인공지능(1) - Expert System

- 전문가 시스템 개발의 배경

• 인공지능의 초창기에는 이 세상에 존재하는 모든 문제를 "탐색"으로 해결할 수 있는 시스템을 만들고자 노력하였다.
• GPS(General Problem Solver)와 같은 시스템은 매우 제한된 영역에서만 작동이 가능하였다.
• 실제적인 문제를 해결하기 위해 인공지능 연구자들은 보다 제한된 문제에 역량을 집중하는 것이 필요하다는 것을 깨달았다. -> 전문가 시스템(expert system)

 

- 전문가 시스템의 의의 

• 전문가 시스템은 기존의 절차적 코드가 아니라, 규칙으로 표현되는 지식을 통해 추론함으로써 복잡한 문제를 해결하도록 설계되었다.
• 전문가 시스템은 인공지능(AI) 소프트웨어의 최초의 성공적인 형태

 

- 전문가 시스템 예시(MYCIN)

• MYCIN은 박테리아 감염을 진단하고 적절한 항생제를 처방하는 시스템
• MYCIN은 경험이 없는 신참 의사들을 보조하는데 매우 효과적이었다고 한다.

 

- 전문가 시스템의 구성 요소

• 지식베이스, 추론 기관, 사용자 인터페이스

 

 

- 지식표현

지식

• 경험이나 교육을  통해 얻어진 전문적인 이해와 체계화된 문제 해결 능력
• 어떤 주제나 분야에 대한 이론적 또는 실제적인 이해
• 암묵지 - 형식을 갖추어 표현하기 어려운, 학습과 경험을 통해 쌓은 지식
• 형식지 - 비교적 쉽게 형식을 갖추어 표현될 수 있는 지식
• 절차적 지식(procedural knowledge) - 문제해결의 절차 기술
• 선언적 지식(declarative knowledge) - 어떤 대상의 성질, 특성이나 관계 서술

 

- 지식표현 방법

• 컴퓨터를 통한 지식 표현 및 처리 - 프로그램이 쉽게 처리할 수 있도록 정형화된 형태로 표현

• 규칙
• 술어논리
• 의미망
• 프레임

 

- 생성 규칙

• '~이면,~이다' 또는 '~하면,~하다' 와 같은 조건부의 지식을 표현하는 IF-THEN 형태의 문장
• 직관적이고 이해하기 쉬움

- 규칙 획득 및 표현

• 예 : 신호등이 녹색일 때는 건널목을 안전하게 건널 수 있고, 빨간색일 때는 길을 건너지 말아야 한다.
• 대상, 속성, 행동 또는 판단의 정보 추출
• 대상 : 신호등
• 속성 : 녹색/빨간색
• 행동/판단 : 건넌다, 멈춘다
• 표현 - IF 신호등이 녹색이다. THEN 행동은 건넌다. / IF 신호등이 빨간색이다. THEN 행동은 멈춘다.

 

- 생성 규칙

• 규칙을 통한 지식 표현
• 인과관계 - 원인을 조건부에 결과는 결론부에 표현
• 추천 - 상황을 조건부에 기술하고 이에 따른 추천 내용을 결론부에 표현
• 지시 - 상황을 조건부에 기술하고 이에 따른 지시 내용을 결론 부에 표현
• 전략 - 일련의 규칙들로 표현 / 이전 단계의 판정 결과에 따라 다음 단계에 고려할 규칙을 결정
• 휴리스틱 - 경험적인 지식을 표현하는 것 / 전문가적 견해는 최적을 항상 보장하는 것이 아니고 일반적인 바람직한 것을 표현

 

- 규칙 기반 시스템

규칙 기반 시스템(rule-based system)

• 지식을 규칙의 형태로 표현
• 주어진 문제 상황에 적용될 수 있는 규칙들을 사용하여 문제에 대한 해를 찾도록 하는 지식 기반 시스템(knowledge-based system)
• 전문가 시스템(expert system)을 구현하는 전형적인 형태 - 특정 문제 영역에 대해서 전문가 수준의 해를 찾아주는 시스템

 

- 추론

• 구축된 지식과 주어진 데이터나 정보를 이용하여 새로운 사실을 생성하는 것
• 순방향 추론(forward chaining)
• 알려진 사실로부터 출발하여 결론을 이끌어 내는 방법
• 규칙의 조건부와 만족하는 사실이 있을 때 규칙의 결론부를 실행하거나 처리
• 역방향 추론(backward chaining)
• 목표를 설정하고 추론 엔진은 이를 증명하는 증거를 찾는 방법
• 어떤 사실을 검증하거나 확인하고 싶은 경우에 관심 대상 사실을 결론부에 가지고 있는 규칙을 찾아서 조건부의 조건들이 모두 만족하는지 확인

 

- 순방향 추론 예

추론 진행 과정

 

- 역방향 추론 예

 

- 충돌 해법

- 동일한 사실이 입력되어도 서로 상반된 결론을 내리는 규칙이 저장되어 있다면 어떻게 해야할까?

• 각 규칙에 우선 순위를 부여하고 가장 높은 우선순위를 가진 규칙을 점화하는 방법
• 가장 특수한 규칙을 먼저 점화하는 방법
• 단기 기억 장치에 가장 최근에 입력된 데이터를 사용하여 규칙을 점화하는 방법

 

- 규칙의 장점과 단점

- 장점

• IF-THEN을 사용하는 규칙은 인간 전문가의 지식을 표현하는 자연스러운 방법
• 전문가 시스템에서는 지식베이스와 추론엔진이 분리된다. 따라서 다른 영역에도 쉽게 적용할 수 있다.

- 단점

• 지식을 학습할 수 없다.
• 탐색이 비효율적이다.
• 규칙이 많아지게 되면 유지보수하는 것이 어려워진다.