سیستم های خبره از رویا تا واقعیت

سیستم های خبره به زبان ساده_ کاربردها و معایب+کد5پروژه واقعی

سیستم خبره یک نوع سیستم هوش مصنوعی است که می‌تواند مسائل پیچیده را حل کند و تصمیم‌های درستی در یک حوزه خاص بگیرد. این سیستم بر اساس دانش و تخصص افراد ماهر در آن حوزه خاص طراحی شده است.

در این سیستم، اطلاعات و دانش مربوط به یک حوزه با قوانین و قواعد ذخیره می‌شود. سپس سیستم با استفاده از این دانش، می‌تواند با تحلیل ورودی‌های دریافتی خود، استنتاج بکند و تصمیم‌های هوشمندی را اتخاذ کند.

به طور مثال، فرض کنید یک سیستم خبره پزشکی داریم. در این سیستم، دانش پزشکان و قوانین پزشکی در مورد بیماری‌ها و درمان‌ها ذخیره شده است. وقتی شما به این سیستم اطلاعاتی در مورد علایم بیماری خود را وارد می‌کنید، سیستم با استفاده از دانش موجود و قوانین پزشکی، می‌تواند بیماری شما را تشخیص دهد و به شما درمانی مناسب را پیشنهاد کند.

سیستم‌های خبره در زمینه‌های مختلفی مانند پزشکی، مهندسی، حمل و نقل و مدیریت استفاده می‌شوند. آن‌ها به عنوان یک منبع دانش تخصصی عمل می‌کنند و توانایی تصمیم‌گیری هوشمندانه را دارند.

مزیتی که سیستم خبره دارد این است که می‌تواند به صورت پیوسته یادبگیرد و با به‌روز شدن دانش و تجربه‌های جدید، عملکرد خود را بهبود ببخشد و بهترین تصمیم‌ها را اتخاذ کند.

بطور کلی، یک سیستم خبره از قسمت‌های زیر تشکیل شده است:

موتور استنتاج: این قسمت از سیستم مسئول اعمال قوانین و قواعد دانش بر روی ورودی‌ها است. از طریق استنتاج منطقی، این موتور بر اساس دانش موجود و قوانین تصمیم‌گیری را انجام می‌دهد و خروجی مورد نیاز را تولید می‌کند.

بانک دانش: این قسمت حاوی دانش تخصصی و اطلاعات مرتبط با حوزه‌ی خاص سیستم خبره است. این دانش می‌تواند شامل قوانین، قواعد، فرضیات، الگوریتم‌ها و داده‌های مربوطه باشد. بانک دانش به سیستم خبره کمک می‌کند تا از دانش تخصصی موجود در حوزه‌ی خود استفاده کند و تصمیمات منطقی بگیرد.

واسط کاربری: این قسمت ارتباط بین کاربر و سیستم خبره را فراهم می‌کند. واسط کاربری می‌تواند شامل صفحه‌نمایش گرافیکی، فرم‌ها، دستورات صوتی و دیگر روش‌های ارتباطی با سیستم باشد. این واسط کاربری به کاربر امکان می‌دهد ورودی‌ها را وارد کند و خروجی‌های سیستم را دریافت کند.

ماژول یادگیری: برخی سیستم‌های خبره می‌توانند قابلیت یادگیری داشته باشند. این ماژول مسئول آموزش سیستم بر اساس تجربه و داده‌های جدید است. با به‌روزرسانی دانش خود، سیستم خبره می‌تواند بهبود یابد و تصمیمات بهتری بگیرد.

به طور کلی، یک سیستم خبره با استفاده از دانش و تخصص موجود در یک حوزه خاص، مسائل پیچیده را حل می‌کند و تصمیمات خوبی می‌گیرد. این سیستم به ترتیب زیر عمل می‌کند:

 

جمع آوری دانش: ابتدا دانش مرتبط با حوزه‌ی سیستم خبره، مانند قوانین، قواعد، الگوریتم‌ها و داده‌ها جمع آوری می‌شود و در بانک دانش ذخیره می‌شود. این دانش می‌تواند توسط متخصصین و کارشناسان حوزه مربوطه تهیه شده یا به صورت خودکار از منابع دیگر استخراج شده باشد.

تحلیل ورودی: سپس، ورودی‌هایی که به سیستم خبره ارائه می‌شود، مورد تحلیل قرار می‌گیرند. این ورودی‌ها ممکن است شامل سوالات کاربران، علائم یا شرایط مسئله باشند. سیستم خبره با استفاده از قوانین و قواعد ذخیره شده در بانک دانش، اطلاعات ورودی را مورد بررسی قرار می‌دهد.

