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Evaluation hybrider Expertensystemtools

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1. ProKappa Forward Backward Chaining sequentielle Abarbeitung von Regeln e Priorit tenangabe f r Regelabarbeitung nur im Regeltext m glich e Constraintpropagierung ber bis zu 9 verschiedenen L sungsstrategien active values ber Behaviors programmierbar Objektorientierte Programmierung active values frei programmierbar e erweiterbare und konfigurierbare Inferenzstrategien Steuerung der Regeln in Common Lisp programmierbar objektorientierte Programmierung active values frei programmierbar e Agendamechanismus zur Proze simulation Verarbeitung verschiedener Zeitrepr sentationen regelbasierte Probleml sungsstrategien OPS5 und PROLOG im Objektsystem integriert Objektorientierte Programmierung C Code frei integrierbar keine benutzerdefinierbaren Inferenzstrategien Regelmenge kann mit Hilfe von Marz 1993 Evaluation hybrider Expertensystemtools 47 ROCK Visualisierung babylon Knowledge Craft ProKappa ROCK Besonderheiten M rz 1993 C bzw ProTalk berechnet und der Inferenzmaschine bergeben werden dynamisches Erzeugen bzw L schen von Objekten auf beiden Regelseiten m glich Objektorientierte Programmierung in C e Integrated Frame Base IFB erlaubt Zugriff auf externe Objekte active values frei programmierbar e Steuerung der Vererbungsstrategie durch Funktionen kein Regelinter preter Graphische Entwicklungsoberfl che mit verschiedenen Browsern
2. ere Anwendun gen wie z B medizinische Diagnose nur unter Verwendung eines zus tzlichen Moduls der KEE Produktfamilie in performante Laufzeitsysteme transformiert werden Dar ber hinaus werden weitere Erg nzungsmodule zur KEE Entwicklungsumgebung angeboten die je nach Anwendung sinnvolle Erweiterungen darstellen z B Datenbankanschlu M rz 1993 16 Evaluation hybrider Expertensystemtools 3 2 Produktarchitektur KEE basiert auf Common Lisp und stellt dessen vollen Befehlssatz sowie einen sehr gro en Teil der Funktionen zur Verf gung aus welchen KEE selbst besteht Somit k nnen selbstdefinierte Funktionen problemlos eingebunden werden Den Kern von KEE bildet das objektorientierte Programmieren Dieses umfa t eine m chtige Framerepr sentation Methoden und D monen Mehrere Wissensbasen k nnen problemlos gleichzeitig gehandhabt werden KEE selbst besteht zu einem gro en Teil aus KEE Wissensbasen So sind z B die Vererbungs und Inferenzstrategien als Objekte in bestimmten Systemwissensbasen repr sentiert Diese Systemwissensbasen stehen dem Benutzer zur Modifikation und Erg nzung offen Die Produktarchitektur von KEE ist in der folgenden Abbildung dargestellt Activelmages Active Values objektorientiertes Programmieren Common Windows Common Lisp Abb 2 Die Systemarchitektur von KEE nach KEE User s Guide IntelliCorp Inc Das Assumption based Truth Maintenance System ATMS welches in
3. rgernis und es ist schwer anhand des Index Informationen zu einem Thema zu finden Zur Qualit t des Support von ROCK kann keine Aussage getroffen werden da er w hrend der Testphase nicht in Anspruch genommen wurde 6 7 Zusammenfassende Bewertung Die Repr sentations und Manipulationsm glichkeiten von Framehierarchien in ROCK sind sehr m chtig und erf llen hohe Anforderungen Im Vergleich zu Lisp Systemen ist der Zwang zur Typdeklaration st rend er ist aber im Interesse einer schnelleren Abarbeitung einsichtig Durch die IFB und die M glichkeit der Kontexte erscheint es realisierbar eine Hierarchie von Wissensbasen aufzubauen Zur Systemsicherheit ist folgendes zu