[الصقرالشمالي]

النظم الخبيرةexpert system

--------------------------------------------------------------------------------

بسم الله الرحمن الرحيم
نحمد الله الذي وهب للإنسان عقلاً يفكر به ويسر الكون له لكي يعبد الله على بصيرة ، العقل هو أهم نعمة أنعم الله بها على عبادة بعد نعمة الإسلام ،فالعقل هو الذي تميز به الإنسان عن غيره من المخلوقات وبهذا العقل استطاع الإنسان على الكون بعد مشيئة المولى أن يصنع أمور قد يعجز عنها الخيال كالفضاء والأقمار الصناعية والتتطورات الصناعية والزراعية والتعليمية والرفاهية أيضاً والحاسوبية ، ومن هنا يبدأ موضوعنا ، فالحاسـب الآلي مر بأربـعة أجيال على مدى السـتين سنة الماضية بعد إختراع أول جهاز حاسب "إنياك عام 1964م".
والآن يقوم العلماء اليابانيون منذ عشرة سنوات بتصميم الجيل الخامس ولكن هذا الجيل يختلف عن غيره من الأجيال حيث يعتمد في بنيته الأساسية على الخلايا العصبية ويهدف مصمموا هذا الجيل إلى جعل الحاسب الآلي يتصرف كالإنسان وذلك بإستخدام تقنية جديدة في عالم الحواسب هي "الذكاء الإصناعيArtificial Intelligence" .

الذكاء الصناعي .
اختلف العلماء في وضع تعريف دقيق لذكاء الصناعي ، ولكن هناك تعاريف لعلها أكثر وضوحاً ودقة .
يقول إلين ريتش "الذكاء الصناعي هو دراسة كيفية توجيه الحاسب لأداء أشياء يؤديها الإنسان بطريقة أفضل ."
ويقول نيلز نيلسون "إن هدف الذكاء الصناعي هو بناء آلات قادرة على القيام بالمهام التي تتطلب الذكاء البشري".
ويقول مارفن منسكي "الذكاء الصناعي هو العلم القادر على بناء آلات تؤدي مهام تتطلب قدراً من الذكاء البشري عندما يقوم بها الإنسان".
ويقول إدوارد فينجن باوم "إن هدف الأبحاث في مجال الذكاء الصناعي هو بناء برمجيات قادرة على أداء سلوكيات توصف بالذكاء عند قيام الإنسن بها"

مجالات الذكاء الصناعي
مجالات الذكاء الصناعي كثيرة ومتداخلة منها غلى سبيل المثال لا الحصر
1-النظم الخبرة
2-التعرف على الكلام
3-الإنسان الآلي "الروبوت"
4-الرؤية بالحاسب
5-تعلم الذكاء
6-معالجة اللغات الحية
7-البرمجة الآلية
8-تعليم الآلة
9-ممارسة الألعاب

ونحن الآن لسنا بصدد الحديث عن الذكاء الصناعي بشكل مفصل ولا عن مجالاته مجمله ولكن سوف نتحدث بشيء من التوضويح والتفصيل على أهم مجالات الذكاء الصناعي وهي النظم الخبيرة "Expert System".

النظم الخبيرة ما هي؟؟؟؟
النظم الخبيرة حسب تعريف الباحث الدكتور إدوارد فينجن باوم هي " نظام المعرفة أو النظام الخبير هو ذلك البرنامج الذكي الذي يستخدم القواعد المأخوذة من الخبرة الإنسانية على هيئة شروط ونتائج في مجال معين وإستخدام طرق الإشتقاق والإستدلال لإستخراج وإستنتاج النتائج المعللة بالإسباب والناتجة عن تطابق هذه الشروط أو النتائج مع شرط أو نتيجة ما والخاصة بمشكلة معينة يراد إيجاد حل لها".

