BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN HỆ CHUYÊN GIA Đề tài: Xây dựng hệ chuyên gia chẩn đoán hỏng hóc của các thiết bị trong máy tính

Lĩnh vực trí tuệ nhân tạo nói chung và hệ chuyên gia nóiriêng góp phần tạo ra các hệ thống có khả năng trí tuệ của con người, cóđược tri thức tiên tiến của các hệ chuyên gia để giải qu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

- -BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN

HỆ CHUYÊN GIA

Đề tài: Xây dựng hệ chuyên gia chẩn đoán hỏng hóc

của các thiết bị trong máy tính

Giảng viên hướng dẫn : Trần Hùng Cường

Nhóm thực hiện : Nhóm 10 - Lớp HTTT1 - K12 Thành viên : Nguyễn Tuấn Tú

Đỗ Tuấn Sơn Đỗ Văn Tiệp

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ CHUYÊN GIA 3

1.1 Khái niệm 3

1.2 Cấu trúc và đặc trưng 4

1.3 Ứng dụng 7

1.4 Hướng nghiên cứu 8

Chương 2 GIỚI THIỆU THUẬT TOÁN 10

2.1 Khái niệm 10

2.1.1 Giới thiệu thuật toán suy diễn tiến 10

2.1.2 Hệ luật dẫn 10

2.1.3 Mô hình hệ luật dẫn 11

2.1.4 Vấn đề suy diễn 11

2.2 Suy diễn tiến 11

2.2.1 Thuật giải suy diễn tiến 12

2.2.2 Ví dụ áp dụng kỹ thuật suy diễn tiến: 13

Chương 3 XÂY DỰNG ỨNG DỤNG 15

3.1 Giới thiệu bài toán 15

3.2 Cơ sở tri thức 16

3.2.1 Thu nhập tri thức 16

3.2.2 Cơ sở dữ liệu 16

3.2.3 Biểu diễn tri thức 17

3.3 Kết quả minh họa 21

KẾT LUẬN 22

TÀI LIỆU THAM KHẢO 23

LỜI NÓI ĐẦU

Thế giới ngày nay phát triển mạnh mẽ với các hoạt động vô cùng đadạng và phức tạp đòi hỏi khả năng giải quyết vấn đề ở mức độ trí tuệ nhântạo ngày càng cao Lĩnh vực trí tuệ nhân tạo nói chung và hệ chuyên gia nóiriêng góp phần tạo ra các hệ thống có khả năng trí tuệ của con người, cóđược tri thức tiên tiến của các hệ chuyên gia để giải quyết các vấn đề phứctạp trong cuộc sống Hệ chuyên ra được thu hút mạnh mẽ vì những ưu điểmsau: Các chương trình hệ chuyên ra ngày càng tỏ ra hiệu quả và tiện lợi đápứng nhu cầu thực tế, Các chương trình hệ chuyên ra ngày càng tỏ ra có tínhkhả thi cao, Hệ chuyên gia có tính đơn lẻ, phù hợp với nhiều cá nhân

Thế giới công nghệ ngày càng phát triển mạnh, song song với đó thìnhu cầu truyền thông của con người càng được nâng cao Máy tính đượcxem là công cụ hỗ trợ nhỏ gọn, hiệu quả và tiện lợi hỗ trợ người dùng tươngtác với thế giới xung quanh và lĩnh hội các tri thức Cũng vì thế mà nhu cầu

sử dụng máy tính ngày càng nhiều Tuy nhiên, trong quá trình sử dụngkhông thể tránh khỏi các lỗi hỏng hóc Để giúp người dùng dễ dàng nhậnbiết các lỗi thường gặp và cách khắc phục, Nhóm 10 chúng em đã cùng nhau

thực hiện đề tài “Xây dựng hệ chuyên gia chuẩn đoán hỏng hóc máy tính

với thuật toán suy diễn tiến” Trong quá trình thực hiện bài tập lớn, với một

khoảng thời gian không nhiều nhưng nhóm chúng em đã cố gắng hết sức đểhoàn thiện sản phẩm của mình Để báo cáo được hoàn thiện hơn, nhóm cúng

em rất mong nhận được sự giúp đỡ và góp ý của cô và các bạn

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ CHUYÊN GIA

1.1 Khái niệm

Trí tuệ nhân tạo (TTNT) là một bộ phận của khoa học máy tính liênquan đến việc thiết kế các hệ thống máy tính thông minh, nghĩa là các hệthống thể hiện các đặc trưng mà chúng ta thấy gắn với trí thông minh trongcác hành vi của con người, như hiểu ngôn ngữ, học, suy luận, giải quyết vấnđề,