bemerken W hrend der Verarbeitung von Objekthierarchien im Gegensatz zum Laden von Objekt Definition Files war kein Absturz des Systems zu verzeichnen Das System lie sich aber nach einer Arbeitsphase nicht zur cksetzen vielmehr war ein Neustart erforderlich Die Qualit t von Fehlermeldungen in ROCK ist gut beim Kompilieren werden die normalen Fehlermeldungen des Compilers ausgegeben Das Fehlen einer Regelkomponente sowie einiger Tools zur Unterst tzung der Interaktion zwischen System und Entwickler z B graphische Aufbereitung der Framehierarchie sind die entscheidenden Schw chen von ROCK ROCK allein ist in der derzeitigen Version sicher nicht geeignet um ein komplexes Expertensystem mit aufwendigen Wissensverarbeitungsprozessen zu rea
4. Version 2 0 DRAFT IntelliCorp Inc Publication No PK2 0 DA 1 Juni 1991 54 Evaluation hybrider Expertensystemtools ROCK Software Functional Specification Software Functional Specification Knowledge Representation Data Management IMKA Phase 1 Knowledge Representation Draft Version 2 1 Carnegie Group Inc Digital Equipment Corporation Ford Motor Company Texas Instruments Incorporated U S West Inc Juli 1990 ROCK Version 2 1 Carnegie Group Inc Digital Equipment Corporation Ford Motor Company Texas Instruments Incorporated U S West Inc Oktober 1991 Application Developer s Manual Part I ROCK Version 2 1 Carnegie Group Inc Digital Equipment Corporation Ford Motor Company Texas Instruments Incorporated U S West Inc Oktober 1991 Application Developer s Manual Part I ROCK Version 2 1 Carnegie Group Inc Digital Equipment Corporation Ford Motor Company Texas Instruments Incorporated U S West Inc Oktober 1991 M rz 1993
5. chst nur interpretiert wohingegen ProTalk Code beim Laden in ANSI C bersetzt und anschlie end als C Code interpretiert wird ProKappa erweitert ANSI C um einen Objektmanager und einen Regelmanager und um die f r die objektorientierte Programmierung n tigen Datentypen Des weiteren sind Tools zur Entwicklung eines graphischen Endbenutzerinterfaces vorhanden Es steht ein Compiler zur Verf gung der M rz 1993 34 Evaluation hybrider Expertensystemtools ProKappa C und ProTalk in ANSI C bersetzt das dann mit einem beliebigen ANSI C Compiler zu einer lauff higen Version kompiliert werden kann Application Interactive Developer Interface Interactive C Environment Object Engine RDBMS Database Relational Mapping Data Base Data Access System ActiveImages User Graphics Substrate Abb 4 Die Systemarchitektur von ProKappa nach ProKappa User s Guide IntelliCorp Inc In ProKappa sind nicht alle Konstrukte sind als Objekte Frames definierbar und entsprechend manipulierbar Regeln werden nicht als Objekte sondern in der ProKappa spezifischen Sprache ProTalk repr sentiert weitere Konstrukte wie Application gt Module usw k nnen als Objekte definiert werden 5 3 Wissensrepr sentationsformalismen ProKappa stellt Objekte als einen framebasierten Formalismus zur Repr sentation von Wissen bereit Diese k nnen Daten oder Behaviours beinhalten Das Objekt
6. d h nicht ben tigte Funktionalit t mu sich effektiv ausblenden lassen so da ein bedarfsgerechtes Subsystem generiert werden kann M rz 1993 6 Evaluation hybrider Expertensystemtools 2 Evaluation von babylon babylon ist ein hybrides auf LISP basierendes Programmierwerkzeug das in erster Linie f r industrielle Anwendungen der k nstlichen Intelligenz vorgesehen ist Grundlage der Entwick lung war die von der Forschungsgruppe Expertensysteme der GMD entwickelte KI Werkbank babylon die grundlegende Repr sentationsformalismen umfa t 2 1 