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PADERBORN
Projektgruppe KIMAS
Case-based Reasoning
5.9.2003
Li Liu
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Projektgruppe KIMAS - CBR 2/32
Gliederung
1. Case-based Reasoning 2. Retrieval
2.1 Fallrepräsentation2.2 Ähnlichkeitsbestimmung
3. Revise4. Reuse5. Retain6. Fazit
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Projektgruppe KIMAS - CBR 3/32
CBR
Künstliche Intelligenz reasoning by remembering Zielfall (target case): zu lösendes
Problem/Fall Basisfall (base case): Problem/Fall mit
Lösung im Speicher CBR-System sucht einen Basisfall mittels
des Zielfalls und löst das Zielproblem mit Hilfe der Lösung des Basisfalls.
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Projektgruppe KIMAS - CBR 4/32
Ein einfaches Beispiel von CBR
ZielfallBasisfall
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Projektgruppe KIMAS - CBR 5/32
CBR-Modell
Zielfall
Basisfall
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Projektgruppe KIMAS - CBR 6/32
Auszüge der Geschichte von CBR
1977 USA: R. Schrank, Uni. Yale, Dynamic Memory Theory
1983 USA: J. Kolodner, CYRUS, erstes implementiertes System, Frage-Antwort-System
Seit 1998: zunehmendes Interesse in USA
1988-1991 Deutschland: M. Richter, Universität Kaiserslautern, komplexe technische Diagnose in MOLTKE
Seit 1991: zunehmendes Interesse in Europa
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Projektgruppe KIMAS - CBR 7/32
Zyklus des CBRs
Retrieve:• Finde einen ähnlichen
Fall bzw. eine Menge ähnlicher Fälle
Reuse:• Lösung übertragen und
anpassen
Revise:• Lösung
überprüfen/verbessern Retain:
• gemachte Erfahrung speichern
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Projektgruppe KIMAS - CBR 8/32
Fallrepräsentation
Was ist ein Fall? Ein Stück Wissen in Kontext, das eine
Erfahrung repräsentiert Beschreibt einen speziellen Fall Unabhängig von anderen Fällen Keine Regel!
Problem
Solution
Case 001
more informations
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Projektgruppe KIMAS - CBR 9/32
Repräsentationsformalismen
Wichtig in CBR Attribut-Wert-Paare:
Typ: Integer, String, Datum, Hyperlink etc.
Beispiel: Preis: 80,99 Euro
Formalisierungsregeln der Fälle möglichst identisch
Eindeutige Lösung für jedes Problem Adaptierter Fall als neuen Fall mit neuer Lösung
einfügen
WertAttribut
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Projektgruppe KIMAS - CBR 10/32
Beispiel für Fallrepräsentation
Feste Attributmenge:
Problem (Symptome):- Fehler: Fernlicht funktioniert nicht- PKW Typ: VW Golf II, 1,6 L- Baujahr: unbekannt- Batteriespannung: 13,6 V- Zustand der Scheinwerfer: unbekannt- Sichtprüfung Lichtschalter: OK (klickt)
Lösung:- Diagnose: Fernlichtsicherung defekt- Abhilfe: Fernlichtsicherung austauschen
CASE
1
Problem (Symptome):- Fehler: Fernlicht funktioniert nicht- PKW Typ: VW Golf II, 1,6 L- Baujahr: unbekannt- Batteriespannung: 13,6 V- Zustand der Scheinwerfer: unbekannt- Sichtprüfung Lichtschalter: OK (klickt)
Lösung:- Diagnose: Fernlichtsicherung defekt- Abhilfe: Fernlichtsicherung austauschen
CASE
1
Variable Attributmenge:
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Projektgruppe KIMAS - CBR 11/32
Ähnlichkeitsbestimmung
Zentraler Begriff in CBR
Parameter: Ci Problembeschreibungen für Fall i
SIM(C1,C2) Ähnlichkeitsmaß zwischen Fall 1 und Fall 2 p Anzahl der Attribute wj Gewicht (weight) des Attributes j
simj Ähnlichkeit (similarity) für Attribut j
p
jj
p
jjj
w
CCsimw
CCSIM
1
1
2,1
2,1
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Projektgruppe KIMAS - CBR 12/32
Vergleich das neue Problem mit Fall 1
SIM(new, Case1) = [ 6*0.8 + 1*0.4 + 1*0.6 + 6*0.9 + 6* 1.0 ] / 20 = 0.86
Problem (Symptome):- Fehler: Abblendlicht funktioniert nicht- PKW Typ: VW Golf II, 1,6 L- Baujahr: 1993- Batteriespannung: 13,6 V- Zustand der Scheinwerfer: OK- Sichtprüfung Lichtschalter: OK (klickt)
Lösung:- Diagnose: Abblendlichtsicherung defekt- Abhilfe: Abblendlichtsicherung austauschen
Problem (Symptome):- Problem: Bremslicht funktioniert nicht- PKW Typ: Audi 80- Baujahr: 1989- Batteriespannung: 12,6 V- Zustand der Scheinwerfer: OK
Ähnlichkeit
1 0
Sehr wichtiges Attribut: w = 6Weniger wichtiges Attribut: w = 1
0,8
0,4
0,90,6
1,0
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Projektgruppe KIMAS - CBR 13/32
Vergleich das neue Problem mit Fall 2
SIM(new, Case1) = [ 6*0.8 + 1*0.8 + 1*0.4 + 6*0.95 + 6*0 ] / 20 = 0.585
Fall 1 ist ähnlicher wegen „Zustand der Scheinwerfer“.