استنتاج و تصمیم‌گیری: در این مرحله، سیستم خبره با استفاده از موتور استنتاج، قوانین و قواعد را بر روی ورودی‌ها اعمال می‌کند. با ترکیب دانش موجود و اطلاعات ورودی، سیستم خبره به استنتاج و تصمیم‌گیری می‌پردازد. ممکن است در این مرحله، سیستم خبره به سوالات کاربر پاسخ دهد، تشخیص بیماری‌ها را برای یک بیمار ارائه دهد یا راهنمایی‌ها و توصیه‌هایی را در مورد مسئله‌ی خاصی ارائه کند.

ارائه خروجی: در انتها، سیستم خبره خروجی مورد نیاز را تولید می‌کند. این خروجی ممکن است شامل پاسخ به سوالات کاربر، تشخیص بیماری، توصیه‌های درمانی یا هر نوع اطلاعات مفید دیگری باشد.

با استفاده از این فرایند، سیستم خبره قادر است بر مسائل پیچیده تحلیل کند، دانش تخصصی را به کار بگیرد و تصمیمات هوشمندانه‌ای بگیرد که به کاربران و کاربردهای مختلف مفید واقع شود.

زبان های برنامه نویسی سیستم های خبره

برای نوشتن یک سیستم خبره، می‌توانید از چندین زبان برنامه‌نویسی استفاده کنید. انتخاب زبان برنامه‌نویسی بستگی به نیازها و پیچیدگی پروژه شما دارد. در زیر، برخی از زبان‌های معمول برای توسعه سیستم‌های خبره را ذکر می شود:

Python: Python به عنوان یک زبان برنامه‌نویسی قدرتمند و پرکاربرد در حوزه هوش مصنوعی و سیستم‌های خبره شناخته می‌شود. دارای کتابخانه‌های متنوعی برای یادگیری ماشین، انجام استنتاج و ایجاد سیستم‌های خبره است.برای یادگیری این مهارت میتوانید ازآموزش های اسمارتک در حوزه پایتون مثل شروع از صفر و ai jumping  استفاده کنید.

نمونه پروژه

Prolog: Prolog یک زبان برنامه‌نویسی منطقی است که برای نمایش و استنتاج بر اساس قواعد و ثبت داده‌ها استفاده می‌شود. این زبان برنامه‌نویسی بسیار مناسب برای سیستم‌های خبره است که بر مبنای منطق و قواعد عمل می‌کنند.

نمونه پروژه 

Java: Java یک زبان برنامه‌نویسی قدرتمند و قابل اعتماد است که در سیستم‌های خبره نیز استفاده می‌شود. از آنجا که Java قابلیت اجرا بر روی بسیاری از سیستم‌ها را دارد، برای پروژه‌هایی که نیاز به قابلیت همگانی دارند مناسب است.

نمونه پروژه

Lisp: Lisp یک زبان برنامه‌نویسی سطح بالا است که برای توسعه سیستم‌های خبره مناسب است. این زبان به دلیل قدرت بالایش در تمثیل دانش و برنامه‌نویسی مبتنی بر قواعد، در حوزه هوش مصنوعی و سیستم‌های خبره محبوب است.

نمونه پروژه 

CLIPS: CLIPS یک زبان برنامه‌نویسی و محیط توسعه است که به طور خاص برای سیستم‌های خبره طراحی شده است. این زبان برنامه‌نویسی ابزارها و کتابخانه‌هایی را برای ایجاد و توسعه سیستم‌های خبره فراهم می‌کند.

نمونه پروژه

همچنین، بسیاری از زبان‌های دیگر نیز برای توسعه سیستم‌های خبره مورد استفاده قرار می‌گیرند، مانند C++, C#, Ruby، و غیره. انتخاب زبان مناسب بستگی به نیازها و تجربه شما در زبان‌های برنامه‌نویسی مختلف دارد.

در ادامه بعضی از سیستم های خبره ای که تا امروز طراحی شده اند به شما معرفی می شود:

MYCIN: MYCIN یکی از اولین و معروف‌ترین سیستم‌های خبره در حوزه پزشکی است. این سیستم در دهه ۱۹۷۰ توسط دکتر تد داونتون ایجاد شد. هدف اصلی MYCIN تشخیص و درمان عفونت‌های باکتریایی بود. این سیستم با بررسی علائم بالینی بیمار و اطلاعات آزمایش‌های مربوطه، تشخیص و درمان مناسب را ارائه می‌کرد. MYCIN از قواعد و قوانین قابل برنامه‌ریزی برای تصمیم‌گیری استفاده می‌کرد و به کاربران توصیه‌های درمانی را ارائه می‌داد.

