الاثنين: 28/04/2008

النظـم الخبيـرة
Expert Systems

إعداد: تالين كايزاك لودير(*)
(خاص للمعهد)

المقدمة
تُعد النظم الخبيرة شكلاً متطوراً للذكاء الاصطناعي، ويُطلق عليها أحياناً نظم الدعم الذكية (Intelligence Support Systems) المعتمدة على نظم قواعد المعرفة والبرمجيات التي تقلد عمليات التفكير عند الانسان الخبير، وتزود متخذ القرار بالاستشارة (النصيحة) التي يأمل الحصول عليها من المستشار (الخبير) الإنسان عادة.
كان أول تطوير للنظم الخبيرة قد بدأ من قبل الباحثين في الذكاء الاصطناعي منذ الستينات والسبعينات من القرن الماضي، وطرحت للاستخدام التجاري بعد ذلك. وتشير بعض المصادر إلى استمرار تطوير برمجيات النظم الخبيرة، حيث يوجد بحدود (4000) نظام خبير في السوق العالمية الآن، ويتوقع زيادتها بشكل واضح سنويا.
اولاً: مفهوم النظم الخبيرة
تعددت التعاريف التي تناولت مفهوم النظم الخبيرة، وفيما يأتي بعضها:
• برامجيات اتخاذ القرار التي تستطيع الوصول الى مستوى أداء عالٍ بالمقارنة مع الخبرة البشرية في بعض المشاكل الخاصة وذات المساحة الضيقة.
• النظام المستند إلى المعرفة، وهو برنامج حاسوبي يتضمن المعرفة والمهارات التحليلية لواحد او أكثر من الخبراء ذوي العلاقة بموضوع معين.
• نظام حاسوبي يحل المشاكل بنجاح كخبير انساني مع دمج الخبرة الإنسانية، إذ يكتسب الحقائق حول المشكلة، ويطبق معرفته وخبرته المخزونة عن حقائق المشكلة لاشتقاق الحل، ومن ثم إعداد التوصيات، ويستطيع أن يوضح تفكيره ومنطقه.
ثانياً: مكونات النظم الخبيرة
تتكون النظم الخبيرة من:
1. قاعدة المعرفة Knowledge base: التي تحتوي المعرفة الضرورية لفهم المشكلة وحلها.
وتتضمن عنصرين أساسين:
• الحقائق Facts ـ مثل حالة المشكلة والنظرية.
• القواعد Rules ـ التي توجه استخدام المعرفة لحل المشاكل المحددة في مجال معين.
2. مكان العمل (اللوحة) Blackboard: مساحة من الذاكرة العاملة وضعت على جانب لوصف المشكلة الحالية، كما تم وصفها بواسطة البيانات المدخلة، وتستخدم أيضا لتسجيل النتائج الوسطية، وهي نوع من قواعد البيانات.
3. الدماغ Brain: إن عقل النظام الخبير هو ماكنة الاستدلال.ان هذا المكون برنامج حاسوبي أساساً يوفر منهجا للتفكير وصياغة الاستنتاجات.
4. واجهة المستخدم User Interface: تسمح واجهة المستخدم للنظام الخبير بالمحاورة ما بين الحاسبة والشخص والتي يمكن تطبيقها باللغة الطبيعية، وعادة ما تقدم بشكل أسئلة وأجوبة ويتم دعمها بالصور في بعض الأحيان.
5. النظم الفرعية للشرح (التفسير) Explanation Subsystem: إن القدرة على تتبع المسؤوليات الى مصادرها ضرورية جدا في كلٍ من نقل الخبرة وحل المشاكل. ويمكن أن يتتبع نظام التفسير هذه القدرة ويشرح سلوك النظام الخبير بالاجابة بشكل تفاعلي عن الاسئلة.
6. نظام تنقية المعرفة Knowledge-Refining System: يستطيع الخبراء من خلاله ان يحللوا ادائهم الخاص والتعلم منه وتطويره للاستشارات المستقبلية. وبشكل مشابه فإن هذا التقييم ضروري في التعلم الحاسوبي بحيث سيكون البرنامج قادراً على التطوير بتحليل اسباب النجاح والفشل، ومثل هذا المكون غير متوفر في معظم النظم الخبيرة التجارية حاليا ولكن يمكن تطويره في النظم الخبيرة التجريبية.
ويوضح الشكل (1) مكونات النظم الخبيرة:

