Um sistema especialista é um programa de computador projetado para resolver problemas complexos e fornecer capacidade de tomada de decisão como um especialista humano. Ele faz isso extraindo conhecimento de sua base de conhecimento usando regras de raciocínio e inferência de acordo com as consultas do usuário.

O sistema especialista faz parte da IA, e o primeiro ES foi desenvolvido no ano de 1970, que foi a primeira abordagem bem-sucedida de inteligência artificial. Ele resolve os problemas mais complexos como especialista, extraindo o conhecimento armazenado em sua base de conhecimento. O sistema auxilia na tomada de decisão para problemas compsex utilizando fatos e heurísticas como um especialista humano . É assim chamado porque contém o conhecimento especializado de um domínio específico e pode resolver qualquer problema complexo desse domínio específico. Esses sistemas são projetados para um domínio específico, como medicina, ciência, etc.

O desempenho de um sistema especialista é baseado no conhecimento do especialista armazenado em sua base de conhecimento. Quanto mais conhecimento armazenado na KB, mais o sistema melhora seu desempenho. Um dos exemplos comuns de ES é a sugestão de erros ortográficos ao digitar na caixa de pesquisa do Google.

Abaixo está o diagrama de blocos que representa o funcionamento de um sistema especialista:

Nota: É importante lembrar que um sistema especialista não é utilizado para substituir os especialistas humanos; em vez disso, é usado para ajudar o ser humano a tomar uma decisão complexa. Esses sistemas não possuem capacidades humanas de pensar e trabalhar com base na base de conhecimento de um domínio específico.

Abaixo estão alguns exemplos populares do Sistema Especialista:

DENDRAL:Foi um projeto de inteligência artificial feito como um sistema especialista em análises químicas. Foi usado em química orgânica para detectar moléculas orgânicas desconhecidas com a ajuda de seus espectros de massa e base de conhecimento de química.MICIN:Foi um dos primeiros sistemas especialistas de encadeamento reverso projetado para encontrar bactérias que causam infecções como bacteremia e meningite. Também foi utilizado para recomendação de antibióticos e diagnóstico de doenças de coagulação sanguínea.PXDES:É um sistema especialista usado para determinar o tipo e o nível do câncer de pulmão. Para determinar a doença, é tirada uma foto da parte superior do corpo, que se parece com uma sombra. Esta sombra identifica o tipo e o grau do dano.Cadete:O sistema especialista CaDet é um sistema de apoio diagnóstico que pode detectar o câncer em estágios iniciais.

Características do Sistema Especialista

Alta performance:O sistema especialista oferece alto desempenho para resolver qualquer tipo de problema complexo de um domínio específico com alta eficiência e precisão.Compreensível:Ele responde de uma forma que pode ser facilmente compreensível pelo usuário. Ele pode receber informações em linguagem humana e fornecer a saída da mesma maneira.Confiável:É muito confiável para gerar uma saída eficiente e precisa.Altamente responsivo:ES fornece o resultado para qualquer consulta complexa em um período muito curto de tempo.

Componentes do Sistema Especialista

Um sistema especialista consiste principalmente em três componentes:

Interface de usuário Motor de inferência Base de conhecimento

1. Interface do usuário

Com a ajuda de uma interface de usuário, o sistema especialista interage com o usuário, recebe as consultas como entrada em um formato legível e as passa para o mecanismo de inferência. Após obter a resposta do mecanismo de inferência, ele exibe a saída ao usuário. Em outras palavras, é uma interface que ajuda um usuário não especialista a se comunicar com o sistema especialista para encontrar uma solução .

2. Motor de Inferência (Regras do Motor)

• O mecanismo de inferência é conhecido como o cérebro do sistema especialista, pois é a principal unidade de processamento do sistema. Aplica regras de inferência à base de conhecimento para derivar uma conclusão ou deduzir novas informações. Ajuda a obter uma solução livre de erros para as dúvidas feitas pelo usuário.
• Com a ajuda de um mecanismo de inferência, o sistema extrai o conhecimento da base de conhecimento.
• Existem dois tipos de mecanismo de inferência:
Mecanismo de inferência determinística:As conclusões tiradas deste tipo de mecanismo de inferência são consideradas verdadeiras. É baseado em fatos e regras .Mecanismo de inferência probabilística:Este tipo de mecanismo de inferência contém incerteza nas conclusões e é baseado na probabilidade.