مكونات النظام الخبير:.
يتكون من شقين :.
أ-الشق الأول :
والذي يتم فيه بناء قاعدة المعرفة وذلك بالتسلسل التالي:.
1-الخبير (EXPERT)
أو مجموعة الخبراء في المجال المعين المطلوب الحصول على نظام الخبرة فيه ، حيث يقوم بإعطاء كل ما جمعوه من خبرة بأدق التفاصيل إلى مهندس المعرفة.
2-مهندس المعرفة (KONWLEDGE Engineer )
والذي يتولى وضع الخبرة في شكل قواعد للتضمين الشرطي متضمنة للشروط والنتائج لهذه الشروط وكذلك تطبيق التقنيات المختلفة.
ب-الشق الثاني:
والذي يتم فيه طرح الأسئلة من قبل المستخدم والحصول على النتائج أو النصيحة من النظام الخبير والذي يتم بالتسلسل التالي:.
1-المستخدم (USER)
العديم الخبرة أو ذو الخبرة المحدودة والذي يريد أن يحصل على المعرفة الحقيقية والخبرة المكتسبة لمشكلة ما في هذا المجال.
2-مدخل المواءمة للمستخدم(USER INTERFACE)
والذي يسمح بتبادل المعرفة بين المستخدم وقاعدة المعرفة والذي يجعل سؤال المستخدم مفهوماً من قبل قاعدة المعرفة.
3-أداة التحكم(CONTROL MECHANISM)
وهي التي تقوم التحكم الداخلي في محرك الاستدلال وقاعدة المعرفة للإجابة على السؤال المطلوب من قبل المستخدم.
4-محرك الاستدلال (INFERENCE ENGINE )
والذي يقوم بعمل يشبه عمل المحرك وذلك بتوجيه البحث في الاتجاهات المختلفة بقاعدة المعرفة إلى أن تتم الإجابة على سؤال المستخدم.

أنواع الأنظمة الخبيرة:.

تقتصر كفاءة نظام خبير على مجال محدد من مجالات المعرفة. ولقد تعددت هذه المجالات منها أنظمة خبيرة تستعمل للتنقيب عن النفط والخامات المعدنية، وأنظمة الخبرة لإصلاح الأعطال أو حتى أنظمة خبرة خاصة في ترتيب تشكيلة أنظمة الحاسبات الإلكترونية وغيرها من الأجهزة الدقيقة. وفيما يلي قائمة بأهم نظم الخبرة المعروفة حتى اليوم:

1-BUGGY 1970م/
وهو نظام خاص في التعليم المعزز آلياً دوره الأساسي تشخيص المصاعب التي يواجهها الطلاب في درس الحساب.

2-DENDRAL 1968م/
مهمة هذا النظام تحليل المركبات الكيمائية المجهولة ز من أكثر أنظمة الخبرة استعمالا.

3-INTERNIST 1975م/
نظام خبرة طبي قادر على تشخيص أكثر من 500 من العوارض المرضية.

4-DIPNETER ADVISOR 1976م/
صمم هذا النظام للمساعدة في التنقيب عن البترول تحت سطح الأرض.

5-MACSYMA 1969م/
طُور هذا النظام للمساعدة في حل المسائل العددية والرمزية في الرياضيات من بينها ، التفاضل والتكامل والمعادلات التفاضلية ، من أكثر أنظمة الخبرة الرياضية استعمالاً في يومنا هذا .

6-ISIS 1984م/
نظام خبرة صناعي يستعمل في برمجة عملية التصنيع ومراقبة المنتوج.

7-PROSPECTOR 1979م/
نظام خاص في إعطاء إرشادات عن البحث عن المعادن في باطن الأرض . يقال أنه تفوق على الإنسان في توقعاته الجيولوجية.


8-X-CON 1983م/
هذا النظام الخاص بشركة DEC للأجهزة الرقمية مهمته الأساسية ترتيب تشكيلةCONFIGURATIONأجهزة الشركة. وبدافع من نجاح هذا النظام ، تطور لاحقاً نظام آخر يدعى X-SEL مهمته المساعدة لاختيار الكمبيوتر المناسب للزبائن.

9- DENDRAL
يعتبر هذا النظام الخبير أو النظم الخبيرة على الإطلاق وقد تم تصميمه وإنشاؤه في جامعة ستانفورد في الستينات وهو نظام متخصص في الكيمياء.

10-MAXIMA
أما هذا النظام فكما يوحي به الاسم خبير في الرياضيات وهو يؤدي عمليات المعالجة الرمزية للمصطلحات الرياضية وقد صمم في السبعينات بمعرفة شركة MIT.

