מערכת מומחה

מערכת מומחה (באנגלית: Expert System) היא מערכת מידע ממוחשבת המתפקדת כמומחה אנושי, או מסייעת למומחה אנושי, בתחום ידע מסוים. זוהי תוכנית מחשב אשר מייצגת ידע, מסיקה ממנו מסקנות ומסוגלת להסביר את האופן בו קיבלה את מסקנותיה. המטרה הסופית היא לבצע תהליכים של פתרון בעיות בדומה לאלה המבוצעים על ידי מומחה אנושי. אחת הדרישות ממערכת מומחית היא שתיתן הסברים למסקנותיה - מתן ההסבר נחוץ כדי לשכנע באמיתות המסקנה. מערכות המומחה הראשונות פותחו בשנות השבעים, אך הן הפכו לפופולריות בשנות השמונים. מערכות מומחות הן חלק מתחום העיסוק של מדע הבינה המלאכותית במדעי המחשב. ביסוד הבינה המלאכותית עומד הניסיון לפתח תוכניות מחשב המסוגלות להתמודד עם מיומנות אנושית הכוללת את ההיבטים ההכרתיים – חשיבתיים.
מערכת מומחה היא חלק ממשפחת מערכות מבוססות ידע, מערכות אלו מבוססות על ידע תחומי הלקוח מהחיים כדוגמת רפואה, ביולוגיה ואסטרונומיה.

בסיס ידע

בסיס הידע מתייחס לעולם התוכן המומחי של המערכת. הוא מתאר את המרכיבים של תחום הידע, ואת הקשרים הקיימים בין המרכיבים השונים. בדרך כלל מתואר בסיס הידע באמצעות נתוני יסוד – עובדות וכללים המתארים את הקשרים ביניהם. העובדות מתארות את תחום הידע, ויכולות להשתנות בהתאם למצב או הפרט שנבדק. החוקים מתארים את היחסים בין פרטים או מצבים בתחום הידע. הם כוללים את הידע המומחי בתחום, כלומר מה מומחה יכול להסיק מהעובדות.
בסיס הידע כולל את "המחשבה האנושית" הקיימת בתחום הידע המסוים: "מחשבה" זו באה לידי ביטוי בחוקים שתוארו לעיל. בסיס הידע מהווה חלק הכרחי עבור תוכנית מחשב האמורה להתנהג באופן אינטליגנטי.

מערכת היסק

מערכת ההיסק מורכבת ממנגנון המסוגל להסיק מסקנות בהסתמך על בסיס הידע: העובדות והחוקים מתארים את הידע, בעוד שמנגנון ההיסק קובע כיצד לנתח את הידע המתקבל. מערכת ההיסק מתייחסת לבסיס הידע כאוסף של טענות הכוללות עובדות והחוקים בתחום הידע. מנגנון ההיסק מקשר בין בסיס הידע כדי להגיע למסקנה, יש להדגיש שמערכת ההיסק אינה תלויה בבסיס הידע עצמו ולכן היא מהווה גם חלק מהמעטפת הכללית. הכלליות של מערכת ההיסק נשמר בדרך כלל בכל מרכיביה.
לעיתים יש להכניס בה שינויים במעבר לתחום ידע חדש, שינויים אלו נשמרים בתחומי ידע שהמבנה הכללי שלהם דומה. חלק זה של המערכת המומחה הוא החשוב ביותר משום שהוא זה שמחקה את אופן המחשבה האנושית. במקרים רבים קיימים מסלולי פתרון רבים ובכדי שהתשובה תהיה בזמן ריצה סביר חלק מהחוקים הם היוריסטיים כדי להגביל את החיפוש במרחב הפתרונות. הציפייה היא שמערכת מומחה תדע לנצל את הידע העומד ברשותה בצורה "מומחית" ויעילה.
מבנה מנגנון ההיסק תלוי בשני גורמים עיקריים. המבנה הטבעי של תחום הידע, והדרך בה הידע מאורגן ומיוצג במערכת המומחה. קיימות שפות תכנות המקלות על המתכנת בכך שיש בהן מערכת היסק בנויה בשפה כמו פרולוג. שפות אחרות דורשות לתכנן וליישם מנגנון היסק. לכל אחת מן השיטות יש יתרונות וחסרונות משלה. שפה בה קיים מנגנון היסק דורשת פחות מאמץ בבנייתו. המגבלה היא בכך שמנגנון ההיסק הבנוי לא תמיד מתאים לדרך בה מתקבלות ההחלטות בתחום הידע. למתכנן יש מעט אפשרויות לשלוט על הדרך בה מאורגן הידע ולתכנן את תהליך הסקת המסקנות. שפות בהן אין מנגנון היסק בנוי מחייבות תכנון ויישום של מנגנון היסק, אך מאפשרות לו יותר שליטה והתערבות. מערכות מורכבות מעמידות מנגנון היסק בנוי אך מאפשרות גם להתערב כדי להתאימו לתחום הידע.

מערכת הסבר

מערכת ההסבר מאפשרת למשתמש מעקב אחר תהליך הפתרון והסקת המסקנות של מערכת ההיסק.
המשתמש מצפה לדעת על פי אילו נתונים ועל פי אילו כללים התקבלה תשובת המערכת המומחה. המערכות נבדלות זו מזו במידת היכולת שלהן לפרט את המעקב אחר מערכת ההיסק. לפעמים אין צורך בחלקים מסוימים בהסבר, ותפקידה של מהערכת הוא לנפות את אותם חלקים ולהציג למשתמש את החלקים המהותיים ביותר.
חשוב ביותר שהמערכת תהיה ידידותית, גמישה ושההסברים יהיו כרוכים ומובנים למשתמש.

ממשק משתמש

חלק זה מקשר בין המערכת המומחה למשתמש.
המערכות נבדלות זו מזו במידה הידידות שלהן בקשר עם המשתמש ובאפשרויות השונות שהן מעמידות לרשות המשתמש לשם צפייה בחלקים השונים של המערכת. מרכיב בסיסי בממשק מאפשר למשתמש להציג שאלה למערכת בדרך נוחה, ולקבל את תשובת המערכת. חלק חשוב נוסף שלא קיים בכל המערכות הוא ממשק המשרת את בונה בסיס הידע.

מעטפת

המעטפת כוללת את מנגנון ההיסק, מנגנון ההסבר וממשק המשתמש. ביכולתה להסיק מסקנות על פי בסיס הידע ולהסביר אותו למשתמש. המעטפת אינה תלויה בבסיס הידע ויכולה לפעול באותו אופן על בסיסי ידע שונים. מרכיבי המעטפת כלליים ואינם משתנים על פי תחום המומחיות, שכן שינוי בתחום התמחות יבוא לידי ביטוי רק בבסיס הידע. מעטפת טובה נותנת שירותים למתכנת המערכת וגם למשתמש בה, היא תכיל ממשק לבניית בסיס הידע היכול להיות מבוסס על שיטות ייצוג שונות.
במערכות מומחות ייעודיות המטפלות בתחום ידע מסוים לא מתייחסים למעטפת. מערכת כזו תכיל גם היא את כל המרכיבים שצוינו, אלא שתחום הידע בא לידי ביטוי, בנוסף לבסיס הידע, גם ביתר המרכיבים של המערכת.
מערכת מומחה הבנויה כמעטפת דורשת מאמץ ניכר יותר בפיתוחה אך משרתת אחר כך תחומי ידע שונים. מערכת מומחה ייעודית לא ניתן להפעיל על תחום ידע שונה, מאחר שהידע משולב בכל מרכיביה ולא ניתן להפרדה בקלות.