سیستم خبره

سامانه‌های خُبره یا سیستم‌های خُبره به دسته‌ای خاص از نرم‌افزارهای رایانه‌ای اطلاق می‌شود که در راستای کمک به کاردانان و متخصّصان انسانی یا جایگزینی جزئی آنان در زمینه‌های محدود تخصّصی تلاش دارند. این‌گونه سامانه‌ها، در واقع، نمونه‌های آغازین و ساده‌تری از فناوری پیشرفته‌تر سامانه‌های دانش-بنیان به‌شمار می‌آیند.
این سامانه‌ها معمولاً اطلاعات را به شکل واقعیت ها و قواعد در دادگانی به نام پایگاه دانش به شکل ساختار مند ذخیره نموده، و سپس با بهره‌گیری از روش‌هایی خاص استنتاج از این داده‌ها نتایج مورد نیاز حاصل می‌شود.

پیشگفتار

در میان اهل فن و صاحبان اندیشه، استدلال تعاریف و تفاسیر گوناگونی دارد. در نگاهی کلی، بهره گرفتن از دلیل و برهان برای رسیدن به یک نتیجه از فرضیاتی منطقی با بکارگیری روش‌های شناخته شده، تعریفی از استدلال تلقی می‌شود؛ تعریفی که البته با دیدگاه‌های فلسفی و گاه آرمانگرایانه از استدلال تفاوت دارد. با این حال موضوع مهم و بنیادین در اینجا بحث در چیستی و چرایی این دیدگاه‌ها نیست، بلکه در مورد «چگونگی طراحی دستگاه‌های استدلال گر»، با هر تعریفی، برای رسیدن به مجموعه‌ای از تصمیمات منطقی با استفاده از مفروضات یا به‌طور دقیق‌تر دانشی است که در اختیار آن‌ها قرار می‌گیرد. سامانه‌های خبره(expert systems) اساساً برای چنین هدفی طراحی می‌شوند. در حقیقت به واسطه الگوبرداری این سامانه‌ها از نظام منطق و استدلال انسان و نیز یکسان بودن منابع دانش مورد استفاده آن‌ها، پیامد کار یک سامانه خبره می‌تواند تصمیماتی باشد که در حوزه‌ها و قلمروهای گوناگون قابل استفاده، مورد اطمینان و تأثیرگذار هستند. بسیاری بر این باورند که سامانه‌های خبره بیشترین پیشرفت را در «هوش مصنوعی» به وجود آورده‌اند.

حوزه‌های کاربرد

سامانه‌های خبره در زمینه‌های بسیار متنوعی کاربرد یافته‌اند که برخی از این زمینه‌ها عبارتند از پزشکی، حسابداری، کنترل فرایندها، منابع انسانی، خدمات مالی، و GIS. حسابداری، تجزیه و تحلیل‌های مالی پزشکی (تشخیص بیماری)، آنژیوگرافی، باستان‌شناسی، تولید ویفرهای سیلیکونی و انواع خاصی از پرتونگاری در زمینه‌های مختلف دیگری نیز سیستم‌های خبره پدید آمده‌اند همانند: مشاوره حقوقی، مشاوره برای انتخاب بهترین معماری یا ترکیب بندی سامانه کامپیوتری، مشاوره مهندسی ساختمان و غیره.
در هر یک از این زمینه‌ها می‌توان کارهایی از نوع راهنمایی، پردازش، دسته‌بندی، مشاوره، طراحی، تشخیص، کاوش، پیش‌بینی، ایجاد مفاهیم، شناسایی، توجیه، یادگیری، مدیریت، واپاشی، برنامه‌ریزی، زمان‌بندی و آزمایش را با مددجویی از سامانه‌های تجربی با سرعت و آسانی بیشتری به انجام رسانید. 
سامانه‌های خبره یا به عنوان جایگزین فرد متخصص یا به عنوان کمک به وی استفاده می‌شوند.