الأنظمة الخبيرة والميكروكمبيوتر:

حتى وقت قريب كانت أنظمة الخبرة تتطلب حاسبات من النوع الكبير نسبياً، ومبرمجين على مستوى رفيع من الكفاءة . لكن كل ذلك تغير بفضل التطور المذهل في تكنولوجيا الحاسبات الإلكترونية . فلقد قامت الكثير من الشركات بتسويق قواقع SHELLS للأنظمة الخبيرة وهي عبارة عن أنظمة خبيرة عادية لكن دون قاعدة المعرفة ، فيضيف كل مشترٍ مجموعة القواعد الخاصة بموضع عمله.
وهنالك العديد من الأنظمة الأخرى والتي تعمل على أجهزة I.B.M أو المتوافقة معها ، نذكر منها :
EXPERT-2
EXPERT EASE
EXSYS
KEE
KES
M.1
OPS5
أهم هذه الأنظمة المذكورة هو EXPERT EASE الذي يعمل بطريقة الاستقراء خلافاً عن باقي الأنظمة التي تعمل بطريقة الاستدلال .فبدلاً من إدخال القواعد ، تدخل أمثلة عن الحالات العائدة إلى الموضوع المعني ، ومن ثم يقوم النظام بالاستقراء فيتبع الأمثلة ليستخلص قاعدة المعرفة.

خصائص النظم الخبيرة:.
يمكن وضع متطلبات عامة لا بد أن تتوافر النظم الخبيرة وهي كما يلي:.
1-أن يحتوي هيكل نظام الخبرة بالدرجة الأولى على قاعدة معارف أساسية تشتمل على شروط مماثلة للخبرة المكتسبة للإنسان وطرق معالجته لموضوع معين لكي يصل في النهاية إلى التعرف على القرار الصائب .
2-أن يكون هذا النظام قادراً على التعامل مع قاعدة البيانات الكبيرة التي تصف الهدف.
3-أن يشتمل نظام الخبرة على أساليب بحث ذات كفاءة عالية نظراً لتعدد قواعد البيانات وقواعد المعرفة وأن يكون النظام قادراً على التفرع السريع.
4-أن يكون النظام قادراً على التعامل مع بيانا غير كاملة وناقصة ومشوشة مثل نظم الخبرة المستخدمة للتعرف على نوع الطائرة من بيانات توضح جزء فقط منها أو استخدام النظام لقراءة كتابة غير واضحة أو مطموسة.
5-إمكانية إدخال بيانات لقواعد المعرفة تحتوي على شروط تمثل خبرات جديدة وذلك لتحديث النظام والوصول إلى ثقة أكبر في اتخاذ القرار وربما لبناء نظم عملاقة ، ومن هنا نرى أن النظم الخبيرة هي التطور الطبيعي لنظم الذكاء الصناعي التي تحمل ذكاء وخبرة الإنسان إلى النظم والبرامج المستخدمة على الحاسبات.

السمات العامة للنظم الخبيرة:

من أهم سمات النظم الخبيرة والتي تتميز بها عن بقية النظم الأخرى ما يلي :
1-تعتبر قواعد المعرفة قواعد متخصصة في موضوع أو مجال أو نطاق معين .
2-تعتبر طرق الاستدلال والاشتقاق لاستخراج النتائج وهي ما تسمى مجازا بمحرك الاستدلال أو الحكم على الأشياء التي يمكن استخدامها لأكثر من نظام إذا تغيرت قاعدة المعلومات الثابتة لتناسب النظام الجديد .
3-لاستخدام طرق الاشتقاق المتعلق بالأسباب لا بد من تمثيل جميع القواعد والشروط على شكل مجموعات من الأدوات الشريطية (إذا) توفر الشرط (تكون) النتيجة.


المجالات المناسبة للنظم الخبيرة:
الفرق بين طبيعة المجالات المناسبة للنظم الخبيرة والتي فيها هذه النظم ضرورية بالدرجة الأولى والفرق بينهما وبين النظم الحسابية والمحاسبية تبين في الجدولين التاليين.
مقارنة بين مجالات النظم الخبيرة والنظم الحسابية.
مجالات مناسبة للنظم الخبيرة مجالات غير مناسبة للنظم الخبيرة
1-لا توجد حلول وقواعد خوارزمية بل توجد نظم هرمية 1- توجد قواعد وحلول خوارزمية تتابعيه تعطي الحل.
2-يوجد عدد قليل من الخبراء في المجال 2-لا يتطلب وجود خبراء في هذا المجال ويساوي ذلك وجود خبراء كثيرون من عدمه
3-البيانات المتاحة مشوشة حقائق دقيقة ومعادلات وطرق حسابية
4-مجالات تشخيصية أو في مجال التنبؤ 4-مجالات تستخدم طرق التماثل والإشتقاق العددي لإعطاء الحل.
5-المعلومات ثابتة ولا تتغير مع الزمن 5- المعلومات والبيانات غير ثابتة.