Problem (Symptome):- Fehler: Abblendlicht funktioniert nicht- PKW Typ: Audi A6- Baujahr: 1995- Batteriespannung: 12,9 V- Zustand der Scheinwerfer: Oberfläche beschädigt- Sichtprüfung Lichtschalter: OK (klickt)
Lösung:- Diagnose: Glühbirne defekt- Abhilfe: Abblendlicht austauschen
Problem (Symptome):- Problem: Bremslicht funktioniert nicht- PKW Typ: Audi 80- Baujahr: 1989- Batteriespannung: 12,6 V- Zustand der Scheinwerfer: OK
Ähnlichkeit
1 0
Sehr wichtiges Attribut: w = 6Weniger wichtiges Attribut: w = 1
0,8
0,8
0,950,4
0
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Projektgruppe KIMAS - CBR 14/32
Retrieval
Suche die ähnlichsten Erfahrungen (Fälle) im Speicher.
Beispiel: - Auto kaufen: Silber, Navigationssystem,
großer Kofferraum, Seitenairbags, 4-Motions, Diesel, < 30,000 Euro.
- Suche mit SQL-Anfrage- Kein solches Auto! - Ändern die Kriterien- Der Kunde möchte nur die Automodelle
sehen, die den meisten Kriterien genügen.
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Projektgruppe KIMAS - CBR 15/32
nearest-neighbour retrieval
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Projektgruppe KIMAS - CBR 16/32
Zyklus des CBRs
Retrieve:• Finde einen ähnlichen
Fall bzw. eine Menge ähnlicher Fälle
Reuse:• Lösung übertragen und
anpassen
Revise:• Lösung
überprüfen/verbessern Retain:
• gemachte Erfahrung speichern
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Projektgruppe KIMAS - CBR 17/32
Reuse
Wichtige Information: - Ähnlichkeit zwischen dem alten und neuen
Modell - übertragbare Teile
Kopieren
Anpassen
1. Wiederverwendung der alten Lösung (transformational reuse)
2. Wiederverwendung der alten Methoden (derivational reuse)
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Projektgruppe KIMAS - CBR 18/32
Reuse die Lösung vom Fall 1
Problem (Symptome):- Fehler: Abblendlicht funktioniert nicht- ...
Lösung:- Diagnose: Abblendlichtsicherung defekt- Abhilfe: Abblendlichtsicherung austauschen
Problem (Symptome):- Problem: Bremslicht funktioniert nicht- PKW Typ: Audi 80- Baujahr: 1989- Batteriespannung: 12,6 V- Zustand der Scheinwerfer: OK
CASE
1
Neue Lösung:- Diagnose: Bremslichtsicherung defekt- Abhilfe: Bremslichtsicherung austauschen
Lösung adaptieren
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Projektgruppe KIMAS - CBR 19/32
Zyklus des CBRs
Retrieve:• Finde einen ähnlichen
Fall bzw. eine Menge ähnlicher Fälle
Reuse:• Lösung übertragen und
anpassen
Revise:• Lösung
überprüfen/verbessern Retain:
• gemachte Erfahrung speichern
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Projektgruppe KIMAS - CBR 20/32
Revise
Bewertung des Falles durch:• Feedback nach Durchlauf• Bewertung von Experten
Kriterien: • Korrektheit der Lösung• Qualität der Lösung • anderes
Reparatur des Fehlers• Fehler erkennen • Fehler verbessern
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Projektgruppe KIMAS - CBR 21/32
Zyklus des CBRs
Retrieve:• Finde einen ähnlichen
Fall bzw. eine Menge ähnlicher Fälle
Reuse:• Lösung übertragen und
anpassen
Revise:• Lösung
überprüfen/verbessern Retain:
• gemachte Erfahrung speichern
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Projektgruppe KIMAS - CBR 22/32
Retain (Lernen) 1
Lernen von jedem Schritt: • Neue Erfahrung• Verbesserte Ähnlichkeit und wichtige Attribute
Bestimmung• Organisation/Indizieren der Datenbanken• Wissen von Adaption der Lösungen• Löschen der überflüssigen/ungültigen Fälle
Wissensbehälter (Richter, 1995):• Vokabular (benutzte Attribute)• Falldatenbank • Ähnlichkeitsbestimmung• Lösungsadaption
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Projektgruppe KIMAS - CBR 23/32
Retain 2
Fall aktualisieren, egal, wie das Problem gelöst wurde.
