§∞π√ 2
E›Ï˘ÛË ¶ÚÔ‚ÏË̿وÓ
Σκοπός, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα, Έννοιες κλειδιά
Eισαγωγικές παρατηρήσεις 33
...............................................................................................................
2.1 Πρόβληµα αναπαράστασης 35
.............................................................................................
2.2 Mηχανισµοί πλοήγησης 40
.....................................................................................................
2.2.1 Tυφλή αναζήτηση 41
......................................................................................................
2.2.2 Eυρετική καθοδήγηση 46
...........................................................................................
2.3 Προβλήµατα ταξινόµησης και σύνθεσης 50
............................................................
Σύνοψη 55
..............................................................................................................................................................
Bιβλιογραφία κεφαλαίου 56
.....................................................................................................................
K∂º∞§∞π√ 3
AÓ··Ú¿ÛÙ·ÛË °ÓÒÛ˘
Σκοπός, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα, Έννοιες κλειδιά
Eισαγωγικές παρατηρήσεις 57
...............................................................................................................
3.1 Γνώση 60
................................................................................................................................................
3.1.1 ∆εδοµένα, πληροφορία και γνώση 60
.............................................................
3.1.2 Eµπειρογνωµοσύνη: είδη γνώσης 62
...............................................................
3.2 Eπιθυµητές πρακτικές και θεωρητικές ιδιότητες 66
.........................................
3.2.1 Πρακτικές ιδιότητες 67
................................................................................................
6 T∂á∏∆∏ N√∏ª√™À¡∏ ∫∞π ∂ª¶∂πƒ∞ ™À™∆∏ª∞∆∞
3.2.2 Θεωρητικές ιδιότητες 69
.............................................................................................
3.3 Aντιπαράθεση περιγραφικής και διαδικασιακής
αναπαράστασης 71
.........................................................................................................................
Σύνοψη 74
..............................................................................................................................................
Bιβλιογραφία κεφαλαίου 75
.....................................................................................................................
K∂º∞§∞π√ 4
K·ÙËÁÔÚËÌ·ÙÈ΋ §ÔÁÈ΋
Σκοπός, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα, Έννοιες κλειδιά
Eισαγωγικές παρατηρήσεις 77
...............................................................................................................
4.1 Σύνταξη και σηµασιολογία 82
.............................................................................................
4.1.1 Σύνταξη κατηγορηµατικής λογικής 82
...........................................................
4.1.2 Σηµασιολογία κατηγορηµατικής λογικής 84
.............................................
4.1.3 Ποσοτικοποίηση 85
.........................................................................................................
4.1.4 Kανονικές µορφές προτάσεων 86
.......................................................................
4.2 Iσοδυναµίες και κανόνες συλλογισµού 88
................................................................
4.2.1 Iσοδυναµίες 89
.....................................................................................................................
4.2.2 Kανόνες συλλογισµού 90
...........................................................................................
4.3 Mετασχηµατισµός σε συζευκτική κανονική µορφή 91
..................................
4.4 ∆ιαδικασία αναγωγής µέσω αντίκρουσης της αντίφασης 94
....................
4.4.1 Aπόδειξη µέσω αντίφασης 95
................................................................................
4.4.2 Eνοποίηση προτάσεων 95
..........................................................................................
4.4.3 Aναγωγή σε διαζευκτικές προτάσεις 96
........................................................
4.4.4 ∆ιαδικασία αναγωγής 96
.............................................................................................
4.5 Eξαγωγή απαντήσεων 101
.......................................................................................................
4.6 Horn clauses και άρνηση ως αποτυχία 104
...............................................................
4.6.1 Άρνηση ως αποτυχία 104
...........................................................................................
4.6.2 Yπόθεση κλειστού κόσµου 105
............................................................................
Σύνοψη 106
...........................................................................................................................................................
Bιβλιογραφία κεφαλαίου 107
..................................................................................................................
K∂º∞§∞π√ 5
¢›ÎÙ˘· ™˘Û¯¤ÙÈÛ˘ Î·È ¶Ï·›ÛÈ·
Σκοπός, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα, Έννοιες κλειδιά
Eισαγωγικές παρατηρήσεις 109
............................................................................................................