مقارنة بين طبيعة النظم المستخدمة في المحاسبات التقليدية والنظم المستخدمة في النظم الخبيرة.
النظم المستخدمة في المحاسبات التقليدية النظم المستخدمة في النظم الخبيرة
1-يحكم التدفق بطريقة منتظمة الخطوات 1-يحكم التدفق بالبيانات والمعلومات والمعارف والرموز.
2-المعالجة أساساً رقمية 2-المعالجة أساساً رمزية
3-هيكل الحاسب يعتمد على أساس هيكل معمارية فون نيومان 3-هيكل الحاسب لا يعتمد على هيكل معمارية فون بيومان
4-التفرق المعتمد على بيانات قليلة عند المدخل لتعطي بيانات كثيرة عند المخرج 4-التجمع المعتمد على بيانات كثيرة عند المدخل ليعطي نتيجة واحدة عند المخرج
5-المعالجة تسير على خطوات الخوارزميات 5-المعالجة تسير على الخطوات المختلفة لطرق البحث الهرمي.
6-يتطلب العمل على الحاسب مبرمج لوضع خطوات الخوارزميات باحدى اللغات 6-يتطلب العمل خبير معرفة لوضع الشروط واستنتاج النتائج.
7-معالجة تتابعية 7- معالجة تحاورية ومتوازية
8-الهيكل البنائي يمتد في شكل خطى كالخط المستقيم 8-الهيكل البنائي تحاوري لا خطي ويمكن أن يصبح دائري الشكل.


خصائص النظام الخبير :

مهما اختلفت النظم الخبيرة في الغرض الذي صممت من أجله فإن هناك مواصفات عامة تمنح النظام الخبير الجودة "والذكاء"
1-سهولة الاستخدام
2-أن يكون نافعاً في المجال الذي صُمم له.
3-أن يكون قادراً على التعليم، عندما عندما يستخدمه غير المتخصصين .
4-أن يكون قادر اً على التعليل وشرح الأسباب للتوصيات التي يقدمها.
5-أن يستجيب للأسئلة البسيطة التي يطرحها غير المتخصصين.
6-أن يكون قادر على التعلم من خلال الأسئلة التي يطرحها على المستخدم.
7-أن يكون سهل التعديل ، قابلاً لتحديث المعلومات أو الإضافة إليها أو إصلاح ما بها من عيوب.


اللغات والحزم المناسبة للنظم الخبيرة:
تعتبر الثلاث لغات التالية ومشتقاتها هي اللغات الأساسي لبناء نظم الذكاء الصناعي والنظم الخبيرة على الحاسبات الشخصية وهي:.
1-لغة البرمجة بإسلوب القائمة –لسب-(LISP) ومشتقاتها.
2-لغة البرمجة بالأهداف أو البرمجة الشيئية –(OBJECT ORIENTED) ومشتقاتها، مثل (SMALL TALK) و (C++).
وإذا قمنا بالمقارنة بين هذه اللغات بعضها ببعض نجد أن لغة LISP هي طبيعية بينما PROLOG هي لغة منطقية تعتمد على التركيب والتفرع بينما تمتاز SMALL TALK على المدى الواسع للجرافيك واستخدام الشبابيك , PROLOG طورها اليابانيون سنة 1981م كأداة لتنفيذ الجيل الخامس تتبع المنطق وتشرح العلاقة بين الأهداف.
وتعتبر SMALL TALK التي تعتمد على توصيف الأهداف من اللغات الجديدة المناسبة لبناء النظم الخبيرة حيث يعرف الهدف في هذه اللغة بأنه عنصر أساسي يعرف بمكان في الذاكرة على أنه جملة ، ويمكن القول بأن لغة SMALL TALK لها العديد من الفوائد التي تشتمل على القدرة على الاضافة الجديدة للأهداف بدون تعديل للشفرة الأصلية ، وكذلك الربط الديناميكي، وتعتبر LISP وPROLOG من الدعائم الأساسية والمنتشرة عالمياً الآن لبناء هذه النظم، حيث ظهرت مشتقات لهما يمكنها التعامل مع اللغات الاخرى مثل لغة ALS,PROLOG وتعتبر PROLOG ذات الإنتشار الكبير في اوربا واليابان عن الولايات المتحدة لتنفيذ هذه النظم، بينما تعتبر SMALL TALK هي لغة البرمجة بالأهداف والتي انتشرت في الولايات المتحدة . وأهم حزم البرامج الجاهزة هي (SMALL TALK 80) .