لینک گیت هاب 

DENDRAL: DENDRAL یکی دیگر از سیستم‌های خبره مهم است که در دهه ۱۹۶۰ توسط جاشوا لدوموت و ادوارد فیگنباوم در دانشگاه استنفورد توسعه یافت. DENDRAL برای تحلیل و شناسایی ساختار مولکول‌های شیمیایی استفاده می‌شد. این سیستم قادر به تولید مدل‌های ساختاری برای ترکیبات شیمیایی بود و با استفاده از قوانین شیمیایی و الگوریتم‌های خاص، تشخیص و شناسایی مولکول‌ها را انجام می‌داد.

R1/XCON: R1/XCON سیستمی است که در دهه ۱۹۸۰ در شرکت دیجیتال توسعه داده شد. این سیستم برای حل مسائل مربوط به تولید و ساخت محصولات الکترونیکی استفاده می‌شد. R1/XCON با استفاده از قواعد و قوانین تولید، مشکلات مربوط به تولید محصولات را تشخیص می‌داد و راهکارهای مناسب را ارائه می‌کرد. این سیستم در بهبود کیفیت و کارایی فرآیند تولید الکترونیکی موثر بود.

PXDES: PXDES (Patient Data Expert System) سیستمی است که در دهه ۱۹۸۰ در بیمارستان هاروارد توسعه یافت. هدف اصلی این سیستم تشخیص و درمان بیماری‌های قلبی بود. PXDES با بررسی اطلاعات بالینی بیماران و اعمال قوانین و قواعد مربوطه، تشخیص و درمان مناسب را تعیین می‌کرد.

 CaDet: CaDet یک سیستم خبره در حوزه تشخیص سرطان پستان است. این سیستم با استفاده از تصاویر پرتونگاری پستان (مانند ماموگرافی) و داده‌های بالینی بیمار، تشخیص سرطان پستان را انجام می‌دهد. با استفاده از الگوریتم‌ها و مدل‌های یادگیری ماشین، CaDet قادر است به طور خودکار لکه‌ها و تغییرات غیرطبیعی در تصاویر را تشخیص دهد و احتمال مبتلا به سرطان را ارزیابی کند.

DXplain: DXplain یک سیستم خبره در حوزه تشخیص بالینی است. این سیستم با بررسی علائم بالینی بیمار و داده‌های پزشکی، تشخیص‌های ممکن و علل مربوطه را ارائه می‌دهد. DXplain با توجه به بانک داده‌های پزشکی و اطلاعات بالینی موجود، الگوریتم‌های استنتاج و جستجو را به کار می‌گیرد تا به کاربران پزشک راهنمایی و توصیه‌های درمانی ارائه دهد.

ویژگی های یک سیستم خبره

یک سیستم خبره ویژگی‌های خاصی دارد که آن را از سایر سیستم‌های کلاسیک متمایز می‌کند. در ادامه این ویژگی ها آمده است:

 

۱. قابلیت تصمیم‌گیری استنتاجی: سیستم خبره قادر است برای حل مسائل و اتخاذ تصمیمات، استنتاج‌های پیچیده و قابل توجیهی انجام دهد. این به معنای این است که سیستم می‌تواند از داده‌ها و قواعد موجود در دانش خود، به طور منطقی و قابل فهمی استنتاج کند.

۲. دانش تخصصی: سیستم خبره دارای دانش تخصصی در یک حوزه خاص است. این دانش شامل قوانین، قواعد عملیاتی و الگوریتم‌هایی است که توسط متخصصین در زمینه مربوطه تعریف می‌شود.

۳. قابلیت یادگیری: سیستم خبره قادر به یادگیری از تجربه است. این به معنای این است که با تحلیل و فهم داده‌های جدید و بازخورد‌ها، سیستم می‌تواند دانش و قواعد خود را به روز کند و بهبود ببخشد.

۴. تفسیر و توجیه: سیستم خبره قادر است اقدامات خود را توجیه کند و توضیح دهد که چرا به یک نتیجه رسیده است یا چرا یک توصیه خاص را ارائه می‌دهد. این برای کاربران و متخصصین توجیه قابل فهمی برای اعتماد به سیستم فراهم می‌کند.