5.1 Tαξινοµίες και µερονιµίες εννοιών 112
.......................................................................
¶EPIEXOMENA 7
5.2 ∆ίκτυα συσχέτισης 114
...............................................................................................................
5.2.1 Aναζήτηση τοµής 115
.....................................................................................................
5.2.2 ∆ιαµερισµένα δίκτυα συσχέτισης 116
.............................................................
5.3 Πλαίσια 120
..........................................................................................................................................
5.3.1 Σχισµές και όψεις 120
...................................................................................................
5.3.2 Συγκεκριµενοποίηση πλαισίου 124
...................................................................
5.3.3 Συστήµατα πλαισίων 125
...........................................................................................
5.4 Kληρονόµηση 130
..........................................................................................................................
5.4.1 Aπλή κληρονόµηση 130
..............................................................................................
5.4.2 Πολλαπλή κληρονόµηση 132
.................................................................................
Σύνοψη 137
...........................................................................................................................................................
Bιβλιογραφία κεφαλαίου 138
..................................................................................................................
K∂º∞§∞π√ 6
K·ÓfiÓ˜ ¶·Ú·ÁˆÁ‹˜
Σκοπός, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα, Έννοιες κλειδιά
Eισαγωγικές παρατηρήσεις 138
............................................................................................................
6.1 Σύστηµα παραγωγής 140
..........................................................................................................
6.1.1 Kανόνες παραγωγής 140
.............................................................................................
6.1.2 Aρχιτεκτονική συστήµατος παραγωγής 144
.............................................
6.2 Oρθή αλυσίδωση 147
...................................................................................................................
6.2.1 Kύκλος «αναγνώρισε–ενέργησε» 147
..............................................................
6.2.2 ∆οµή ελέγχου 151
.............................................................................................................
6.3 Aνάστροφη αλυσίδωση 153
.....................................................................................................
6.3.1 ∆ίκτυο συλλογισµού 153
............................................................................................
6.3.2 Eυρέτης και ανιχνευτής 156
.....................................................................................
6.3.3 Eπεξηγήσεις «γιατί;» και «πώς;» 159
..............................................................
6.3.4 Tοπικός έλεγχος µε µετα–κανόνες 162
...........................................................
6.4 Mοντέλο µαυροπίνακα 162
......................................................................................................
Σύνοψη 165
...........................................................................................................................................................
Bιβλιογραφία κεφαλαίου 167
..................................................................................................................
K∂º∞§∞π√ 7
H T¯ÓÔÏÔÁ›· ÙˆÓ ŒÌÂÈÚˆÓ ™˘ÛÙË̿وÓ
Σκοπός, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα, Έννοιες κλειδιά
Eισαγωγικές παρατηρήσεις 169
............................................................................................................
8 T∂á∏∆∏ N√∏ª√™À¡∏ ∫∞π ∂ª¶∂πƒ∞ ™À™∆∏ª∞∆∞
7.1 Έµπειρα συστήµατα – ορισµός, σκοπός, χαρακτηριστικά 171
................
7.2 Bασικές µορφές συλλογισµού 177
...................................................................................
7.2.1 Συµπέρασµα 178
..................................................................................................................
7.2.2 Aπαγωγή 178
........................................................................................................................
7.2.3 Eπαγωγή 179
.........................................................................................................................
Σύνοψη 181
...........................................................................................................................................................
Bιβλιογραφία κεφαλαίου 182
..................................................................................................................
K∂º∞§∞π√ 8
ŒÌÂÈÚ· ™˘ÛÙ‹Ì·Ù· ¶ÚÒÙ˘ °ÂÓ¿˜
Σκοπός, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα, Έννοιες κλειδιά
Eισαγωγικές παρατηρήσεις 183
............................................................................................................
8.1 Mycin και δορυφορικά υποσυστήµατα 186
.............................................................
8.1.1 Συµβουλευτικό σύστηµα 186
..................................................................................
8.1.2 Σύστηµα επεξηγήσεων 197
.......................................................................................