TTNT = Trí thức + Suy diễn

Vai trò của TTNT: một giải thuật có độ phức tạp cấp hàm đa thức thì

ta có thể viết chương trình bình thường, nhưng một thuật giải có độ phức tạpcấp hàm mũ thì ta phải áp dụng những cách giải gần đúng, áp dụng các kỹthuật của TTNT nhằm làm nhỏ không gian bài toán dẫn đến giảm đáng kểthời gian thực hiện

Các lĩnh vực nghiên cứu cơ bản của TTNT: xử lý ngôn ngữ tự nhiên,nhận dạng, hệ chuyên gia, thị giác điện thoại, robot học,…

Hình 1.1 Các lĩnh vực nghiên cứu cơ bản của TTNT

3

Natural Language

Systems

Hệ cơ sở tri thức (CSTT) là chương trình máy tính được thiết kế để

mô hình hóa khả năng giải quyết vấn đề của chuyên gia con người HệCSTT là hệ thống dựa trên tri thức, cho phép dùng tri thức này để giải quyếtvấn đề phức tạp thuộc cùng lĩnh vực

Hệ chuyên gia (HCG) là một nhánh của TTNT sử dụng các tri thứcchuyên biệt để giải quyết bài toán ở giai đoạn dùng chuyên gia con người.HCG phát triển vào những năm 1970 và đã được ứng dụng trong khá nhiềulĩnh vực Ngày nay nói tới HCG thì thực chất hiểu là các hệ thống trong đó

có sử dụng công nghệ HCG gồm: các ngôn ngữ HCG chuyên dụng, cácchương trình, các phần cứng được thiết kế nhằm phát triền và vận hành cácHCG Hiện nay trong các sách báo người ta thường dùng từ đồng nghĩa là

“HCG dựa trên cơ sở tri thức” (knowledge – based expert systems)

Hệ chuyên gia là một loại hệ CSTT được thiết kế cho một lĩnh vựcứng dụng cụ thể Ví dụ các hệ chuyên gia chuẩn đoán bệnh trong y khoa, hệchuyên gia chuẩn đoán hỏng hóc đường dây điện thoại,… Hệ chuyên gialàm việc như một chuyên gia thực thụ có thể tư vấn và cung cấp các ý kiếndựa trên kinh nghiệm của chuyên gia đã được đưa vào hệ chuyên gia

Giáo sư Edward Feigenbaum của trường đại học STANFORD, mộttrong những chuyên gia đầu ngành về hệ chuyên gia, đã cho rằng: hệ chuyêngia là một hệ thống chương trình điện thoại chứa các tri thức và các quấtrình suy diễn về một lĩnh vực cụ thể nào đó để giải quyết các bài toán khómà đòi hỏi sự uyên bác của chuyên gia trong ngành

1.2 Cấu trúc và đặc trưng

 Cấu trúc

Hệ chuyên gia xử lý vấn đề cũng tương tự như chuyên gia con người.Bởi vậy, nó bao gồm các thành phần sau:

(1) Bộ giao diện người - máy

(2) Môtơ suy diễn

(3) Cơ sở tri thức

(4) Bộ giải thích

(5) Bộ tiếp nhận tri thức

(6) Bộ nhớ làm việc

Hình 1.2 Các thành phần cơ bản của hệ chuyên gia

(1) Bộ giao diện người – máy (User Interface): thực hiện giao tiếpgiữa HCG và người sử dụng Bộ này nhận các thông tin từ người sử dụng vàđưa ra các câu trả lời, các lời khuyên, các giải thích về lĩnh vực đó

(2) Môtơ suy diễn (Interface Engine): HCG mô hình hóa cách lập luậncủa con người với modun động cơ suy diễn HCG chứa động cơ suy diễn đểtiến hành các suy diễn nhằm tạo ra các tri thức mới dựa trên các sự kiện, trithức trong vùng nhớ làm việc và trong cơ sở tri thức Hai kiểu suy diễnchính trong động cơ suy diễn là suy diễn tiến và suy diễn lùi

