Case-Based ReasoningCase-Based Reasoning

Autor: Robert Papis

Plan prezentacjiPlan prezentacji

WprowadzeniePrzykładPrecedensCykl CBRCBR na świeciePodsumowanie

KorzenieKorzenie

„Human experts are not systems of rules, they are libraries of experiences.”

Riesbeck and Schank 1989

KorzenieKorzenie

„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 Przykład „warsztat samochodowy”samochodowy”

ProblemOpis przypadku

marka samochodu, rocznikZaobserwowane symptomy

„coś zgrzyta przy zmianie biegów”Wyniki dodatkowych pomiarów

napięcie na akumulatorze 6,3 VZadanie

Znaleźć przyczynę usterkiZaproponować sposób naprawy

Przypadek XOpis problemu...

Proponowane rozwiązanie...

Cecha1: Cecha2:

...

Wartość1Wartość2....

Przykład – opis przypadkuPrzykład – opis przypadku

Problem:Samochód:

Rocznik:Akumulator:

Stan świateł:Włącznik

św.:

Diagnoza :Zaleczenia:

Przypadek 32

Przednie światło nie działaVW Golf II, 1.6L199313,6VOK.OK

Uszkodzony bezpiecznikWymienić bezpiecznik

Przykład – baza przypadkówPrzykład – baza przypadków

Problem:Samochód:

Rocznik:Akumulator:

Stan świateł:Włącznik

św.:

Diagnoza :Zalecenia:

Przypadek 1

Przednie światło nie działaVW Golf II, 1.6L199313,6VOKOK

Uszkodzony bezpiecznikWymienić bezpiecznik

Problem:Samochód:

Rocznik:Akumulator:

Stan świateł:Włącznik

św.:

Diagnoza :Zalecenia:

Przypadek 2

Przednie światło nie działaAudi A6199512,9Vzmiażdżone w wypadkuOK

Uszkodzona żarówkaWymienić przednie światła

Każdy przypadek opisuje jedną sytuację

Przypadki są od siebie niezależne

Przypadki nie są regułami

Przykład – nowy problemPrzykład – nowy problem

Problem:Samochód:

Rocznik:Akumulator:

Stan świateł: Włącznik

św.:

Nowy problem

Tylne światła nie działająAudi 80198912,6VOK

Próbujemy opisać nowy przypadek

Wartości niektórych cech mogą być nieznane

Nowy problem jest przypadkiem bez rozwiązania

Przykład – wyszukanie Przykład – wyszukanie podobnychpodobnych

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 działająAudi 80198912,6VOK

Podobne ?

Wybierz najbardziej podobny

Podobieństwo jest jedną z najważniejszych idei CBR

Przykład – podobieństwoPrzykład – 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

Przednie światło nie działa

Tylne światło nie działa

Wycieraczki nie działają0,80,5

12,6 V

12,6 V

13,6 V

6,7 V

0,90,2

Przykład – porównanie z Przykład – porównanie z przypadkiem 1przypadkiem 1

Miara podobieństwa (uwzględniając wagi)

Problem:Samochód:

Rocznik:Akumulator:

Stan świateł:

Nowy problem

Tylne światła nie działająAudi 80198912,6VOK

Przypadek 1

Diagnoza :Zaleczenia:

Przednie światło nie działaVW Golf II, 1.6L199313,6VOKOK

Uszkodzony bezpiecznikWymienić bezpiecznik

0,90,60,40,8

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 działaAudi A6199512,9Vzmiażdżone w wypadkuOK

Uszkodzona żarówkaWymienić przednie światła

Przykład – porównanie z Przykład – porównanie z przypadkiem 2przypadkiem 2

Miara podobieństwa (uwzględniając wagi)

Problem:Samochód:

Rocznik:Akumulator:

Stan świateł:

Nowy problem

Tylne światła nie działająAudi 80198912,6VOK

0,950,40,80,8

0

sim(np, p2) = 1/20*[6*0,8+1*0,8+1*0,4+6*0,95+6*0]=0,585

Przykład – wykorzystanie Przykład – wykorzystanie rozwiązania 1rozwiązania 1

Problem:Samochód:

Rocznik:Akumulator:

Stan świateł: Włącznik

św.:

Nowy problem

Tylne światła nie działająAudi 80198912,6VOK

Uszkodzony bezpiecznikWymienić bezpiecznik

Jeżeli diagnoza jest poprawna, zapamiętujemy nowy przypadek

Przypadek 1

Diagnoza :Zaleczenia:

Przednie światło nie działaVW Golf II, 1.6L199313,6VOKOK

Problem:Samochód:

Rocznik:Akumulator:

Stan świateł:Włącznik

św.:

0,86

Uszkodzony bezpiecznikWymienić bezpiecznik

Przykład – wykorzystanie Przykład – wykorzystanie rozwiązania 1rozwiązania 1

Problem:Samochód:

Rocznik:Akumulator:

Stan świateł: Włącznik

św.:

Nowy problem

Tylne światła nie działająAudi 80198912,6VOK

Uszkodzony bezpiecznikWymienić bezpiecznik

Przypadek 1

Diagnoza :Zaleczenia:

Przednie światło nie działaVW Golf II, 1.6L199313,6VOKOK

Problem:Samochód:

Rocznik:Akumulator:

Stan świateł:Włącznik

św.:

Uszkodzony bezpiecznikWymienić bezpiecznik

Przypadek 3

Diagnoza :Zaleczenia:

Tylne światła nie działająAudi 80198912,6VOK

Uszkodzony bezpiecznikWymienić bezpiecznik

Problem:Samochód:

Rocznik:Akumulator:

Stan świateł:Włącznik

św.:

PrecedensPrecedens

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.

PrzypadekPrzypadek

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 CBRCykl CBR

Retrieve

Reuse

Revise

Retain

Nowy Nowy problem/reprezentacjaproblem/reprezentacjaRETRIEVE

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 podobnychWyszukanie podobnychRETRIEVE

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 rozwiązaniaAdaptacja rozwiązaniaRETRIEVE

REUSE

REVISE

RETAIN

Automatyczna

Bez modyfikacji rozwiązania

„Analogia transformacyjna”

„Analogia derywacyjna”

Adaptacja przez komponowanie

Interaktywna

Konwersacyjny CBR

Weryfikacja rozwiązaniaWeryfikacja rozwiązaniaRETRIEVE

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 precedensuZapamiętanie precedensuRETRIEVE

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?Gdzie jest wiedza?

Słownik (wykorzystywane cechy)

Miara podobieństwa

Transformacje rozwiązań

Baza przypadków

Zalety CBRZalety CBR

Redukuje koszty pozyskania wiedzy

Stosunkowo niewielki kosz utrzymania

Prosta nauka poprzez zapamiętywanie

Wykorzystanie istniejących danych

Wysoka akceptowalność przez użytkowników końcowych

CBR na świecieCBR 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

PodsumowaniePodsumowanie

Podobne problemy mają podobne rozwiązania.Rozwiązanie problemu (reguła 4R :)

Wyszukanie podobnych przypadków

Wykorzystanie rozwiązań z precedensu (ów)

Weryfikacja rozwiązania

Włączenie rozwiązania do bazyŁatwość implementacji i używania

Akceptacja użytkowników końcowych

Pytania...Pytania...

Dziękuję za uwagęDziękuję za uwagę

Retrieve

Revise

ReuseRetain