کاربرد سامانه‌های خبره در خدمات کتابداری و اطلاع‌رسانی

سامانه‌های خبره این امکان را در اختیار می‌گذارد تا بتوان دانش موجود در سطح جامعه را به صورت گسترده‌تر و کم هزینه تری اشاعه داد. این موضوع یعنی اشاعه دانش برای عموم مردم یکی از بنیادی‌ترین و اصلی‌ترین وظایف و رسالتهای حوزه کتابداری است .

مثلاً از طریق واسطهای هوشمند جستجوی اطلاعات می‌توان مهارت‌های جستجوی پیشرفته را که اغلب خاص متخصصان با تجربه است در میان طیف وسیعی از کاربران در دسترس قرار دهد. سرعت استدلال یا حل مسائل در نظام‌های خبره می‌تواند منجر به ارائه خدمات کاراتر و سریع تر در برخی فعالیت‌های کتابداری شود و انعطاف‌پذیری بیشتری را در پاسخگویی به نیازهای مخاطبان به وجود آورد.
کاربرد سامانه‌های خبره و هوشمند را در حوزه‌های نمایه سازی، چکیده نویسی، طراحی و تولید اصطلاح‌نامه‌ها، فهرست نویسی، بازیابی متن فارغ از منطق بولی، بازیابی متون مبتنی بر منطق بولی، تجزیه و تحلیل خودکار محتوا و ارائه دانش، مدیریت و دسترسی به محتوی پایگاه‌های رابطه‌ای، اسناد هوشمند، پردازش پایگاه‌های اطلاعاتی دانسته‌اند.

سامانه‌های خبره بینش آفرین

در این نوع سامانه‌ها، هدف اصلی ارائه پردازش‌های مربوط به کمک واکاوی نسبت‌ها و نمودار هاست این نسبت‌ها و نمودارها برای دست‌اندرکاران تحلیل مالی در ایجاد بینش دقیق تری در مورد وضع مالی و چشم‌انداز آتی یک مؤسسه، یعنی سودمند است با چنین هدفی عملاً مراحل اول و دوم از فرایند چهار مرحله‌ای تصمیم‌گیری به کمک این سامانه‌ها انجام می‌شود این نرم‌افزارها را به این دلیل بینش آفرین می‌خوانیم که هدفشان کمک به کارگزاران و دست‌اندرکاران مالی برای انجام یک مشاهده بینش آفرین مشخص است بنابراین درجه از کارآزمودگی و تخصص موجود در زمره سامانه‌های خبره واقعی به حساب آورده نمونه‌هایی از این قبیل نرم‌افزارها عبارتند از: INsiGht و NEWVIEWS که هر دو عملاً سامانه‌های جامع حسابداری مشتمل بر تحلیل‌های مالی اند یعنی در عین اینکه همه عملیات حسابداری را انجام می‌دهند. در محیطهای شبیه صفحه گسترده تحلیل‌های مالی خود را نیز عرضه می‌کنند نرم‌افزار شناخته شده دیگر REFLEX نام دارد که ۱۲ نسبت کلیدی را محاسبه کرده و تحلیل و تفسیرهای پیشنهادی خود را نیز ارائه می‌کند این تحلیل‌ها همراه با ارائه نسبت‌ها، روندها و نمودارهای مناسب است.

سامانه‌های خبره آسان‌کننده تصمیم‌گیری

در این نوع از سامانه‌های خبره مالی یک پایگاه دانش وجود دارد که ضمن تحلیل نسبت‌های مالی می‌تواند بینش‌های خود نسبت به موضوع مورد تحلیل را نیز ارائه دهد و همین امر موجب تمایز آن از سامانه‌های دسته اول می‌شود بنابراین در این قبیل سیستم‌ها سه مرحله از چهار مرحله فرایند تصمیم‌گیری انجام می‌شود یک نمونه از این سامانه‌های خبره «ANSWERS» است.