alten Fall erweitern neuen Fall konstruieren ungültigen/überflüssigen Fall löschen
Problem (Symptome):- Fehler: Bremslicht funktioniert nicht- PKW Typ: Audi 80- Baujahr: 1989- Batteriespannung: 12,6 V- Zustand der Scheinwerfer: OK- Sichtprüfung Lichtschalter: OK
Lösung:- Diagnose: Bremslichtsicherung defekt- Abhilfe: Bremslichtsicherung austauschen
CASE
3
Problem (Symptome):- Fehler: Bremslicht funktioniert nicht- PKW Typ: Audi 80- Baujahr: 1989- Batteriespannung: 12,6 V- Zustand der Scheinwerfer: OK- Sichtprüfung Lichtschalter: OK
Lösung:- Diagnose: Bremslichtsicherung defekt- Abhilfe: Bremslichtsicherung austauschen
CASE
3
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Projektgruppe KIMAS - CBR 24/32
Applikationsbeispiele 1
Expertensystem für Hühneraufzucht: • Speisekarten für Eierhühner nach dem Wissen
von Nahrung und Futter, • Falldatenbank und
Speiseadaptionsregeldatenbank
Landwirtschaftliche Expertenentscheidungssystem: • hohe Maisproduktion: Sortenkombinationen,
Düngeplanung und Feldmanagementmethode • Expertensystem der Diagnose für
Schweinekrankheiten.
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Projektgruppe KIMAS - CBR 25/32
Applikationsbeispiele 2
Entscheidungshilfe bei Gericht:
• Ersten Beurteilungsentwurf erstellen
• Warnen vor möglichen falschen Anwendungen des Gesetzes
• Richtigkeit im Test in Taiwan über 90%
• Case-based Reasoning und Rule-based Reasoning Techniken zusammen eingesetzt
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Projektgruppe KIMAS - CBR 26/32
Applikationsbeispiele 3
Militärische Anwendungsforschung in militärischen Szenarien (Krieg auf Papier):
• Case-based Reasoning kombiniert mit Group Decision Support System
• „Case-based Group Decision Support System“
• Ziel: militärische Simulation und Training gemeinsam anzubieten
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Projektgruppe KIMAS - CBR 27/32
Applikationsbeispiele 4
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Projektgruppe KIMAS - CBR 28/32
Applikationsbeispiele 5
Baudesign Übersetzungsmaschinen Kostenschätzungen
Online-Demos:http://www.empolis.de/products/prod_dem.asp • CarSmart• SmartCooking
Beispielprodukt: http://www.empolis.de/technology/tech_cas.asp
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Projektgruppe KIMAS - CBR 29/32
Software-Tools
ART*Enterprise Case-1 CaseAdvisor CasePower Eclipes - The Easy Reasoner CBR3 KATE ReCall
http://www.cbr-web.org
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Projektgruppe KIMAS - CBR 30/32
Anwendungsmöglichkeiten in KIMAS
Bot stellt Anfrage an CBR, was zu tun ist. Wenn unterlegen, Hilfe von anderen Bots
holen oder weglaufen und regenerieren? Wie weglaufen? …
Intelligente Bots
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Projektgruppe KIMAS - CBR 31/32
Fazit von CBR
Input: vorhandene Information Output: möglichst passende Lösung
Einfach zu benutzen: • Problembeschreibung mit natürlicher Sprache • auch für Nicht-Experten möglich
Funktioniert auch bei unvollständig vorhandenem Wissen
Akkumulator von Wissen Wissen in der Falldatenbank einfach zu updaten
und warten
Anfängliche Modellierung der Fälle und Ähnlichkeit sind wichtig.
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Projektgruppe KIMAS - CBR 32/32
Literatur
Janet Kolodner: Case-based Reasoning, Morgan Kaufmann, 1993
Watson, Ian: Applying case-based reasoning: Techniques for enterprise Systems, Morgan Kaumann Publishers, California, 1997
Lenz, Bartsch-Spörl, Burkhard, Wess. Case-Based Reasoning Technology: From Foundations to Applications, Springer-Verlag, 1998
Bergmann, Ralph: Grundlagen Fallbasierter Systeme, WS99/20, http://wwwagr.informatik.uni-kl.de/~bergmann/CBRVL2k/
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