أدوات بناء النظم الخبيرة:,.
تعتبر الأدوات المساعدة في بناء النظم الخبيرة من الأهمية ،حيث أنها قد تطورت بشكل كبير في معامل البحوث المختلفة ثم جرى تسويقها على المستوى التجاري .

الأدوات المساعدة
تعتبر الأدوات المساعدة هي الأدوات التي تستخدم على المستوى التجاري:.
1-الأداة(Knowledge Engineering Environment )"KEE" : تعتبر أداة للبرمجة في البيئة الهندسية وهي أقدم الأدوات ، ولقد تم تصميمها باستخدام لغة (UNITS) .
2-الأداة (Automated Reasoning Tool) "ART" :تعتبر أداة للاستهلال الآلي وتعتمد على القواعد باستخدام نموذج السبورة،حيث يتم توصيف المعرفة المعلنة وتعريف العلاقات بينها.
3-الأداة (Knowledge Groft) تم تطوير هذه الأداة باستخدام (SRL) والتي تسمح بوجود أكثر من فرض واستخدام في تصميمها لغة (CRL-Prolog).

مراحل إنشاء النظم الخبيرة:
1-التعريف بالمشكلة:
في هذه المرحلة يتم وصف المشكلة المطلوبة من النظام الخبير حلها وصفاً دقيقاً ويتم التعاون في هذه المرحلة بين مهندس المعلومات وخبير المجال.

2-تكوين المفاهيم

3-الصياغة:
يبدأ في هذه المرحلة حل المشكلة باستخدام أساليب الذكاء الصناعي حيث يقوم مهندس المعرفة باختيار التكنيكات المناسبة لتطوير هذا النظام المعينة لذلك يجب أن يكون ملماً بما يلي:.
-التكنيكات المختلفة لتمثيل المعرفة والبحث التجريبي بالنظم الخبيرة .
-أدوات النظم الخبيرة المستخدمة في تسهيل وإنجاز عملية التطوير
-النظم الخبيرة الأخرى التي تحل مشكلات مماثلة والتي قد يمكن توفيقها مع المشكلة المطروحة.

4-التطبيق:
في هذه المرحلة يتم برمجة المفاهيم التي تمت صياغتها باستخدام الكمبيوتر الذي وقع عليه الاختيار ليكون ذكياً .
وهذا الشكل يوضح خطوات
العمل المعبرة عن مرحلة
التطبيق والتي تنتهي
بالمرحلة النهائية
وهي الاختبار.

5-الاختيار:
يقوم مهندس المعرفة باختبار النموذج من النواحي التالية:
- صحة التطبيق.
- كفاءة واكتمال صياغة القواعد.
ونجاح الاختبار معناه أن يقدم النظام الخبير حلولاً للمشكلات كالتي يقدمها خبير من البشر! لذلك لا يعد النموذج ناجحاً إلا عندما تتطابق الحلول التي يقدمها مع حلول خبير المجال.

المجالات التطبيقية للنظم الخبيرة:
نظراً لأهمية النظم الخبيرة في المجلات التطبيقية والتي تم تنفيذها وتطيرها في المرحلة الحديثة الممتدة إلى الآن فلقد تم وضع معظم هذه النظم في قاعدة بيانات مفهرسة طبقاً للحروف الأبجدية تحتوي على ما يقرب من 124 من هذه النظم الخبيرة وموضحاً بها مجال استخدام كل منها والغرض الذي تم تصميمها من أجله.