سامانه‌های خبره

سامانه‌های خبره برنامه‌هایی هستند که رفتار یک انسان متخصص در یک زمینه بخصوص را تقلید می‌کنند. این برنامه از اطلاعاتی که استفاده‌کننده در آن‌ها ذخیره می‌کند جهت اعلام یک عقیده در یک موضوع بخصوص استفاده می‌کند. از این رو سیستم‌های خبره تا هنگامی که بتوانند موضوعی را که با پاسخ‌های شما مطابقت داشته باشد بیابند به سؤال کردن از شما ادامه می‌دهند. به منظور درک کردن آنچه یک سیستم متخصص انجام می‌دهد مکالمه زیر که بین یک متخصص در امور میوه و فرد دیگری که می‌خواهد از وی توصیه‌ای در این مورد دریافت کند را در نظر بگیرید:
-- متخصص: آیا میوه سبز است؟
-- استفاده‌کننده: خیر.
-- متخصص: آیا میوه قرمز است؟
-- استفاده‌کننده: بله.
-- متخصص: آیا این میوه روی درخت رشد می‌کند؟
-- استفاده‌کننده: خیر.
-- متخصص: آیا این میوه روی یک بوته رشد می‌کند؟
-- استفاده‌کننده: بله.
-- متخصص: آیا این بوته تیغ دارد؟
-- استفاده‌کننده: بله.
-- متخصص: این میوه تمشک است!
هدف از طراحی یک سامانه متخصص رایانه‌ای در امر میوه تولید چنین گفتگویی است.
در حالت عمومی تر سامانهٔ متخصص می‌کوشد که به استفاده‌کننده از خود در مورد موضوعی که از آن آگاه است راهنمایی دهد.
اگر بخواهیم تعریفی از سامانه‌های خبره ارائه دهیم می‌توان گفت «سامانه‌های خبره برنامه‌های رایانه‌ای هستند که با استفاده از قواعد مورد استفاده متخصصین به حل مسایل در زمینه‌ای خاص می‌پردازند. وجه تمایز اصلی سامانه‌های خبره نسبت به برنامه‌های کاربردی گذشته آن است که از استدلال مبتنی بر استنباط و استنتاج استفاده می‌کند در برنامه‌های کاربردی معمولی دارای الگوریتم و روش حل مسئله ثابتی هستیم اما در روش‌های شهودی می‌توان با آزمون و خطا مسایل دشوارتری را حل کرد و به جواب رضایت بخش رسید.
مفهوم سامانه‌های خبره بر این فرض استوار است که دانش متخصصین در حافظه رایانه ضبط و در دسترس کسانی که به کاربرد آن دانش نیاز دارند، قرار گیرد. یک سامانه‌های پشتیبانی تصمیم شامل برنامه‌هایی است که بازتاب دهندهٔ چگونگی نگرش یک مدیر در حل یک مسئله می‌باشد. یک سامانه خبره، از طرف دیگر فرصتی برای تصمیم‌گیری‌ها پیش می‌آورد که از قابلیت‌های مدیر افزون تر است. تمایز دیگر میان سامانهٔ خبره و سامانهٔ پشتیبانی تصمیم، توانایی سامانهٔ خبره در توصیف چگونگی استدلال جهت دستیابی به یک راهکار خاص است. اغلب اوقات شرح نحوه دست یابی به یک راه حل، از خود راه حل ارزشمندتر است.
داده‌هایی که به وسیله برنامه‌های سامانه پشتیبانی تصمیم استفاده می‌شود، اصولاً به صورت عددی بوده و برنامه‌ها، تأکید بر استفاده از روش‌های ریاضی دارند، لیکن داده‌هایی که به وسیله سامانه‌های خبره به کار می‌رود نمادی تر بوده و اغلب به صورت متن تشریحی می‌باشند. برنامه‌های سیستم‌های خبره بر به‌کارگیری برنامه‌های منطقی تأکید دارند.

