Ein Expertensystem ist ein Computerprogramm, das darauf ausgelegt ist, komplexe Probleme zu lösen und Entscheidungsfähigkeiten wie ein menschlicher Experte bereitzustellen. Dies geschieht durch Extrahieren von Wissen aus seiner Wissensdatenbank unter Verwendung der Argumentations- und Schlussfolgerungsregeln gemäß den Benutzeranfragen.

Das Expertensystem ist Teil der KI und das erste ES wurde im Jahr 1970 entwickelt, was den ersten erfolgreichen Ansatz der künstlichen Intelligenz darstellte. Als Experte löst es das komplexeste Problem, indem es das in seiner Wissensdatenbank gespeicherte Wissen extrahiert. Das System hilft bei der Entscheidungsfindung bei Compsex-Problemen sowohl Fakten als auch Heuristiken wie ein menschlicher Experte . Es wird so genannt, weil es das Expertenwissen eines bestimmten Bereichs enthält und jedes komplexe Problem dieses bestimmten Bereichs lösen kann. Diese Systeme sind für eine bestimmte Domäne konzipiert, z Medizin, Wissenschaft, usw.

Die Leistung eines Expertensystems basiert auf dem in seiner Wissensdatenbank gespeicherten Expertenwissen. Je mehr Wissen in der KB gespeichert ist, desto mehr verbessert das System seine Leistung. Eines der häufigsten Beispiele für ein ES ist die Andeutung von Rechtschreibfehlern bei der Eingabe in das Google-Suchfeld.

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Unten ist das Blockdiagramm, das die Funktionsweise eines Expertensystems darstellt:

Hinweis: Es ist wichtig zu bedenken, dass ein Expertensystem nicht dazu dient, die menschlichen Experten zu ersetzen; Stattdessen wird es verwendet, um den Menschen bei der Entscheidungsfindung zu unterstützen. Diese Systeme verfügen nicht über menschliche Fähigkeiten, auf der Grundlage der Wissensbasis der jeweiligen Domäne zu denken und zu arbeiten.

Nachfolgend finden Sie einige beliebte Beispiele für das Expertensystem:

DENDRAL:Es handelte sich um ein Projekt der künstlichen Intelligenz, das als Expertensystem für chemische Analysen konzipiert wurde. Es wurde in der organischen Chemie verwendet, um unbekannte organische Moleküle mithilfe ihrer Massenspektren und der Wissensbasis der Chemie aufzuspüren.MYCIN:Es handelte sich um eines der frühesten Rückwärtsverkettungs-Expertensysteme, das darauf ausgelegt war, Bakterien zu finden, die Infektionen wie Bakteriämie und Meningitis verursachen. Es wurde auch zur Empfehlung von Antibiotika und zur Diagnose von Blutgerinnungserkrankungen eingesetzt.PXDES:Dabei handelt es sich um ein Expertensystem, das zur Bestimmung der Art und des Ausmaßes von Lungenkrebs eingesetzt wird. Um die Krankheit festzustellen, wird ein Bild vom Oberkörper gemacht, das wie der Schatten aussieht. Dieser Schatten identifiziert die Art und das Ausmaß des Schadens.Kadett:Das CaDet-Expertensystem ist ein diagnostisches Unterstützungssystem, das Krebserkrankungen im Frühstadium erkennen kann.

Merkmale des Expertensystems

Hochleistung:Das Expertensystem bietet eine hohe Leistung zur Lösung komplexer Probleme jeglicher Art in einem bestimmten Bereich mit hoher Effizienz und Genauigkeit.Verständlich:Es reagiert auf eine Weise, die für den Benutzer leicht verständlich ist. Es kann Eingaben in menschlicher Sprache entgegennehmen und stellt die Ausgabe auf die gleiche Weise bereit.Zuverlässig:Es ist sehr zuverlässig für die Generierung einer effizienten und genauen Ausgabe.Sehr reaktionsschnell:ES liefert das Ergebnis für jede komplexe Abfrage innerhalb kürzester Zeit.