المجال النسبة المئوية المجال النسبة المئوية
الطبي 23.8% الجيولوجيا 4.6%
الحربي والعسكري 14.8% الفضاء 4.1%
الكيمياء 9.9% الزراعة والبيئة 2.9%
الإلكترونيات 9.2% الطاقة النووية 1.5%
الحاسبات 8.2% مجالات أخرى (تصميم – تجارية - ميكانيكية) 2.4%
الاتصالات 6.6%
القانون 6.4%

قائمة بمجموعة من النظم الخبيرة:.
الاستخدام المجال النظام
الخبير
تشخيص الأمراض الناتجة عن اختلال نسبة الحموضة في الدم الطبي ABEL
تحديد أماكن الأعطال في الشبكات التليفونية و الكوابل اتصالات ACES
تقدير وتقييم الموقف العسكري الحربي بأرض المعركة حربي ADEPT
التعرف على نوع الطائرة الحربية من المعلومات البصرية حربي AIRID
تحديد الأعطال وصيانة شبكة التليفوناتTXE4A اتصالات AMF
العناية بالأطفال حديثي الولادة بالعناية المركزة طبي BABY
تحديد الدوائر الإلكترونية المعطوبة بشبكات الاتصال اتصالات BDS
رقع كفاءة وتحسين أسلوب الأداء لشبكات التليفون اتصالات CATE
تشخيص النزيف الناتج من تجلط الدم في الأوعية طبي CLOT
اختيار أنسب نظم القيادة والسيطرة الآلية حربي DART
التحليل الجيولوجي لبيانات الآبار بهدف تقييم عملية الحفر جيولوجيا ELAS
الكشف وتحديد حالات الطوارئ بالمقاتلات F16 حربي EPES
تنظيم واقتراح الإنتاج في المصانع الإنتاج ISIS
تحليل وتخطيط الشبكات التليفونية اتصالات KAT
تحديد التشريعات القانونية عند التعامل بالشبكات قانون LRS
تحديد الأعطال و إصلاحها بالطائرات الحربية(تعليمي) حربي MES
تحديد الظواهر الغير مألوفة بالمحطات النووية نووية NPPC
تحليل التركيب الجزيئي بناءً على التركيب المقدم للمادة كيمياء OCSS
تشخيص أمراض العيون والتوصية بالعلاج طبي PEC
التعرف على السف الحربية من صور الرادار حربي RTC
تحديد أمراض الكبد والتفرقة بين السرطان والتليف طبي SPE
التصميم للحاسبات الإلكترونية بناءً على المتطلبات حاسب XCON
المراقبة والتحكم في نظام التشغيل MVS حاسب YES/MVS

الخلاصة:.
1-إن النظم الخبيرة تمثل الخبرات الإنسانية في مجالات معينة وهي تساعد المتخصصين بصفة عامة، كما تساعد الناس الذين يتعذر عليهم إستشارة خبير في مشكلة ما.
2-تتكون قاعدة المعرفة للنظام الخبير من معارف إخبارية ومعارف منهجية، قد تكون المعارف في صورة قواعد إنتاج.
3-تقوم ماكينة الاستدلال بالنظام الخبير بالتحكم في عمل النظام.
4-الوصلة البينية للمستخدم هي الصلة بين الإنسان والنظام الخبير وهي قد تستخدم اللغة الطبيعية لتسهيل الاتصال.
5-في مرحلة "التعريف" يقوم مهندس المعرف بالتعاون مع خبير المجال لتحديد خصائص المشكلة.
6-في مرحلة "تكوين المفاهيم" يتم تحليل العلاقات المستنتجة في مرحلة تكوين المفاهيم بغرض توصيل المشكلة إلى الحل المقترح.
7-في مرحلة "الصياغة" يتم تحليل العلاقات المستنتجة في مرحلة تكوين المفاهيم بغرض توصيل المشكلة إلى الحل المقترح.
8-في مرحلة "التطبيق" يتم إنشاء نموذج مبدئي ويتم تقييمه.
9-في مرحلة "الاختبار" يتم تقييم النظام الجديد ما إذا كان التطبيق سليماً.
10-يُستخدم النظام الخبير من خلال الأسئلة والأجوبة ، وهو نظام يسمح للكمبيوتر بأن يعلل ويشرح الأسباب.
11-النظام المبني على النماذج يحتوي على نموذج لجهاز ما بحيث يسمح بتشخيص الأعطال من المبادئ الأولية