Case-Based Reasoning Autor: Robert Papis

Plan prezentacji Wprowadzenie Przykład Precedens Cykl CBR CBR na świecie Podsumowanie

Korzenie Human experts are not systems of rules, they are libraries of experiences. Riesbeck and Schank 1989

Korzenie Case-based reasoning is [...] reasoning by remembering. Leake, 1996 A case-based reasoner solves new problems by adapting solutions that were used to solve old problems. Riesbeck & Schank, 1989 Case-based reasoning is both [...] the ways people use cases to solve problems and the ways we can make machines use them. Kolodner, 1993

Przykład warsztat samochodowy Problem Opis przypadku marka samochodu, rocznik Zaobserwowane symptomy coś zgrzyta przy zmianie biegów Wyniki dodatkowych pomiarów napięcie na akumulatorze 6,3 V Zadanie Znaleźć przyczynę usterki Zaproponować sposób naprawy

Przypadek X Opis problemu... Proponowane rozwiązanie... Cecha1: Cecha2:... Wartość1 Wartość2.... Przykład – opis przypadku Problem: Samochód: Rocznik: Akumulator: Stan świateł: Włącznik św.: Diagnoza : Zaleczenia: Przypadek 32 Przednie światło nie działa VW Golf II, 1.6L ,6V OK. OK Uszkodzony bezpiecznik Wymienić bezpiecznik

Przykład – baza przypadków Problem: Samochód: Rocznik: Akumulator: Stan świateł: Włącznik św.: Diagnoza : Zalecenia: Przypadek 1 Przednie światło nie działa VW Golf II, 1.6L ,6V OK OK Uszkodzony bezpiecznik Wymienić bezpiecznik Problem: Samochód: Rocznik: Akumulator: Stan świateł: Włącznik św.: Diagnoza : Zalecenia: Przypadek 2 Przednie światło nie działa Audi A ,9V zmiażdżone w wypadku OK Uszkodzona żarówka Wymienić przednie światła Każdy przypadek opisuje jedną sytuację Przypadki są od siebie niezależne Przypadki nie są regułami

Przykład – nowy problem Problem: Samochód: Rocznik: Akumulator: Stan świateł: Włącznik św.: Nowy problem Tylne światła nie działają Audi ,6V OK Próbujemy opisać nowy przypadek Wartości niektórych cech mogą być nieznane Nowy problem jest przypadkiem bez rozwiązania

Przykład – wyszukanie podobnych Problem: Samochód: Rocznik: Akumulator: Stan świateł: Włącznik św.: Diagnoza : Zaleczenia: Przypadek X Porównaj nowy przypadek z każdym przypadkiem przechowywanym w bazie przypadków Problem: Samochód: Rocznik: Akumulator: Stan świateł: Nowy problem Tylne światła nie działają Audi ,6V OK Podobne ? Wybierz najbardziej podobny Podobieństwo jest jedną z najważniejszych idei CBR

Przykład – podobieństwo Podobieństwo jest obliczane dla każdej z cech Podobieństwo zależy od wartości cech Cechy mogą posiadać różne znaczenie (wagę) Podobne ? Cecha: Problem Cecha: Akumulator Przednie światło nie działa Tylne światło nie działa Wycieraczki nie działają 0,8 0,5 12,6 V 13,6 V 6,7 V 0,9 0,2

Przykład – porównanie z przypadkiem 1 Miara podobieństwa (uwzględniając wagi) Problem: Samochód: Rocznik: Akumulator: Stan świateł: Nowy problem Tylne światła nie działają Audi ,6V OK Przypadek 1 Diagnoza : Zaleczenia: Przednie światło nie działa VW Golf II, 1.6L ,6V OK OK Uszkodzony bezpiecznik Wymienić bezpiecznik 0,9 0,6 0,4 0,8 1,0 sim(np, p1) = 1/20*[6*0,8+1*0,4+1*0,6+6*0,9+6*1,0]=0,86

Przypadek 2 Diagnoza : Zaleczenia: Przednie światło nie działa Audi A ,9V zmiażdżone w wypadku OK Uszkodzona żarówka Wymienić przednie światła Przykład – porównanie z przypadkiem 2 Miara podobieństwa (uwzględniając wagi) Problem: Samochód: Rocznik: Akumulator: Stan świateł: Nowy problem Tylne światła nie działają Audi ,6V OK 0,95 0,4 0,8 0 sim(np, p2) = 1/20*[6*0,8+1*0,8+1*0,4+6*0,95+6*0]=0,585