8.1.3 Σύστηµα απόκτησης γνώσης 198
........................................................................
8.1.4 Σύστηµα κέλυφους 202
..................................................................................................
8.1.5 Mεταγλωττισµένη γνώση 205
..................................................................................
8.2 Prospector 209
....................................................................................................................................
8.2.1 Yβριδική αναπαράσταση 209
.................................................................................
8.2.2 Mεικτή αλυσίδωση 210
................................................................................................
8.2.3 Mοντέλο αβεβαιότητας 213
.....................................................................................
8.3 Internist–1 217
...................................................................................................................................
8.3.1 Bάση γνώσης 217
..............................................................................................................
8.3.2 ∆ιεργασίες συλλογισµού 219
..................................................................................
8.3.3 Aξιολόγηση υποθέσεων – µοντέλο αβεβαιότητας 221
...................
Σύνοψη 223
...........................................................................................................................................................
Bιβλιογραφία κεφαλαίου 224
..................................................................................................................
K∂º∞§∞π√ 9
ŒÌÂÈÚ· ™˘ÛÙ‹Ì·Ù· ¢Â‡ÙÂÚ˘ °ÂÓ¿˜
Σκοπός, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα, Έννοιες κλειδιά
Eισαγωγικές παρατηρήσεις 225
............................................................................................................
9.1 Προσέγγιση δεύτερης γενεάς 227
.....................................................................................
9.2 Neomycin 229
......................................................................................................................................
9.2.1 Tαξινοµικό και αιτιολογικό µοντέλο 230
.....................................................
¶EPIEXOMENA 9
9.2.2 Mοντελοποίηση στρατηγικής γνώσης 233
..................................................
9.2.3 Στρατηγικές επεξηγήσεις 237
.................................................................................
9.2.4 Eυρετική ταξινόµηση 240
..........................................................................................
9.3 MDX 242
................................................................................................................................................
9.3.1 Mεταγλωττισµένη γνώση – εναλλακτικός ορισµός 242
..................
9.3.2 Συνεργασία ειδικών 244
..............................................................................................
9.3.3 Aρχιτεκτονική γενικευµένων εργασιών 247
..............................................
Σύνοψη 248
...........................................................................................................................................................
Bιβλιογραφία κεφαλαίου 248
..................................................................................................................
K∂º∞§∞π√ 10
T¯ÓÔÏÔÁ›· ÁÓÒÛ˘
Σκοπός, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα, Έννοιες κλειδιά
Eισαγωγικές παρατηρήσεις 251
............................................................................................................
10.1 Oλοκληρωτικές διερευνήσεις εργασιών 255
...........................................................
10.2 ∆ιεργασίες τεχνολογίας γνώσης 258
..............................................................................
10.3 Tεχνικές συνεντεύξεων 261
...................................................................................................
10.4 Mεθοδολογία CommonKADS 265
....................................................................................
10.4.1 Πολλαπλά µοντέλα 267
............................................................................................
10.4.2 Mοντελοποίηση εµπειρογνωµοσύνης 272
................................................
Σύνοψη 281
...........................................................................................................................................................
Bιβλιογραφία κεφαλαίου 282
..................................................................................................................
K∂º∞§∞π√ 11
TÚ¤¯ÔÓÙ˜ ÂÚ¢ÓËÙÈÎÔ› ÛÙfi¯ÔÈ ...........................................................................................283
Bιβλιογραφία κεφαλαίου 287
..................................................................................................................
Aπαντήσεις Aσκήσεων Aυτοαξιολόγησης 289
.....................................................................
Eνδεικτικές Aπαντήσεις ∆ραστηριοτήτων 318
.....................................................................
Γλωσσάρι ελληνικών όρων 341
..........................................................................................................
Γλωσσάρι αγγλικών όρων 372
.............................................................................................................
Bιβλιογραφία 383
............................................................................................................................................