۵. قابلیت پاسخگویی در شرایط نامطلوب: سیستم خبره باید بتواند در شرایط نامطلوب و مواجهه با مشکلات غیرمعمول، رفتاری مناسب و قابل اعتماد ارائه دهد. این بدان معناست که سیستم باید بتواند با مواجهه با نوعی از عدم قطعیت و عدم دقت در داده‌ها، تصمیمات درست و قابل اعتمادی بگیرد.

 

محدودیت های سیستم خبره

 

۱. محدودیت دانش: سیستم خبره بر اساس دانش تخصصی خود عمل می‌کند. اگر دانش موجود در سیستم ناکافی یا نادرست باشد، عملکرد سیستم ممکن است کاهش یابد. بنابراین، تأمین و به روزرسانی دانش مورد نیاز از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

 

۲. محدودیت در تعامل با محیط: سیستم خبره برای عملکرد بهتر خود نیاز به تعامل با محیط و دریافت داده‌های جدید دارد. در برخی مواقع، دسترسی به داده‌ها یا تعامل با سایر سیستم‌ها ممکن است محدود شود. این محدودیت‌ها می‌توانند تأثیری بر عملکرد و دقت سیستم خبره داشته باشند.

۳. محدودیت در قابلیت توجیه: گاهی اوقات، سیستم خبره نمی‌تواند تصمیمات و استنتاج‌های خود را به طور کامل توجیه کند. این ممکن است به دلیل پیچیدگی بالا یا ارتباطات غیرقابل فهم باشد. در این موارد، اعتماد کاربران و متخصصین به سیستم ممکن است کاهش یابد.

۴. محدودیت در شرایط نامطلوب: برخی از سیستم‌های خبره در شرایط نامطلوب و غیرمعمول ممکن است به خوبی عمل نکنند. این ممکن است به دلیل عدم دسترسی به داده‌های مناسب، عدم استنتاج درست در شرایط نامعلوم یا عدم تطبیق با محیط جدید باشد.

این محدودیت‌ها نشان می‌دهند که سیستم‌های خبره نیز با چالش‌ها و محدودیت‌های خود روبرو هستند. در طراحی و پیاده‌سازی یک سیستم خبره، باید این محدودیت‌ها را مدنظر قرار داده و راه‌حل‌های مناسب برای آن‌ها را در نظر گرفت.

 

مزایای سیستم های خبره

 

دانش تخصصی: سیستم خبره دارای دانش تخصصی و عمیق در یک حوزه خاص است. این نوع دانش قابلیت تصمیم‌گیری هوشمندانه را بر اساس اطلاعات و دانش تخصصی خود فراهم می‌کند. این دانش تخصصی می‌تواند به استفاده از منابع و زمان کمتر برای دستیابی به راه‌حل‌های بهتر و دقیق‌تر کمک کند.

استنتاج منطقی: سیستم‌های خبره قادر به استنتاج منطقی هستند و می‌توانند از داده‌ها و قواعد موجود در دانش خود به طور منطقی استنتاج کنند. این استنتاج منطقی به سیستم امکان می‌دهد تصمیمات پیچیده را به صورت منطقی و قابل فهمی اتخاذ کند.

قابلیت یادگیری: بسیاری از سیستم‌های خبره قابلیت یادگیری دارند و می‌توانند از تجربه و بازخورد برای بهبود عملکرد خود استفاده کنند. با تحلیل داده‌های جدید و به‌روزرسانی دانش خود، سیستم‌های خبره می‌توانند به طور پیوسته تطبیق کننده‌تر و بهتر عمل کنند.

توجیه و شفافیت: یکی از مزایای سیستم‌های خبره، قابلیت توجیه و شفافیت است. این سیستم‌ها قادر به توضیح و توجیه تصمیمات و استنتاج‌های خود هستند. این ویژگی به کاربران و متخصصین اطمینان می‌دهد و امکان ارزیابی و اعتماد به سیستم را فراهم می‌کند.

افزایش دقت و کارایی: با ترکیب دانش تخصصی، استنتاج منطقی و توانایی یادگیری، سیستم‌های خبره می‌توانند دقت و کارایی در حل مسائل را بهبود بخشند. سیستم‌های خبره معمولاً قادر به تحلیل داده‌ها و ارائه راه‌حل‌های بهینه و سریع‌تر هستند.