شكل (1)
مكونات النظام الخبير

ثالثا: مراحل بناء النظم الخبيرة
تمر عملية بناء النظم الخبيرة بالخطوات الاتية:
1. جمع الحقائق العلمية والتاريخية المؤكدة كلها عن موضوع الخبرة.
2. مناقشة الإنسان الخبير فيما اكتسب من معارف مؤكدة ومراجعتها، وتحديد ما يجب تضمينه للنظام الخبير، وتكوين المفاهيم والعلاقات بينها وتوضيح ذلك بالرسوم والاشكال.
3. وضع قواعد العمل المنطقية التي تتمثل في استخدام الجملة الشرطية "اذا..., إذن".
4. الدمج بين الحقائق والقواعد، وإدخالها إلى الحاسوب عبر قاعدة بيانات تسمى قواعد المعرفة وفق ضوابط محددة.
5. وضع آلة للاستدلال التي تطبق القواعد على جميع الحقائق التي يغذى الجهاز بها بالاستناد إلى قاعدة المعرفة.
6. اختبار النظام باستشارته عن مسائل حقيقية وعرض الاجوبة(الاستشارة المقترحة) على خبراء حقل المعرفة ومناقشتهم فيها، وتعديل قاعدة المعرفة اذا لزم الأمر، وهكذا حتى يصبح النظام جاهزا للعمل.
7. تغذية قاعدة المعرفة بجميع التطورات والمستجدات العلمية والتجريبية على حقائق حقل الخبرة.
8. تدريب الأشخاص الذين سيتعاملون مع النظام.
رابعا: فوائد ومحددات النظم الخبيرة
تم تطبيق تكنولوجيا النظم الخبيرة خلال السنوات القليلة الماضية بنجاح في الآلاف من المنظمات عالميا على المشاكل التي امتد مداها من بحوث نقص المناعة المكتسبة الى تحليل الغبار في المناجم، ومن أهم فوائد النظم الخبيرة:
1. زيادة الإنتاجية والمخرجات، فمثلاً في شركة DEL التي هي جزء من شركة COMPAQ، يقوم النظام الخبير بتخطيط المواصفات للمكونات لكل طلب للزبون، وبذلك تزيد من التهيئة للانتاج اربعة أضعاف.
2. زيادة الجودة، فالنظم الخبيرة تستطيع تقليل نسب الخطأ.
3. اخذ ونشر الخبرة النادرة، فمثلاً يستخدم الأطباء في مصر والجزائر نظام خبير للعناية بالعين تم تطويره في جامعة (روتغرس) للتشخيص والتوصية بالعلاج.
4. العمـل في البيئة الخطرة، فالنظم الخبيرة التي تفسر المعلومات التي يتم جمعها بواسطة المتحسسات تجنب العاملين من العمل في البيئات الحارة، والرطبة أو السامة.
5. الوصول إلى المعرفة ومكاتب المساعدة، حيث تستطيع النظم الخبيرة زيادة إنتاجية الموظفين أو حتى أتمتة عمل هذه المكاتب.
6. الإعتمادية، فالنظم الخبيرة لا تتعب ولا تمل او تمرض. انها تعير الاهتمام الى التفاصيل ولا تهمل المعلومات الجانبية المتعلقة.
7. زيـادة قابليات أنظمة أخرى، حيث يمكن أن تتكامل النظم الخبيرة مع انظمة أخرى، مما يجعل النظم الأخرى أكثر فاعلية.
8. القابلية على العمل مع المعلومات الناقصة او غير المؤكدة، حتى مع الاجابة "لا اعرف" او"غير متاكد" يستطيع النظام الخبير ان يولد اجابة على الرغم من انها قد تكون غير مؤكدة.
9. توفير التدريب، فالمبتدئون الذين يعملون مع النظم الخبيرة يصبحون اكثر خبرة ويعود الفضل الى وسائل التفسير التي تخدم كوسائل للتعليم وقواعد المعرفة.
10. تحسين اتخاذ القرار وقابليات حل المشكلة.
11. تقليـل وقت اتخـاذ القرار، فالنظم الخبيرة تستطيع اتخاذ قرارات أسرع من قرارات البشر الذين يعملون وحدهم.
12. تقليـل وقـت الأعطال، حيث تستطيع النظم الخبيرة تشخيص الأعطال بسرعة وتصف عمليات التصليح. مثلاً هناك نظام خبير يسمى drilling advisor يستطيع اكتشاف الاعطال في الاجهزة النفطية حيث انه يحقق توفيراً في كلفة وقت الأعطال بمقدار (250000$) في اليوم الواحد.
وبالرغم من فوائدها العديدة فإن مناهج النظم الخبيرة المتوفرة ليست دائما مباشرة ومؤثرة. وهذه بعض المشاكل التي حدّدت من الانتشار التجاري للانظمة الخبيرة:
1. المعرفة التي يجب ان تكتسب ليست متوفرة دائما.
2. الخبرة صعبـة الاستخلاص من البشـر.
3. إن توجه كل خبير إلى حالة معينة قد تكون مختلفة، رغم ذلك فهي صحيحة.
4. من الصعب حتى لخبير ذي مهارة عالية تخمين الحالات بشكل دقيق حينما يكون تحت ضغط زمني.
5. لمستخدمـي النظم الخبيرة حدود إدراك طبيعية لذلك فانهم قد لا يستخدمون الفوائد من النظام الى المدى الكامل.
6. إن النظم الخبيرة تعمل جيدا فقط ضمن موضوع ضيق ومحدد مثل تشخيص العطل في ماكنة معينة.