¶ÚfiÏÔÁÔ˜
Ο τόµος αυτός, χωρίζεται σε δύο µέρη, την Τεχνητή Νοηµοσύνη (ΤΝ) (κεφά-
λαια 1–6) και τα Έµπειρα Συστήµατα (κεφάλαια 7–10). Η ΤΝ καλύπτει ένα
ευρύ φάσµα περιοχών και αυτό της δίνει πολυεπιστηµονικό χαρακτήρα. Η
τεχνολογία των έµπειρων συστηµάτων αποτελεί ένα σηµαντικό κοµµάτι του
εφαρµοσµένου µέρους της ΤΝ. Βασικός στόχος του τόµου είναι να σας εισα-
γάγει σε στοιχειώδεις έννοιες της ΤΝ, οι οποίες άπτονται άµεσα της τεχνο-
λογίας των έµπειρων συστηµάτων, και στη συνέχεια να σας εισαγάγει σε
αυτή την τεχνολογία.
Αναφορικά µε το Μέρος Ι, την ΤΝ, θα εστιάσουµε την προσοχή µας σε δύο
κεντρικές περιοχές, την επίλυση προβληµάτωνκαι την αναπαράσταση γνώ-
σης. Αυτές είναι οι δύο περιοχές που αποτελούν τα θεµέλια της τεχνολογίας
των έµπειρων συστηµάτων. Ένα έµπειρο σύστηµα επιλύει ρεαλιστικά προ-
βλήµατα µε τη χρήση γνώσης. Συγκεκριµένα, το κεφάλαιο 1 στοχεύει να
οριοθετήσει το πεδίο της ΤΝ παραθέτοντας κάποιους από τους προτεινόµε-
νους ορισµούς του πεδίου και κάνοντας µία σύντοµη ιστορική αναδροµή.
Στο εισαγωγικό αυτό κεφάλαιο θα σας εξηγηθούν δύο βασικότατες έννοιες
της ΤΝ, η επεξεργασία συµβόλων και το ευρετικό. Στόχος του κεφαλαίου 2
είναι να σας εξηγήσει διάφορες γενικές µεθόδους για την επίλυση προβλη-
µάτων, µέσω αναζήτησης σε ένα χώρο καταστάσεων. Στο κεφάλαιο 3 θα
αναφερθούµε στην αναπαράσταση γνώσης σε γενικές γραµµές, κυρίως σε
σχέση µε τα είδη γνώσης που απαρτίζουν κάποια εµπειρογνωµοσύνη, και τις
επιθυµητές πρακτικές και θεωρητικές ιδιότητες µιας αναπαράστασης. Στη
συνέχεια θα εξετάσουµε τέσσερις βασικούς φορµαλισµούς αναπαράστασης
γνώσης, την κατηγορηµατική λογική (κεφάλαιο 4), τα δίκτυα συσχέτισης και
πλαίσια (κεφάλαιο 5) και τους κανόνες παραγωγής (κεφάλαιο 6).
Στο Μέρος ΙΙ θα επικεντρωθούµε σε αρχιτεκτονικές έµπειρων συστηµάτων,
πρώτης και δεύτερης γενεάς, καθώς επίσης στην τεχνολογία γνώσης
(knowledge engineering), που διέπει τη δηµιουργία έµπειρων συστηµάτων.