(3) Cơ sở tri thức (Knowledge Base): lưu trữ, biểu diễn các tri thứcmà hệ đảm nhận, làm cơ sở cho các hoạt động của hệ CSTT bao gồm cơ sở

sự kiện (facts) và cơ sở luật (rules)

(4) Bộ giải thích (Explantion System): trả lời hai câu hỏi là tại sao(why)và bằng cách nào (how) khi có yêu cầu từ người sử dụng Câu hỏi

Người sử dụng

Mô tơ suy diễn (2)

Thu nạp tri

suy diễn

Cơ chếđiềukhiển

Cơ sở tri thức (3)

Cơ sở sựkiện

Cơ sở

WHY nhằm mục đích cung cấp các lý lẽ để thuyết phục người sử dụng đitheo con đường suy diễn của hệ chuyên gia Câu hỏi HOW nhằm cung cấpcác giải thích về con đường mà hệ chuyên gia sử dụng để mang lại kết quả.

(5) Bộ tiếp nhận tri thức (Knowledge Editor): làm nhiệm vụ thu nhậntri thức từ chuyên gia con người (human expert), từ kỹ sư xử lý tri thức vàngười sử dụng thông qua các yêu cầu và lưu trữ vào CSTT

(6) Vùng nhớ làm việc (Working Memory): chứa các sự kiện liênquan được phát hiện trong quá trình đưa ra kết luận Bộ nhớ làm việc tươngđương với bộ nhớ ngắn hạn (Short – Term Memory) trong mô hình giải vấn

đề của con người

Hệ chuyên gia = (1)+(2)+(3)+(4)+(5)+(6), trong đó (2) và (3) là bắtbuộc phải có khi xây dựng HCG

Để thực hiện được các công việc của các thành phần trên trong cấutrúc hệ chuyên gia phải có một hệ điều khiển và quản lý việc tích lũy tri thứccho lĩnh vực hệ đảm nhận gọi là “Hệ quản trị cơ sở tri thức” Hệ quản trị cơsở tri thức thực chất là quản lý và điều khiển công việc của bộ thu nạp trithức, bộ giải thích, mô tơ suy diễn Nó phải đảm bảo các yêu cầu:

 Giảm dư thừa tri thức, dữ liệu

 Tính nhất quán và phi mâu thuẫn của tri thức

 Tính toàn vẹn và an toàn

 Giải quyết các vấn đề cạnh tranh

 Chuyển đổi tri thức

 Ngôn ngữ xử lý tri thức

 Đặc trưng

Hệ chuyên gia có 4 đặc trưng cơ bản:

- Hiệu quả cao: khả năng trả lời với mức độ tinh thông bằng hoặccao hơn so với chuyên gia con người trong cùng lĩnh vực

- Thời gian trả lời thỏa đáng: Thời gian trả lời bằng hoặc nhanh hơnchuyên gia con người để đi đến cùng 1 quyết định – là 1 hệ thờigian thực

- Độ tin cậy cao: Không xảy ra sự cố hoặc giảm sút độ tin cậy khi sửdụng

- Dễ hiểu: Giải thích các bước suy luận 1 cách dễ hiểu và nhất quán

7

1.3 Ứng dụng

Tính đến thời điểm này, hàng trăm hệ chuyên gia đã được xây dựngvà báo cáo thường xuyên trong các tạp chí, sách báo và hội thảo khoa học.Ngoài ra còn các hệ chuyên gia được sử dụng trong các công ty, các tổ chứcquân sự mà không được công bố vì lí do bảo mật

Dưới đây là một số lĩnh vực được ứng dụng hệ chuyên gia:

Cấu hình(Configuration) Tập hợp thích đáng những thành

phần của một hệ thống theo cáchriêng

Chẩn đoán (Diagnosis) Lập luận dựa trên những chứng cứ

quan sát đượcTruyền đạt (Instruction) Dạy học kiểu thông minh sao cho

sinh viên có thể hỏi vì sao (why?), như thế nào (how?) và cái gì nếu (what if?) giống như hỏi một người

thầy giáoGiải thích(Interpretation) Giải thích những dữ liệu thu nhận

được

Kiểm tra (Monitoring) So sánh dữ liệu thu lượm được với

dữ liệu chuyên môn để đánh giá hiệuquả

Lập kế hoạch(Planning) Lập kế hoạch sản xuất theo yêu cầu

Dự đoán (Prognosis) Dự đoán hậu quả từ một tình huống

xảy raChữa trị (Remedy) Chỉ định cách thụ lý một vấn đềĐiều khiển (Control) Điều khiển một quá trình, đòi hỏi

diễn giải, chẩn đoán, kiểm tra,lập kế

hoạch, dự đoán và chữa trị

1.4 Hướng nghiên cứu

Có nhiều vấn đề xảy ra mà chuyên gia cũng như chương trình truyềnthống không thể giải quyết được, hoặc có giải quyết được thì cũng tốn kém

cả về tiền bạc, thời gian và sức lực Khi đó, người ta thường chú ý đến xâydựng các HCG phục vụ từng mục đích khác nhau Các nhà nghiên cứu đãxây dựng một tập hợp các chỉ dẫn cho việc xác định khi nào thì một bài toánthích hợp giải quyết bằng HCG:

Cần thiết phải có một sự biện minh cho chi phí và sức lực bỏ ra để xâydựng HCG Chẳng hạn công ty Digital Equipment Corparation (DEC) từngphải bỏ ra một lượng tài chính đáng kể cho những lỗi xảy ra trong quá trìnhcấu hình cho các máy VAX và PDP-11 của họ Vì vậy họ hết sức quan tâmđến việc tự động hoá công tác tạo cấu hình cho điện thoại Kết quả làXCON-HCG được thiết kế cho mục đích trên ra đời

- Các tri thức chuyên môn của chuyên gia không sẵn sàng trong mọitình huống,

- Vấn đề có thể được giải quyết bằng ách sử dụng các kỹ thuật suy luậntrên ký hiệu,

- Vấn đề không thể được giải quyết bằng các phương pháp truyềnthống,

- Vấn đề phải có kích thước và quy mô đúng mức,

- Có sự hợp tác và hiểu ý nhau giữa các chuyên gia

Bảng so sánh giữa chuyên gia và hệ chuyên gia:

Thời gian sẵn

sàng Trong giờ làm việc

Luôn luôn sẵn sàng, bất kỳ

thời gian nào

9

Độ an toàn Không thay thế được Linh hoạt, thay thế được

Một số lý do HCG được phát triển để thay thế các chuyên gia là:

- Hiệu quả cao (high performance): khả năng trả lời với mức độ tính thôngbằng hoặc cao hơn so với chuyên gia trong cùng lĩnh vực,

- Thời gian trả lời thoả đáng (adequate response time): thời gian trả lời hợp

lý, bằng hoặc nhanh hơn so với chuyên gia để đi đến cùng một quyếtđịnh Hệ chuyên gia là một hệ thống tời gian thực (real time system),

- Độ tin cậy cao (high reliability): không xảy ra sự cố hoặc giảm sút độ tincậy khi sử dụng,

- Dễ hiểu (understandable): hệ chuyên gia giải thích các bước suy luận mộtcách dễ hiểu và nhất quán, không giống như cách trả lời bí ẩn của cáchộp đen (black box),

- HCG thay thế chuyên gia tại những nơi xa, nguy hiểm,

- Việc tự động hoá công việc trong dây chuyền cần đến HCG mà conngười không đáp ứng được,

- HCG không những hỗ trợ giúp người bình thường mà còn hỗ trợ cácchuyên gia,

- Dùng lại các tri thức chuyên gia khi chuyên gia không còn nhớ được

Tuy nhiên không phải trường hợp nào cũng có thể xây dựng thànhcông HCG Khi một HCG thất bại nó kéo theo sự hao tổn chi phí về nhânlực con người, thời gian và tiền bạc Hơn thế nữa cơ sở tri thức cần phải đầy