Produktbeschreibung Die Babylon Version der GMD wurde zun chst nur ohne graphische Etnwicklungsoberfl che angeboten Dieses Defizit ist bei der berarbeitung dieser Version durch die VW Gedas GmbH zu einem graphisch unterst tzten Expertensystem Tools f r Workstations behoben worden Dabei entstand allerdings ein stark ver ndertes Produkt babylon Syntax und Semantik der Basissprache wurden modifiziert und zum Teil eingeschr nkt Dennoch blieb die Offenheit des Systems soweit erhalten da auch weiterhin Modifikationen der Meta Repr sentationsebene m glich sind babylon bietet die M glichkeit eine auf Fenstern Ikonen und Men s basierende Endbenutzer schnittstelle zu schaffen die sich auch zum Testen des entwickelten Systems in der endg ltigen Benutzerumgebung eignet Die babylon zugrundeliegende Programmiersprache ist Lisp dies stellt auch die Basis der Re p
7. glichkeiten zur Verf gung stellt Bei der Bewertung von KEE ist es wichtig zu ber cksichtigen da die KEE Produktfamilie Zusatzmodule beinhaltet die ber das hier dargestellte hinausgehende M glichkeiten anbieten So sind ein Simulationsmodul eine Datenbank und eine C Schnittstelle sowie ein Konfigurations und ein Runtime Modul erh ltlich Getestet wurde hier allerdings nur die Entwicklungsversion ohne Zusatzmodule 3 1 Produktbeschreibung KEE wird von der Firma IntelliCorp Inc USA produziert und wird in Deutschland von der Filiale IntelliCorp GmbH in M nchen vertrieben und unterst tzt KEE ist f r folgenden Platt formen erh ltlich Sun Sparc Familie Sun OS 4 1 2 HP 700 amp 800 HP UX 8 07 oder 9 0 HP 300 amp 400 HP UX 8 07 und IBM RS 6000 AIX 3 2 2 Nach eigenen Aussagen wird IntelliCorp allerdings zuk nftig den Entwicklungsschwerpunkt auf die Produktfamilien Kappa und ProKappa legen und geht von einem Auslaufen der Maintenance von KEE innerhalb der n chsten f nf Jahre aus Die von KEE unterst tzten Konstrukte sind Frames objektorientiertes Programmieren Methoden D monen Regeln mit Vorw rts und R ckw rtsverkettung ein Truth Main tenance System und multiple Welten Zus tzlich werden umfangreiche Farbgrafikm glichkeiten zur Verf gung gestellt Unter KEE steht prinzipiell der volle Befehlssatz von Common Lisp zur Verf gung Aufgrund der Komplexit t der Entwicklungsumgebung von KEE k nnen gr
8. Funktionen eigenen Vererbungs mechanismen sowie eine Path Grammatik bereit CRL bietet gleichfalls eine Unterst tzung zur Dokumentation und autorenspezifischen Versionsverwaltung der generierten Repr sentationskonstrukte Das Hilfsmittel zur getrennten Darstellung von Information ber die anwendungseigenen Wissenskonstrukte wird als meta knowledge bezeichnet welches zu diesem Zweck meta schemata meta slots und meta values bereitstellt Zur Darstellung multipler Welten werden innerhalb CRL Kontexte contexts bereitgestellt die folgende Funktionen umsetzen Simulation unterschiedlicher Hypothesen Versionsverwaltung unterschiedlicher Wissensbasen Kontexte stellen virtuelle Kopien von Teil Wissensbasen dar Kontexte werden baumartig hierarchisiert so da ein untergeordneter Kontext child context maximal alle Schemata seines direkt bergeordneten Kontextes ancestor context erben kann Schemata sind in einem child context nur dann explizit zu definieren wenn sie nur hier ben tigt werden Alle Manipulations M rz 1993 28 Evaluation hybrider Expertensystemtools m glichkeiten von Schemata stehen ebenfalls in Kontexten zur Verf gung Zur Vermeidung von Inkonsistenzen sollten Manipulationen nur in Kontexten die keine untergeordneten Kontexte besitzen vorgenommen werden Kontexte k nnen erzeugt kopiert zusammen gesetzt berlagert und gel scht werden In CRL ist ebenfalls die objektorientierte Programmie