7. إن معظم النظم الخبيرة ليس لها وسائل مستقلة لفحص فيما اذا كانت الاستنتاجات معقولة وصحيحة.
8. إن المفردات التي يستخدمها الخبراء للتعبيرعن الحقائق والعلاقات تكون محددة وقد لا يفهمها الاخرون.
9. قلة الثقة من قبل المستخدمين قد تكون عائقا لاستخدام النظم الخبيرة.
10. عملية نقـل المعرفة هي عرضة للتغيرات في الادراك والحكم.
11. إن احتمـال النصيحـة الخاطئـة التي يوفرها النظام الخبير تكون صعبة التقييم.
12. بالإضافة إلى ذلك فان النظم الخبيرة قد لا تكون قادرة على الوصول الى استنتاجات (خصوصا في المراحل الاولى من تطوير النظام).
خامسا: أنواع النظم الخبيرة
تظهر النظم الخبيرة في عدد من الأنواع، والتصنيف الآتي للنظم الخبيرة ليس تصنيفا خاصا، أي يمكن أن يظهر نظام خبير في عدد من الأصناف:
1. النظم الخبيرة في مقابل انظمة قواعد المعرفة Expert Systems Versus Knowledge Based Systems
طبقا لهذا التصنيف، فإن النظام الخبير هو النظام الذي يكون سلوكه معقد جدا بحيث إننا سنصف الشخص الذي ينفذ العمل بشكل مماثل للخبير. إن نظامَيْ MYCIN و XCON مثالان جيدان لهذا النوع من التصنيف. إن نظام MYCIN هو لتشخيص امراض الدم وXCON هو لتنظيم ايعازات اجهزة الحاسبات المعقدة. ان هذه النظم حقيقة تحاول ان تحاكي افضل شخص خبير.
2. النظم الخبيرة المبنية على القواعد Rule Based Expert Systems
إن العديد من النظم الخبيرة التجارية هي من هذا النوع لأن تكنولوجيا النظم المبنية على القواعد مطورة بشكل جيد وادوات التطوير يمكن استخدامها من قبل المستخدمين. في مثل هذه النظم، فإن المعرفة تمثل على شكل سلسلة من القواعد.
3. النظم المبنية على الاطار Frame Based Systems
تُمثّل المعرفة في هذه النظم المعرفة كأطر.
4. النظم الهجينة Hybrid Systems
تتضمن النظم الهجينة عدداً من طرق تمثيل المعرفة، وعلى الأقل فإنها تتضمن القواعد والاطر.
5. النظم المبنية على النموذج Model Based Systems
تهيكل هذه النظم حول النموذج الذي يحاكي هيكل ووظيفة النظام تحت الدراسة، ويستخدم النموذج لحساب القيم، والتي توازن مع قيم تمت ملاحظتها سابقا.
6. أنظمة الوقت الحقيقي الخبيرة Real-Time Expert Systems
إن هذه النظم لديها تحديد صارم لوقت الاستجابة الذي يجب ان يكون سريعا بشكل كافٍ للسيطرة على العمل الذي تم تنفيذه الكترونيا. بكلمات اخرى فإن النظام يولد الإجابة بالوقت المطلوب دائما.
7. النظم الجاهزة Ready-Made (off-the-shelf) Systems
يمكن تطوير النظم الخبيرة لتلبي احتياجات المستخدم (حسب الطلب) أو يمكن شراءها كحزم جاهزة للاستخدام العام، وهذه النظم تكون مشابهة لحزم التطبيقات مثل ادارة المشروع في ادارة العمليات. وتكون هذه النظم اقتصادية لأنها تعد بأعداد كبيرة ولذلك تعد اقل كلفة من النظم المصنعة حسب الطلب. ويوجد العديد منها على الانترنيت، وهناك نوعان: للاستخدام العام، وللاستخدام الخاص.
سادسا: تطبيقات النظم الخبيرة
تستطيع النظم الخبيرة معالجة الكثير من المشكلات، ويلاحظ تزايد استخداماتها في مجال الأعمال. ويعدد (باكروكيس) أربعة عشر حقلا من حقول الادارة تستخدم النظم الخبيرة فيها، ومن اوائلها:
• التفسير ـ مثل اعطاء الاسباب المختلفة لفشل الحملة الاعلانية.
• السيطرة والتحكم ـ مثل مراقبة خط إنتاجي، وتشخيص الأعطال، إعادة الطلب عند وصول المخزون لحد معين، والمراقبة والتحكم في المفاعلات النووية.
• التصميم ـ مثل ابداع مخططات وترتيب الاجزاء في وحدة متكاملة في مجالات البناء والصناعة والكيماويات.
• الإنتاج ـ مثل جدولة الإنتاج، وتعظيم جدولة الموارد، والتعرف على الفرص المتاحة لاستخدام النماذج المخزنة مع النماذج المعروضة عليها، وكتابة التقارير عن ذلك الى دائرة الجودة.
• التجميع ـ مثل تجميع طلبات الزبائن وجدولتها، وبيان متطلبات تنفيذها. هذا بالاضافة الى تطبيقات الزبائن واسعة الانتشار في مجالات الخدمة، وإصلاح الهواتف، والمحاسبة الضريبية، والتخطيط المالي، والاستثمارات، والتشخيص الطبي وغيرها.
ويوضح الشكل (2) أصناف التطبيق الرائدة للنظم الخبيرة:

شكل(2)
تطبيقات النظم الخبيرة

سابعا: تفوق النظم الخبيرة على برامج الحاسبة التقليدية
يختلف النظام الخبير عن البرامج الاعتيادية في الحاسوب في أن المعرفة وثيقة الصلة بموضوع معين وأساليب الاستفادة من هذه المعرفة مندمجة مع بعض. في النظام الخبير يبدو نموذج حل المشكلة كقاعدة معرفة قائمة بذاتها بدلا من أن يكون جزءا من البرنامج العام وبهذا يكون بإمكان النظام الخبير إدخال بيانات إلى قائمة الايعازات بطريقة تزيد من المعرفة المتوفرة من دون الحاجة إلى إعادة البرمجة.
وبهذا يمكننا القول إن برنامج الحاسوب التقليدي ينظم المعرفة بمستويين هما البيانات وقاعدة المعرفة، والسيطرة. إن الاختلاف بين النظام الخبير عن برامج الحاسبة التقليدية يتجلى في:
1. العمل من خلال الرموز بدلا من الأرقام وبهذا تفتح المجالات الجديدة للمعالجة بواسطة الحاسوب.
2. الاستدلال (reasoning) وطريقة البحث التقنية (heurhstigs).
3. التعامل مع اللغات المبنية على المفسر (interpretere) وليس المترجم (compler)، حيث تسمح للتعابير المبنية على المفاهيم الصعبة في اللغات التقليدية، والتعبير عن المشكلة بلغة الذكاء الاصطناعي والتي تتحول إلى إجراءات خلال التنفيذ، وبهذا لا يكون على المبرمج أن يعرف مسبقا الحل أو النتيجة.
ومن هذا تبين انه ليس كل نظام خبير يستند إلى قاعدة المعرفة هو نظام خبير ولكن أن يمتلك القدرة على التفسير والوصول إلى القرارات وطلب معلومات إضافية كما يفعل الإنسان الخبير في عملية التفسير والتحليل والتحري وخاصة في المجالات التي تكون فيها الحقائق كاملة أو غير أكيدة.
 

المصادر

ــــــــــــ
(*) طالبة ماجستير- الكلية التقنية الإدارية/ بغداد
 

اولا: المصادر العربية
1. الشرمان، زياد محمد، 2004، مقدمة في نظم المعلومات الادارية MIS، الطبعة الأولى، (عمان: دار صفاء).
 

ثانيا: المصادر الأجنبية
1. Turban, Efraim, and Mclean, Ephraim, and Wetherbe, James, 2002, Information Technology for Management,3rd Ed.,(Danvers, MA: John Wiley & Sons).
2. Turban, Efraim, and Aronson, Jay E., 2001, DECISION SUPPORT SYSTEMS and INTELLIGENT SYSTEMS, 6th ed., (New Jersey: Prentice-Hall).
3. Post, Gerald V., and Anderson David L., 2000, Management Information Systems, 2nd Ed.,(USA: Mc Graw-Hill).

ثالثا: الانترنيت
1) http://en.wikipedia.org/wiki/Expert_system

2) http://www.eiu.edu/~hgreen/ch12.ppt

3) http://www.bus.iastate.edu/amt/Readings/MIS330/chap009.ppt

http://www.c4arab.com/showac.php?acid=661(4

5) http://www.c4arab.com/showac.php?acid=494