Przykład – wykorzystanie rozwiązania 1 Problem: Samochód: Rocznik: Akumulator: Stan świateł: Włącznik św.: Nowy problem Tylne światła nie działają Audi ,6V OK Uszkodzony bezpiecznik Wymienić bezpiecznik Jeżeli diagnoza jest poprawna, zapamiętujemy nowy przypadek Przypadek 1 Diagnoza : Zaleczenia: Przednie światło nie działa VW Golf II, 1.6L ,6V OK OK Problem: Samochód: Rocznik: Akumulator: Stan świateł: Włącznik św.: 0,86 Uszkodzony bezpiecznik Wymienić bezpiecznik

Przykład – wykorzystanie rozwiązania 1 Problem: Samochód: Rocznik: Akumulator: Stan świateł: Włącznik św.: Nowy problem Tylne światła nie działają Audi ,6V OK Uszkodzony bezpiecznik Wymienić bezpiecznik Przypadek 1 Diagnoza : Zaleczenia: Przednie światło nie działa VW Golf II, 1.6L ,6V OK OK Problem: Samochód: Rocznik: Akumulator: Stan świateł: Włącznik św.: Uszkodzony bezpiecznik Wymienić bezpiecznik Przypadek 3 Diagnoza : Zaleczenia: Tylne światła nie działają Audi ,6V OK Uszkodzony bezpiecznik Wymienić bezpiecznik Problem: Samochód: Rocznik: Akumulator: Stan świateł: Włącznik św.:

Precedens precedens (łac. praecedens poprzedzający od praecedere poprzedzać) wydarzenie, które poprzedza inne tego typu; także sprawa, której sposób rozwiązania służy za przykład lub uzasadnienie analogicznych zdarzeń przyszłych, podobnych. Słownik Wyrazów Obcych, pod redakcją prof. Ireny Kamińskiej-Szmaj, 2001.

Przypadek Kilka cech opisujących problem oraz wynik lub rozwiązanie Przypadki mogą zawierać dane w różnych formatach: tekst, liczby, symbole, multimedia Przypadki nie są wydestylowaną wiedzą Przypadki to zapis rzeczywistych zdarzeń Świetnie nadają się do uzasadnienia decyzji

Cykl CBR Retrieve Reuse Revise Retain

Nowy problem/reprezentacja RETRIEVE REUSE REVISE RETAIN Przypadek bez części rozwiązanie Model płaski Wektor cech Zazwyczaj przechowywany w RDB Heterogeniczne Homogenicze Model obiektowy (Strukturalny CBR) Dziedziczenie klas Relacje między obiektami (całość-część) Język reprezentacji przypadków CAUSEL

Wyszukanie podobnych RETRIEVE REUSE REVISE RETAIN Podstawowe założenie: Podobne problemy mają podobne rozwiązania Funkcja: przypadek x przypadek ->[0,1] Lokalne i globalne podobieństwo Metoda najbliższego sąsiedztwa NN Stopień podobieństwa = użyteczność

Adaptacja rozwiązania RETRIEVE REUSE REVISE RETAIN Automatyczna Bez modyfikacji rozwiązania Analogia transformacyjna Analogia derywacyjna Adaptacja przez komponowanie Interaktywna Konwersacyjny CBR

Weryfikacja rozwiązania RETRIEVE REUSE REVISE RETAIN Faza ta często jest pomijana. Kryteria oceny: Poprawność rozwiązania Jakość rozwiązania Weryfikacja poprzez symulację komputerową Weryfikacja (ocena użytkownika) w rzeczywistym świecie

Zapamiętanie precedensu RETRIEVE REUSE REVISE RETAIN Uczenie poprzez zapamiętywanie. Nowe doświadczenia Poprawianie miary podobieństwa Reorganizowanie bazy przypadków Zapominanie precedensów Zdobywanie wiedzy o adaptacji rozwiązań Tworzenie drzewa decyzyjnego

Gdzie jest wiedza? Słownik (wykorzystywane cechy) Miara podobieństwa Transformacje rozwiązań Baza przypadków

Zalety CBR Redukuje koszty pozyskania wiedzy Stosunkowo niewielki kosz utrzymania Prosta nauka poprzez zapamiętywanie Wykorzystanie istniejących danych Wysoka akceptowalność przez użytkowników końcowych

CBR na świecie Ponad 35 uniwersytetów na świecie Kilkaset artykułów Kilkadziesiąt akademickich systemów Kilkanaście komercyjnych wdrożeń Konferencje narodowe (Niemcy od 1991) i Europejskie od 1993 I Ogólnoświatowa konferencja CBR 1995

Podsumowanie Podobne problemy mają podobne rozwiązania. Rozwiązanie problemu (reguła 4R :) Wyszukanie podobnych przypadków Wykorzystanie rozwiązań z precedensu (ów) Weryfikacja rozwiązania Włączenie rozwiązania do bazy Łatwość implementacji i używania Akceptacja użytkowników końcowych

Pytania...

Dziękuję za uwagę Retrieve Revise Reuse Retain