9. Meta Knowledge Hierarchie k nnen Frames Slots oder Slotwerten der eigentlichen Objekthierarchie zugeordnet werden Meta Knowledge kann dazu benutzt werden Erweiterungen wie z B Repr sentation und Verwaltung von Unsicherheiten Constraint Propagation oder Wertrestriktionen zu implementieren M rz 1993 Evaluation hybrider Expertensystemtools 43 6 4 Inferenzmechanismen und Kontrollfunktionen Der Entwickler kann selbst Relationen definieren und sehr genau steuern welche Slots entlang der dadurch bewirkten Bez ge Links vererbt werden alle keine alle einer expliziten Liste alle au erhalb einer expliziten Liste alle f r die eine selbstdefinierte Testfunktion einen bestimmten Wert liefert Die Vorgabe ist zun chst m glich durch Erzeugen und Parametrieren eines Frames der Klasse kb_Relation mit dem Namen der Relation Hier wird das Verhalten einheitlich f r alle Vorkommen der Relation beschrieben Das Verhalten kann jedoch f r Relationen die in Frames unterhalb einer Klasse vorkommen ge ndert werden indem dem Relationsslot dieser Klasse explizit ein weiteres Kontrollframe zugeordnet wird Durch Aufruf vordefinierter Funktionen l t sich der Ursprungsframe eines von einem untergeordneten Frames ererbten Werts bestimmen In hnlicher Weise lassen sich die einem Slot zugeordneten D monen allgemein und f r Teile der Framehierarchie speziell festlegen Eine automatische Kumulation bei der etwa zuerst die dem Slot im spezie
10. Window ein Fenster f r Kurzinformationen Prompt Window sowie Fenster f r die Darstellung verschiedener Konstrukte wie z B Wissensbasen Units Slots usw Der Benutzer kann den Desktop mit den zur Verf gung gestellten Fenstertypen sowie mit KEEpictures und Activelmages frei konfigurieren abspeichern und jederzeit wieder laden Standardfarben und fonts f r Desktops k nnen vom Benutzer ge ndert und separat abgespeichert bzw geladen werden User Profile Die intensive Men verwendung bei Fensteroperationen die nicht durch Short Cuts abgek rzt werden kann wirkt sich negativ aus z B Verschieben eines Fensters auf dem Desktop Der Benutzer ist auf die Desktops angewiesen da die KEE Wissensbasen zwar in einer ASCII Datei abgelegt werden dort aber nur mit gro em Aufwand wenn berhaupt konsistent ge ndert werden kann M rz 1993 Evaluation hybrider Expertensystemtools 21 Editieren Namen von Wissensbasen Objekten und Slots sind diese ber Maus Klick aktivierbar Dabei erscheint ein Men mit den entsprechenden Operationen Es gibt jedoch f r die einzelnen Konstrukte wie z B Objekte Regeln usw keine eigenen Editoren M chte man nderungen vornehmen so wird ein Texteditor wie z B emacs mit dem zu editierenden Konstrukt geladen Die darin get tigten nderungen werden nach Beendigung der Editier Session in die Wissensbasis bernommen Die strikte Trennung zwischen Darstellungs und Eingabefenstern ist hinderl
11. ber Beziehungen zwischen ihnen Zu den Inspektoren geh ren weiter Protokoll Statistik und Tracekomponenten Zur Entwicklungsumgebung sind wohl auch die Systemwerkzeuge Hilfe Fehler und das Editor hnliche Kommandowerkzeug zu rechnen sowie die zur Verf gung stehende Schnittstelle f r den Wissensingenieur Wisssensingenieurschnittstelle auf der Lisp Ebene und die Funktionen zur Erzeugung von Wissensingenieurschnittstellen Programmierschnittstelle und Endbenutzerschnittstellen M rz 1993 8 Evaluation hybrider Expertensystemtools Die babylon Kommunikationsmodule bieten mit dem Datenbankanschlu die M glich keit SQL Anfragen