Komponenten des Expertensystems

Ein Expertensystem besteht im Wesentlichen aus drei Komponenten:

Benutzeroberfläche Inferenz-Engine Wissensbasis

1. Benutzeroberfläche

Mithilfe einer Benutzeroberfläche interagiert das Expertensystem mit dem Benutzer, nimmt Abfragen als Eingabe in einem lesbaren Format und übergibt sie an die Inferenz-Engine. Nachdem die Antwort von der Inferenz-Engine erhalten wurde, zeigt sie dem Benutzer die Ausgabe an. Mit anderen Worten, Dabei handelt es sich um eine Schnittstelle, die einem nicht fachkundigen Benutzer hilft, mit dem Expertensystem zu kommunizieren, um eine Lösung zu finden .

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2. Inferenz-Engine (Regeln der Engine)

• Die Inferenzmaschine wird als Gehirn des Expertensystems bezeichnet, da sie die Hauptverarbeitungseinheit des Systems ist. Es wendet Inferenzregeln auf die Wissensbasis an, um eine Schlussfolgerung abzuleiten oder neue Informationen abzuleiten. Es hilft dabei, eine fehlerfreie Lösung für vom Benutzer gestellte Fragen abzuleiten.
• Mit Hilfe einer Inferenz-Engine extrahiert das System das Wissen aus der Wissensdatenbank.
• Es gibt zwei Arten von Inferenz-Engines:
Deterministische Inferenz-Engine:Es wird davon ausgegangen, dass die aus dieser Art von Inferenzmaschine gezogenen Schlussfolgerungen wahr sind. Es basiert auf Fakten Und Regeln .Probabilistische Inferenz-Engine:Diese Art von Inferenzmaschine beinhaltet Unsicherheit in den Schlussfolgerungen und basiert auf der Wahrscheinlichkeit.

Die Inferenz-Engine verwendet die folgenden Modi, um die Lösungen abzuleiten:

Vorwärtsverkettung:Es geht von den bekannten Fakten und Regeln aus und wendet die Inferenzregeln an, um ihre Schlussfolgerungen zu den bekannten Fakten hinzuzufügen.Rückwärtsverkettung:Es handelt sich um eine Rückwärtsschlussmethode, die vom Ziel ausgeht und rückwärts arbeitet, um die bekannten Fakten zu beweisen.

3. Wissensdatenbank

• Die Wissensdatenbank ist eine Art Speicher, in dem das Wissen gespeichert wird, das von den verschiedenen Experten der jeweiligen Domäne erworben wurde. Es gilt als großer Wissensspeicher. Je umfassender die Wissensbasis, desto präziser wird das Expertensystem sein.
• Es ähnelt einer Datenbank, die Informationen und Regeln einer bestimmten Domäne oder eines bestimmten Themas enthält.
• Man kann die Wissensdatenbank auch als Sammlung von Objekten und ihren Attributen betrachten. Zum Beispiel ist ein Löwe ein Objekt und seine Eigenschaften sind, dass er ein Säugetier, kein Haustier usw. ist.

Komponenten der Wissensdatenbank

Faktenwissen:Das auf Fakten basierende und von Wissensingenieuren akzeptierte Wissen fällt unter Faktenwissen.Heuristisches Wissen:Dieses Wissen basiert auf Praxis, der Fähigkeit zum Erraten, der Bewertung und Erfahrungen.

Wissensrepräsentation: Es wird verwendet, um das in der Wissensdatenbank gespeicherte Wissen mithilfe der If-else-Regeln zu formalisieren.

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Wissenserwerb: Dabei handelt es sich um den Prozess der Extraktion, Organisation und Strukturierung des Domänenwissens, der Festlegung der Regeln zum Erwerb des Wissens von verschiedenen Experten und der Speicherung dieses Wissens in der Wissensdatenbank.