O mecanismo de inferência usa os modos abaixo para derivar as soluções:

Encadeamento direto:Parte dos fatos e regras conhecidos e aplica as regras de inferência para adicionar suas conclusões aos fatos conhecidos.Encadeamento reverso:É um método de raciocínio inverso que parte do objetivo e trabalha de trás para frente para provar os fatos conhecidos.

3. Base de Conhecimento

• A base de conhecimento é um tipo de armazenamento que armazena o conhecimento adquirido de diferentes especialistas de um determinado domínio. É considerado um grande armazenamento de conhecimento. Quanto maior a base de conhecimento, mais preciso será o Sistema Especialista.
• É semelhante a um banco de dados que contém informações e regras de um determinado domínio ou assunto.
• Também se pode ver a base de conhecimento como coleções de objetos e seus atributos. Tal como um Leão é um objeto e seus atributos são: é um mamífero, não é um animal doméstico, etc.

Componentes da Base de Conhecimento

Conhecimento factual:O conhecimento baseado em fatos e aceito pelos engenheiros do conhecimento está incluído no conhecimento factual.Conhecimento Heurístico:Esse conhecimento é baseado na prática, na capacidade de adivinhação, na avaliação e nas experiências.

Representação do Conhecimento: É usado para formalizar o conhecimento armazenado na base de conhecimento usando as regras If-else.

Aquisições de conhecimento: É o processo de extrair, organizar e estruturar o conhecimento do domínio, especificando as regras para adquirir o conhecimento de vários especialistas e armazenar esse conhecimento na base de conhecimento.

Desenvolvimento de Sistema Especialista

Aqui, explicaremos o funcionamento de um sistema especialista tomando como exemplo o MYCIN ES. Abaixo estão algumas etapas para construir um MYCIN:

• Em primeiro lugar, os SE devem ser alimentados com conhecimentos especializados. No caso do MYCIN, especialistas humanos especializados na área médica de infecções bacterianas fornecem informações sobre as causas, sintomas e outros conhecimentos nesse domínio.
• A KB do MYCIN foi atualizada com sucesso. Para testá-lo, o médico apresenta um novo problema. O problema é identificar a presença da bactéria inserindo os detalhes de um paciente, incluindo sintomas, condição atual e histórico médico.
• O SE necessitará de um questionário a ser preenchido pelo paciente para saber as informações gerais sobre o paciente, como sexo, idade, etc.
• Agora o sistema coletou todas as informações, portanto encontrará a solução para o problema aplicando regras se-então usando o mecanismo de inferência e utilizando os fatos armazenados na KB.
• Ao final, fornecerá uma resposta ao paciente por meio da interface do usuário.

Participantes no desenvolvimento do Sistema Especialista

Existem três participantes principais na construção do Sistema Especialista:

Especialista:O sucesso de um SE depende muito do conhecimento fornecido por especialistas humanos. Esses especialistas são aquelas pessoas especializadas nesse domínio específico.Engenheiro do Conhecimento:Engenheiro do conhecimento é a pessoa que reúne o conhecimento dos especialistas do domínio e então codifica esse conhecimento no sistema de acordo com o formalismo.Usuário final:Trata-se de uma determinada pessoa ou grupo de pessoas que podem não ser especialistas, e trabalhar no sistema especialista precisa de solução ou aconselhamento para suas dúvidas, que são complexas.

Por que sistema especialista?