 

معایب سیستم های خبره

 

محدودیت دانش: سیستم خبره بر اساس دانش موجود در آن عمل می‌کند. اگر دانش موجود ناکافی یا نادرست باشد، عملکرد و دقت سیستم کاهش می‌یابد. بنابراین، تأمین و به‌روزرسانی دانش مورد نیاز از جمله چالش‌هایی است که برای سیستم خبره وجود دارد.

پیچیدگی: طراحی و پیاده‌سازی سیستم‌های خبره ممکن است با پیچیدگی بالایی همراه باشد. این سیستم‌ها نیازمند تخصص و تجربه بالا هستند و ممکن است منجر به پیچیدگی در توسعه، نگهداری و به‌روزرسانی آنها شود.

نیاز به داده‌های کیفی: سیستم خبره برای عملکرد بهتر خود نیاز به داده‌های کیفی و قابل اعتماد دارد. در صورت عدم وجود داده‌های کافی و یا داده‌های ناکافی، دقت و کارایی سیستم کاهش می‌یابد.

اعتماد‌پذیری: در برخی موارد، ممکن است برای کاربران سخت باشد به سیستم خبره اعتماد کنند و تصمیمات آن را قبول کنند. این معضل به دلیل عدم شفافیت و فهم دقیق عملکرد سیستم ممکن است ایجاد شود.

وابستگی به دانشگاه‌ها و تخصص‌های محدود: سیستم‌های خبره معمولاً بر اساس دانش و تخصص‌های محدودی طراحی و پیاده‌سازی می‌شوند. این می‌تواند به معنای وابستگی بیش از حد به دانشگاه‌ها و محدودیت در قابلیت گسترش و توسعه سیستم‌ها باشد.

اگرچه افکار عمومی در مورد جایگزینی یا عدم جایگزینی مشاغل ما با هوش مصنوعی متفاوت است ، اما سیستم های خبره هوش مصنوعی هستند که برای مشاغل تحلیلی به کار می روند. سیستم های متخصص در استدلال ، طبقه بندی ، پیکربندی ، تطبیق الگوها ، تشخیص و برنامه ریزی مهارت دارند ، صنایع خاصی برای ایجاد اختلال راه اندازی شده اند. خدمات مالی ، مراقبت های بهداشتی ، خدمات به مشتریان ، هوانوردی و ارتباطات کتبی همه می تواند توسط سیستم های متخصص انجام شود.

به عنوان مثال اولین سیستم متخصصی که توسط انجمن پزشکی آمریکا تأیید شد ، سیستم Pathfinder بود. این سیستم متخصص نظری تصمیم گیری که در دهه 1980 در دانشگاه استنفورد ساخته شد ، برای تشخیص آسیب شناسی خون ساخته شد. Pathfinder یک سیستم متخصص است که به دنبال و تشخیص بیماری های غدد لنفاوی است. در پایان ، Pathfinder با بیش از 60 بیماری سروکار دارد و می تواند بیش از 100 علائم را تشخیص دهد. آخرین نسخه Pathfinder از سازندگان آن – برجسته ترین آسیب شناس جهان – بهتر عمل می کند.

مثال دیگری که میتوان زد یک سیستم متخصص ROSS که اخیراً توسعه یافته است ، وکیل AI. ROSS توسط سیستم های خودآموزی پشتیبانی می شود که از داده کاوی ، تشخیص الگو ، یادگیری عمیق و پردازش زبان طبیعی برای تقلید از عملکرد مغز انسان استفاده می کند.

خلاصه

 

سیستم های خبره، نوعی سیستم هوش مصنوعی هستند که با استفاده از دانش و تخصص افراد ماهر در یک حوزه خاص، مسائل پیچیده را حل کرده و تصمیمات هوشمندی را در آن حوزه اتخاذ می‌کنند. این سیستم‌ها اطلاعات و دانش مربوط به حوزه خود را با استفاده از قوانین و قواعد ذخیره می‌کنند و با تحلیل ورودی‌های دریافتی خود، استنتاج می‌کنند و تصمیمات هوشمندی را اتخاذ می‌کنند. سیستم‌های خبره در زمینه‌های مختلفی مانند پزشکی، مهندسی، حمل و نقل و مدیریت استفاده می‌شوند و از قسمت‌هایی مانند موتور استنتاج، بانک دانش، واسط کاربری و ماژول یادگیری تشکیل شده‌اند. یک سیستم خبره با بهبود پیوسته، یادگیری و به روزرسانی دانش خود، توانایی حل مسائل پیچیده را دارد و خروجی‌های مفیدی ارائه می‌دهد.

پیشنهاد مطالعه

راهنمای مقاله