Entwicklung eines Expertensystems

Hier erklären wir die Funktionsweise eines Expertensystems am Beispiel von MYCIN ES. Im Folgenden finden Sie einige Schritte zum Erstellen eines MYCIN:

• Erstens sollte ES mit Expertenwissen gefüttert werden. Im Fall von MYCIN liefern menschliche Experten, die auf den medizinischen Bereich bakterieller Infektionen spezialisiert sind, Informationen zu den Ursachen, Symptomen und anderen Kenntnissen in diesem Bereich.
• Die KB von MYCIN wurde erfolgreich aktualisiert. Um es zu testen, stellt der Arzt ein neues Problem bereit. Das Problem besteht darin, das Vorhandensein der Bakterien durch Eingabe der Daten eines Patienten, einschließlich der Symptome, des aktuellen Zustands und der Krankengeschichte, zu identifizieren.
• Der ES benötigt einen vom Patienten auszufüllenden Fragebogen, um allgemeine Informationen über den Patienten zu erhalten, wie Geschlecht, Alter usw.
• Jetzt hat das System alle Informationen gesammelt und findet die Lösung für das Problem, indem es Wenn-Dann-Regeln mithilfe der Inferenz-Engine anwendet und die in der KB gespeicherten Fakten verwendet.
• Am Ende wird dem Patienten über die Benutzeroberfläche eine Antwort bereitgestellt.

Beteiligte an der Entwicklung des Expertensystems

Am Aufbau des Expertensystems sind drei Hauptakteure beteiligt:

Experte:Der Erfolg einer ES hängt stark vom Wissen menschlicher Experten ab. Bei diesen Experten handelt es sich um Personen, die auf diesen speziellen Bereich spezialisiert sind.Wissensingenieur:Wissensingenieur ist die Person, die das Wissen der Domänenexperten sammelt und dieses Wissen dann gemäß dem Formalismus im System kodifiziert.Endbenutzer:Hierbei handelt es sich um eine bestimmte Person oder eine Gruppe von Personen, die möglicherweise keine Experten sind und bei der Arbeit am Expertensystem eine Lösung oder einen Rat für ihre komplexen Fragen benötigen.

Warum Expertensystem?

Bevor wir eine Technologie einsetzen, müssen wir eine Vorstellung davon haben, warum wir diese Technologie und damit auch das ES nutzen sollten. Obwohl wir in jedem Bereich über menschliche Experten verfügen, stellt sich die Frage, welche Notwendigkeit besteht, ein computergestütztes System zu entwickeln. Im Folgenden sind die Punkte aufgeführt, die den Bedarf des ES beschreiben:

Keine Speicherbeschränkungen:Es kann beliebig viele Daten speichern und zum Zeitpunkt der Anwendung speichern. Für menschliche Experten gibt es jedoch einige Einschränkungen, sich jederzeit alle Dinge zu merken.Hohe Effizienz:Wenn die Wissensdatenbank mit dem richtigen Wissen aktualisiert wird, liefert sie eine hocheffiziente Ausgabe, die für einen Menschen möglicherweise nicht möglich ist.Fachwissen in einem Bereich:In jedem Bereich gibt es viele menschliche Experten, und alle verfügen über unterschiedliche Fähigkeiten, unterschiedliche Erfahrungen und unterschiedliche Fähigkeiten, sodass es nicht einfach ist, eine endgültige Ausgabe für die Abfrage zu erhalten. Wenn wir jedoch das von menschlichen Experten gewonnene Wissen in das Expertensystem einbringen, liefert es durch die Mischung aller Fakten und Kenntnisse einen effizienten OutputNicht von Emotionen beeinflusst:Diese Systeme werden nicht von menschlichen Emotionen wie Müdigkeit, Wut, Depression, Angst usw. beeinflusst. Daher bleibt die Leistung konstant.Hohe Sicherheit:Diese Systeme bieten eine hohe Sicherheit zur Lösung jeder Anfrage.Berücksichtigt alle Fakten:Um jede Anfrage zu beantworten, prüft und berücksichtigt es alle verfügbaren Fakten und stellt das Ergebnis entsprechend bereit. Es ist jedoch möglich, dass ein menschlicher Experte aus irgendeinem Grund einige Fakten nicht berücksichtigt.Regelmäßige Updates verbessern die Leistung:Wenn bei den von den Expertensystemen bereitgestellten Ergebnissen ein Problem auftritt, können wir die Leistung des Systems durch die Aktualisierung der Wissensdatenbank verbessern.