Antes de utilizar qualquer tecnologia, devemos ter uma ideia do porquê de utilizar essa tecnologia e, portanto, o mesmo para o ES. Embora tenhamos especialistas humanos em todas as áreas, qual é a necessidade de desenvolver um sistema baseado em computador? Abaixo estão os pontos que descrevem a necessidade do ES:

Sem limitações de memória:Ele pode armazenar quantos dados forem necessários e memorizá-los no momento de sua aplicação. Mas para especialistas humanos, existem algumas limitações para memorizar todas as coisas ao mesmo tempo.Alta eficiência:Se a base de conhecimento for atualizada com o conhecimento correto, ela fornecerá um resultado altamente eficiente, o que pode não ser possível para um ser humano.Experiência em um domínio:Existem muitos especialistas humanos em cada domínio, e todos eles têm habilidades, experiências e habilidades diferentes, por isso não é fácil obter um resultado final para a consulta. Mas se colocarmos o conhecimento adquirido de especialistas humanos no sistema especialista, então ele fornece um resultado eficiente ao misturar todos os fatos e conhecimentosNão afetado pelas emoções:Estes sistemas não são afetados pelas emoções humanas como fadiga, raiva, depressão, ansiedade, etc. Assim o desempenho permanece constante.Alta seguranca:Esses sistemas oferecem alta segurança para solucionar qualquer dúvida.Considera todos os fatos:Para responder a qualquer consulta, verifica e considera todos os factos disponíveis e fornece o resultado correspondente. Mas é possível que um especialista humano não considere alguns fatos por qualquer motivo.Atualizações regulares melhoram o desempenho:Se houver algum problema no resultado fornecido pelos sistemas especialistas, podemos melhorar o desempenho do sistema atualizando a base de conhecimento.

Capacidades do Sistema Especialista

Abaixo estão alguns recursos de um Sistema Especialista:

Avisando:É capaz de assessorar o ser humano na consulta de qualquer domínio do ES específico.Fornece recursos de tomada de decisão:Ele fornece a capacidade de tomada de decisão em qualquer domínio, como para tomar qualquer decisão financeira, decisões em ciências médicas, etc.Demonstre um dispositivo:É capaz de demonstrar quaisquer novos produtos, como suas características, especificações, como usar esse produto, etc.Solução de problemas:Possui capacidade de resolução de problemas.Explicando um problema:Também é capaz de fornecer uma descrição detalhada de um problema de entrada.Interpretando a entrada:É capaz de interpretar a entrada fornecida pelo usuário.Previsão de resultados:Pode ser usado para prever um resultado.Diagnóstico:Um ES projetado para a área médica é capaz de diagnosticar uma doença sem usar vários componentes, pois já contém diversas ferramentas médicas integradas.

Vantagens do Sistema Especialista

• Esses sistemas são altamente reprodutíveis.
• Eles podem ser usados ​​em locais de risco onde a presença humana não é segura.
• As possibilidades de erro são menores se a KB contiver conhecimento correto.
• O desempenho destes sistemas permanece estável, pois não é afetado por emoções, tensão ou fadiga.
• Eles fornecem uma velocidade muito alta para responder a uma consulta específica.

Limitações do Sistema Especialista

• A resposta do sistema especialista pode ficar errada se a base de conhecimento contiver informações erradas.
• Tal como um ser humano, não consegue produzir resultados criativos para diferentes cenários.
• Seus custos de manutenção e desenvolvimento são muito elevados.
• A aquisição de conhecimento para projetar é muito difícil.
• Para cada domínio exigimos um ES específico, o que é uma das grandes limitações.
• Ele não pode aprender sozinho e, portanto, requer atualizações manuais.

Aplicações do Sistema Especialista

No domínio de design e fabricação
Pode ser amplamente utilizado para projetar e fabricar dispositivos físicos, como lentes de câmeras e automóveis.No domínio do conhecimento
Esses sistemas são usados ​​principalmente para publicar o conhecimento relevante aos usuários. Os dois ES populares usados ​​para este domínio são um consultor e um consultor fiscal.No domínio financeiro
No setor financeiro, é usado para detectar qualquer tipo de possível fraude, atividade suspeita e avisar aos banqueiros se devem ou não conceder empréstimos para negócios.No diagnóstico e solução de problemas de dispositivos
No diagnóstico médico é utilizado o sistema ES, tendo sido a primeira área onde estes sistemas foram utilizados.Planejamento e Agendamento
Os sistemas especialistas também podem ser usados ​​para planejar e programar algumas tarefas específicas para atingir o objetivo dessa tarefa.