an eine externe Datenbank zu richten In den vorliegenden Handb chern werden dar ber hinaus aber keine weiteren Angaben zu diesem Punkt gemacht Zu den Kommunikationsmodulen sollte man auch den Standard IO Handler der Wissensbasis Wissensbasismanager rechnen 2 3 Wissensrepr sentationsformalismen babylon bietet als folgenden Wissensrepr sentationsformalismen Frames Regeln Constraints und Tasks an Wissen ber Objektklassen wird in hierarchisch geordneten Frames die durch Eigenschaften und zugeordnete Prozeduren sog Behaviors beschrieben werden Konkrete Objekte die diesen Klassen entstammen werden als Instanzen bezeichnet Nur statisch definierte Instanzen k nnen ber ihren Namen angesprochen werden Dynamische Instanzen die erst zum Konsultationszeitpunkt der Wissensbasis
12. hrt werden oder soll auf Teilen der Wissensbasis gearbeitet werden die nicht im Working Memory stehen k nnen Lisp Funktionen in der LHS verwendet werden Jedoch ist darauf zu achten da diese Ausdr cke Pr dikatenfunktionen sind die aus Konsistenzgr nden den Zustand der Wissensbasis nicht ndern d rfen Auf der RHS werden Aktionen beschrieben die den Inhalt des Working Memory ndern k nnen Entsprechende Aktionen k nnen Eingabe bzw Ausgabeoperationen sein oder aus dem funktionalen Umfang von CRL entstammen Auf der RHS k nnen auch beliebige Lisp Funktionen aufgerufen werden Die Entscheidung welche Regel abgearbeitet wird feuert wird durch die Inferenzmaschine die den Recognize Act Cycle realisiert getroffen Jeder Zyklus matcht die Bedingungselemente der LHS gegen die Datenelemente des Working Memory Sind alle Bedingungselemente einer Regel erf llt wird die Regel in die sogenannte Konfliktmenge conflict set kopiert Diese enth lt s mtliche Regeln deren Bedingungselemente alle vollst ndig erf llt sind Die Konfliktl sungsstrategie filtert die zu feuernde Regel gem des RETE Algorithmus aus Die von CRL OPS zur Verf gung gestellten Konfliktl sungsstrategien sind MEA in Anlehnung an das Probleml sungsverfahren Means Ends Analysis und LEX lexikalische Konfliktl sung Dar ber hinaus stellt CRL OPS eine Reihe von Funktionen bereit mit Hilfe derer der Entwickler seine eigenen Konfliktl sungsstrategi
13. ist als zus tzliches Modul vorhanden ebenso existiert standardm ig eine Schnittstelle ber Common Lisp zu C Die Einbindung von C Funktionen kann nur f r sehr zeitintensive Berechnungen z B komplexe Matrizenmultiplikationen empfohlen werden M rz 1993 Evaluation hybrider Expertensystemtools 31 4 6 Dokumentation und Support Der telefonische Support kann in den meisten F llen als kompetent und freundlich beurteilt werden Daneben gibt es die M glichkeit Informationen per e mail sowie schriftlich einzuholen Es wird darauf verwiesen in Notf llen die Hotline der Kooperationsfirma in Deutschland zu kontaktieren und nicht die Herstellerfirma in den USA In regelm igen Abst nden werden Informationsbrosch ren zu Verbesserungen und Neuentwicklungen zugesandt Bezogen auf den Informationsgehalt sind diese jedoch f r den interessierten Entwickler sehr knapp bemessen Ein neues Release von Knowledge Craft ist nach Aussage des Vertriebs im n chsten dreiviertel Jahr nicht zu erwarten Die Handb cher sind sehr umfangreich aber nur mit Hilfe des Documentation Guide ist der Inhalt der verschiedenen Handb cher f r gezielte Fragestellungen zug nglich Das Updating der Handb cher erfolgt selektiv und erfordert eine gewisse Erfahrung des strukturgerechten Einordnens 4 7 Zusammenfassende Bewertung Knowledge Craft verf gt ber eine sehr m chtige Wissensrepr sentationssprache in welcher insbesondere das flexible