đủ, chính xác, cập nhật thường xuyên bởi chuyên gia con người và các HCGkhông mang tính chất nghiên cứu phát triển tiếp lên mức cao hơn Con

người có ưu điểm đặc biệt, không thể thay thế được đó là linh cảm trước vấn

đề, điều này giúp con người linh hoạt trong giải quyết vấn đề

11

Chương 2 GIỚI THIỆU THUẬT TOÁN

2.1 Khái niệm

2.1.1 Giới thiệu thuật toán suy diễn tiến

Suy diễn tiến (forward charning) là lập luận từ các sự kiện, sự việc đểrút ra các kết luận

Ví dụ: Nếu thấy trời mưa trước khi ra khỏi nhà (sự kiện) thì phải lấy

áo mưa (kết luận)

- Trong phương pháp này, người sử dụng cung cấp các sự kiện cho hệchuyên gia để hệ thống (máy suy diễn) tìm cách rút ra các kết luận có thể.Kết luận được xem là những thuộc tính có thể được gán giá trị Trong sốnhững kết luận này, có thể có những kết luận làm người sử dụng quan tâm,một số khác không nói lên điều gì, một số khác có thể vắng mặt

- Các sự kiện thường có dạng : Atthibute = Value

Lần lượt các sự kiện trong cơ sở tri thức được chọn và hệ thống xemxét tất cả các luật mà các sự kiện này xuất hiện như là tiền đề Theo nguyêntắc lập luận trên, hệ thống sẽ lấy ra những luật thỏa mãn Sau khi gán giá trịcho các thuộc tính thuộc kết luận tương ứng, người ta nói rằng các sự kiện

đã được thoã mãn Các thuộc tính được gán giá trị sẽ là một phần của kếtquả chuyên gia Sau khi mọi sự kiện đã được xem xét, kết quả được xuất racho người sử dụng

2.1.2 Hệ luật dẫn.

Hệ luật dẫn – là luật phát biểu dưới dạng:

- If a=b then b=a

2.1.3 Mô hình hệ luật dẫn.

Gồm 2 thành phần cơ bản là (F,R)

F là tập sự kiện , R là tập luật dẫn, mỗi luật có dạng: A >B (A là giảthiết, B là kết luận của luật)

VD: Các liên hệ suy dẫn trên các yếu tố của một tam giác theo hệ luậtdẫn:

(1) Tập sự kiện:

F={a,b,c,A,B,C,R,S,p,ha,hb,hc,…}

Trong đó: sự kiện a tương đương với ″biết cạnh a″

sự kiện b tương đương với ″biết cạnh b″ …

(2) Tập luật dẫn: R={ r1 : A,B-> C, r2: a,b,c->S, … }

2.1.4 Vấn đề suy diễn.

Giả sử có hệ luật dẫn (F,R) Cho trước một tập sự kiện giả thiết GT vàmột tập sự kiện mục tiêu G

Hỏi có thể suy ra các sự kiện mục tiêu G từ GT hay không?

2.2 Suy diễn tiến.

Là quá trình suy ra các sự kiện mới từ những sự kiện đang có dự trên

sự áp dụng của các luật dẫn, tập sự kiện xuất phát là các sự kiện trong giảthiết

Quá trình suy diễn kết thúc khi đạt được các sự kiện mục tiêu hoặc khikhông suy diễn thêm được sự kiện gì mớidựa trên các luật dẫn

VD: GT={a,b,A} G={S}

Quá trình suy diễn:

- a,b,A -> B (luật a,b,A -> B dựa trên định lý hàm số Sin)

GT1={a,b,A,B}

- A, B -> C (luật A, B -> C dựa trên định lý tổng các góc trong tamgiác )

13

- C, a, b -> S (luật C, a ,b->S dựa theo công thức S = 1/2abSinC) -> từ a, b , A ta suy được S

2.2.1 Thuật giải suy diễn tiến.

 Thuật toán suy diễn tiến

{

TrungGian = GT;

THỎA = Lọc (RULE, TrungGian);

//THỎA là tập các luật r có dạng p1^…pn -> q mà pi thuộcTrungGian, với mọi i = 1 n

While (KL không thuộc TrungGian and THỎA khác rỗng) do{

r < get(THỎA); //r thuộc THỎA có dạng r: p1^…^pn

->qTrungGian <- TrungGian U {q}

RULE <- RULE \{r}

THỎA = Lọc (RULE,TrungGian)