تفاوت سامانه‌های خبره با سایر سامانه‌های اطلاعاتی

سامانه‌های خبره برخلاف سامانه‌های اطلاعاتی که بر روی داده‌ها(Data) عمل می‌کنند، بر دانش (Knowledge) متمرکز شده‌است. همچنین دریک فرایند نتیجه‌گیری، قادر به استفاده از انواع مختلف داده‌ها عددی(Digital)، نمادی Symbolic و مقایسه‌ای (Analog) می‌باشند. یکی دیگر از مشخصات این سیستم‌ها استفاده از روش‌های ابتکاری (Heuristic) به جای روش‌های الگوریتمی می‌باشد. این توانایی باعث قرار گرفتن دامنهٔ گسترده‌ای از کاربردها در برد عملیاتی سامانه‌های خبره می‌شود. فرایند نتیجه‌گیری در سامانه‌های خبره بر روش‌های استقرایی و قیاسی پایه‌گذاری شده‌است. از طرف دیگر این سامانه‌ها می‌توانند دلایل خود در رسیدن به یک نتیجه‌گیری خاص یا جهت و مسیر حرکت خود به سوی هدف را شرح دهند. با توجه به توانایی این سیستم‌ها در کار در شرایط فقدان اطلاعات کامل یا درجات مختلف اطمینان در پاسخ به پرسش‌های مطرح‌شده، سامانه‌های خبره نماد مناسبی برای کار در شرایط عدم اطمینان(Uncertainty) یا محیطهای چند وجهی می‌باشند.

موتور استنتاج (Inference Engine)

حتی زمانی که قلمرو دانش را با قوانین نمایش می‌دهیم، باز هم یک فرد خبره باید مشخص کند که کدام قوانین را برای حل مسئله خاصی به کار می‌برد. علاوه بر این باید مشخص کند که این قوانین را در چه رده‌ای به کار می‌برد. به‌طور مشابه یک سیستم خبره نیاز خواهد داشت تا تصمیم بگیرد که چه قانونی و در چه مورد و رده‌ای باید برای ارزیابی انتخاب شود.
دستگاه استنتاج در واقع قلب یک سیستم خبره است. یک نظام پیچیده که قواعد استنتاج را که به صورت مجموعه‌ای از قواعد "اگر … پس …" برای یافتن پاسخ یا قضاوت نهایی به کار می‌گیرد چیزی که سیستم خبره را سیستم خبره می‌کند روشی است که این قواعد براساس آن مورد پردازش قرار می‌گیرند. دستگاه استنتاج برای رسیدن به قضاوت می‌تواند به دو صورت عمل کند و در واقع از سلسله مراتب قواعد استدلال به دو طریق عبور کند یکی از دو شیوه روش استدلال پیش رو است که از داده‌ها شروع می‌کند و به نتیجه می‌رسد یعنی با در نظر گرفتن داده‌های مربوط به موضوع مورد سؤال از (اگر)ها شروع کرده و به نتایج یا (پس)های مناسب می‌رسد به عبارت دیگر در زنجیره پیش رو از مقدمات به نتایج می‌رسیم، روش دوم استنتاج آن است که از نتایج شروع می‌کند و برای چنان نتایج مشخص به دنبال مقامات یا شرایط اولیه مناسب می‌گردد به عبارت دیگر نقطه شروع (پس)ها هستند و از آن‌ها به (اگر)ها دست می‌یابد. روش اول استنتاج را روش مبتنی بر داده و روش دوم را روش مبتنی بر هدف می‌خوانند.

امکانات توضیح (Explanation Facilities)

برای نشان دادن مراحل نتیجه‌گیری سیستم خبره برای یک مسئله خاص با واقعیات خاص به زبان قابل فهم برای کاربر به کار می‌رود. این امکانات این فایده را دارد که کاربر با دیدن مراحل استنتاج اطمینان بیشتری به تصمیم گرفته شده توسط سیستم خواهد داشت؛ و خبره‌ای که دانش او وارد پایگاه دانش شده‌است اطمینان حاصل خواهد کرد که دانش او به صورت صحیح وارد پایگاه دانش شده‌است.

رابط کاربر

منظور از رابط کاربر، مجموعه‌ای از تجهیزات و نرم‌افزارها است که به صورت کانال ارتباط کاربر و سیستم خبره عمل می‌کند یعنی به کاربر امکان ارائه اطلاعات مربوط به مسئله مورد نظر را به سیستم می‌دهد و از طرف دیگر استنتاجات سیستم را در اختیار کاربر می‌گذارد.
واسط کاربر یک سیستم خبره طبیعتاً باید از قدرت تبادلی بالایی برخوردار باشد تا ساختار تبادل اطلاعات به شکل گفتگوی یک متقاضی و یک انسان خبره صورت گیرد.