Συγκεκριµένα, το κεφάλαιο 7 σας εξηγεί τι είναι έµπειρο σύστηµα, ποιος
είναι ο σκοπός της εν λόγω τεχνολογίας και ποια είναι τα διακριτά χαρα-
κτηριστικά αυτών των συστηµάτων. Το κεφάλαιο αυτό παρουσιάζει επίσης
τις τρεις βασικές µορφές συλλογισµού, το συµπέρασµα, την απαγωγή και
την επαγωγή. Το κεφάλαιο 8 σας παρουσιάζει, µέσω τριών αντιπροσωπευ-
τικών συστηµάτων πρώτης γενεάς, των MYCIN, PROSPECTOR, και
INTERNIST–1, ενδεικτικά χαρακτηριστικά της αρχιτεκτονικής συστηµάτων
12 T∂á∏∆∏ N√∏ª√™À¡∏ ∫∞π ∂ª¶∂πƒ∞ ™À™∆∏ª∞∆∞
αυτής της γενεάς, καθώς επίσης της αρχικής προσέγγισης ως προς τη δηµι-
ουργία έµπειρων συστηµάτων. Γίνεται επίσης αναφορά στις αδυναµίες των
πρωταρχικών συστηµάτων και της προσέγγισης δηµιουργίας τους, η αποδο-
χή των οποίων οδήγησε στη δεύτερη γενεά έµπειρων συστηµάτων και τις
σχετικές µεθοδολογίες τεχνολογίας γνώσης. Η δεύτερη γενεά έµπειρων
συστηµάτων, χαρακτηρίζεται κυρίως από τη χρήση πολλαπλών µοντέλων
και µηχανισµών συλλογισµού, καθώς επίσης και από την υιοθέτηση προ-
σεγγίσεων βασισµένων στο επίπεδο γνώσης ως προς το σχεδιασµό των
συστηµάτων. Το κεφάλαιο 9 σας παρουσιάζει τα κύρια χαρακτηριστικά της
δεύτερης γενεάς, µέσω των έµπειρων συστηµάτων NEOMYCIN και MDX.
Το κεφάλαιο 10, που είναι το τελευταίο του Μέρους ΙΙ παρουσιάζει την
τεχνολογία γνώσης, αρχίζοντας µε µια σφαιρική παρουσίαση των διεργα-
σιών που εµπλέκονται σε σχέση µε την ανάπτυξη έµπειρων συστηµάτων
(δεύτερης γενεάς) και καταλήγοντας στη µεθοδολογία CommonKADS, ως
αντιπροσωπευτικό παράδειγµα µεθοδολογιών τεχνολογίας γνώσης.
Το κεφάλαιο 11, σε µορφή επιλόγου, σας παρουσιάζει κάποιους από τους
τοµείς που προσελκύουν σήµερα µεγάλο ερευνητικό ενδιαφέρον. Το Γλωσ-
σάριο Όρων περιέχει σύντοµες επεξηγήσεις για περισσότερους από 200
όρους, δίνοντας επίσης και τους αντίστοιχους Αγγλικούς όρους.
Τελειώνοντας, θα ήθελα να εκφράσω τις θερµές µου ευχαριστίες στους ακό-
λουθους, για τη σηµαντική τους συµβολή στην ολοκλήρωση αυτού του έργου
και για την άψογη και καθ’ όλα εποικοδοµητική συνεργασία που είχαµε: στο
Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήµιο, ειδικά στους Συντονιστές του Προγράµ-
µατος Πληροφορικής Χρήστο Παναγιωτακόπουλο, αρχικά, και ∆ήµητρα
Παρασκευοπούλου, στη συνέχεια, και την Οµάδα Εκτέλεσης Έργου, στον
Ακαδηµαϊκό Υπεύθυνο, Καθηγητή Γεώργιο Νικηφορίδη, στον Κριτικό Ανα-
γνώστη, Καθηγητή Γιάννη Ζαχαράκη, και στον Εµµανουήλ Γιακουµάκη που
άσκησε για κάποιο διάστηµα το ρόλο του Κριτικού Αναγνώστη. Μεγάλο
χρέος αισθάνοµαι προς τη Σαββούλα Ευσταθίου, η οποία µε µεγάλη προθυ-
µία και ζήλο επιµελήθηκε γλωσσικά όλα τα κεφάλαια, πριν την υποβολή
τους. Ευχαριστίες επίσης στο φιλόλογο που εντόπισε επιπλέον γλωσσικές
αδυναµίες, στην Ειρήνη Abu–Rumman και Χρυσόστοµο Ελευθερίου για τη
βοήθεια που µου παρείχαν στην επεξεργασία του κειµένου και στον Τάσο
Χριστοφίδη για τη βοήθειά του στη µετάφραση ορισµένων όρων από τα
Αγγλικά στα Ελληνικά, στον τεχνικό επιµελητή και το γραφίστα. Επιπλέον,
θα ήθελα να ευχαριστήσω τους φοιτητές του Τµήµατος Πληροφορικής του