Fähigkeiten des Expertensystems

Nachfolgend sind einige Funktionen eines Expertensystems aufgeführt:

Beratung:Es ist in der Lage, den Benutzer bei der Abfrage einer beliebigen Domain aus dem jeweiligen ES zu unterstützen.Bereitstellung von Entscheidungsmöglichkeiten:Es bietet die Fähigkeit zur Entscheidungsfindung in jedem Bereich, z. B. für finanzielle Entscheidungen, Entscheidungen in der medizinischen Wissenschaft usw.Ein Gerät vorführen:Es ist in der Lage, neue Produkte wie ihre Funktionen, Spezifikationen, die Verwendung des Produkts usw. zu demonstrieren.Probleme lösen:Es verfügt über Fähigkeiten zur Problemlösung.Ein Problem erklären:Es ist auch in der Lage, eine detaillierte Beschreibung eines Eingabeproblems bereitzustellen.Interpretation der Eingabe:Es ist in der Lage, die Eingaben des Benutzers zu interpretieren.Ergebnisse vorhersagen:Es kann zur Vorhersage eines Ergebnisses verwendet werden.Diagnose:Ein für den medizinischen Bereich konzipiertes ES ist in der Lage, eine Krankheit zu diagnostizieren, ohne mehrere Komponenten zu verwenden, da es bereits verschiedene integrierte medizinische Werkzeuge enthält.

Vorteile des Expertensystems

• Diese Systeme sind hoch reproduzierbar.
• Sie können an riskanten Orten eingesetzt werden, an denen die Anwesenheit von Menschen nicht sicher ist.
• Die Fehlermöglichkeiten sind geringer, wenn die KB korrektes Wissen enthält.
• Die Leistung dieser Systeme bleibt konstant, da sie nicht durch Emotionen, Anspannung oder Müdigkeit beeinträchtigt wird.
• Sie bieten eine sehr hohe Geschwindigkeit bei der Beantwortung einer bestimmten Anfrage.

Einschränkungen des Expertensystems

• Die Antwort des Expertensystems kann falsch sein, wenn die Wissensdatenbank falsche Informationen enthält.
• Wie ein Mensch kann es keinen kreativen Output für verschiedene Szenarien produzieren.
• Die Wartungs- und Entwicklungskosten sind sehr hoch.
• Der Wissenserwerb für die Gestaltung ist sehr schwierig.
• Für jede Domain benötigen wir ein bestimmtes ES, was eine der großen Einschränkungen darstellt.
• Es kann nicht von sich selbst lernen und erfordert daher manuelle Aktualisierungen.

Anwendungen des Expertensystems

Im Bereich Design und Fertigung
Es kann umfassend für die Entwicklung und Herstellung physischer Geräte wie Kameraobjektive und Automobile verwendet werden.Im Wissensbereich
Diese Systeme dienen in erster Linie der Veröffentlichung des relevanten Wissens für die Benutzer. Die beiden beliebtesten ES, die für diese Domain verwendet werden, sind ein Berater und ein Steuerberater.Im Finanzbereich
In der Finanzbranche wird es verwendet, um jede Art von möglichem Betrug und verdächtigen Aktivitäten zu erkennen und Bankiers darüber zu informieren, ob sie Kredite für Unternehmen bereitstellen sollten oder nicht.Bei der Diagnose und Fehlerbehebung von Geräten
In der medizinischen Diagnostik kommt das ES-System zum Einsatz, und es war der erste Bereich, in dem diese Systeme zum Einsatz kamen.Planung und Terminierung
Die Expertensysteme können auch zum Planen und Planen bestimmter Aufgaben verwendet werden, um das Ziel dieser Aufgabe zu erreichen.