14. nnen gegebene Hilfeleistungen leicht festgehalten werden auch eigene Eintr ge sind m glich Leider ist die Fenstergr e dieser Werkzeuge nicht an die darge stellten Inhalte angepa t so da ein h ufiges Fensterhandling n tig ist Das Fehlerwerkzeug weist gro e Unzul nglichkeiten auf Inkonsistenzen in der Wissensba sis oder bei der Evaluation werden zwar entdeckt aber nur sehr schlecht oder gar nicht kom mentiert geschweige denn mit Korrekturvorschl gen versehen H ufig werden lediglich die Fehlermeldungen von ACL unkommentiert weitergegeben Der dann ausw hlbare Debugger zwingt zum Verlassen der graphischen Oberfl che und zum Debuggen im Lisp Listener Der von allen Editoren und Browsern erreichbare File und Editor Manager ist nach kurzer Einarbeitung recht gut zu bedienen Leider k nnen Defaultwerte f r Standard Directories nicht benutzerspezifisch gespeichert werden so da bei jeder Sitzung alle Pfade neu eingegeben werden m ssen M rz 1993 Evaluation hybrider Expertensystemtools 13 Bei ringf rmig referenzierenden part relations kann es vorkommen da beim Speichern und erneuten Laden der Wissensbasis ein Fehler gemeldet wurde der bei der interaktiven Erstellung der Wissensbasis nicht aufgetreten war Dies ist auf eine strikte Reihenfolgeabh ngigkeit beim Laden und Evaluieren von Wissensbasen zur ckzuf hren Stets darf nur auf bereits bekannte Konstrukte der Wissensbasis referiert werden Beim Editieren
15. repr sentiert hierarchisch organisiert und damit zu Gruppen zusammengefa t Sie k nnen sowohl vorw rts als auch r ckw rts verkettet werden Um die Effizienz gr erer Regelsysteme zu steigern k nnen die Regeln von TellAndAsk in Lisp kompiliert werden M rz 1993 Evaluation hybrider Expertensystemtools 19 In KEE gibt es drei verschiedene Regeltypen Der erste erm glicht Inferenzen die die Wissens basis unwiderrufbar modifizieren der zweite erm glicht Inferenzen unter Verwendung des ATMS z B f r nichtmonotone Logik und der dritte erm glicht Inferenzen unter Verwendung der multiplen Welten Die TellAndAsk Sprache l t Abfragen und Assertionen betreffend Relationen Slotwerte Werte bestimmter Facetten und nicht in der Objekthierarchie verankerte Fakten unstructured facts zu Zus tzlich kann jederzeit auf Lisp zur ckgegriffen werden Die Terme dieser Sprache k nnen mit AND und OR verkn pft werden sie k nnen negiert und ineinander geschachtelt sowie mit einem Existenz oder einem Allquantor versehen werden Ferner ist es m glich das System zu veranlassen den Benutzer nach einem Faktum zu fragen oder die weitere Inferenz durch Angabe einer Regelklasse zu steuern Reason Maintenance wird durch ein Assumption based Truth Maintenance System ATMS realisiert welches auf Werten von nicht vererbbaren Slots und auf den oben erw hnten unstructured facts arbeiten kann Die Verwendung von multiplen Welten worlds
16. und Editoren Unterst tzung bei Erstellen einer windowbasierten End benutzeroberfl che basierend auf einer einfachen TellAndAsk Schnittstelle Graphische Entwicklungsoberfl che f r Regeln Objekte und Taxonomien e Browser graphische Inferenzdarstellung Unterst tzung f r das Erstellen einer windowbasierten graphischen Benutzeroberfl che durch z B KEEpictures Graphische Entwicklungsoberfl che f r Regeln Objekte und Taxonomien e Browser Unterst tzung beim Erstellen einer windowbasierten graphischen Benutzeroberfl che Berechnung und Ausgabe von Statistiken Graphische Entwicklungsoberfl che f r Objekte und Taxonomien Browser graphische Inferenzdarstellung Unterst tzung f r das Erstellen einer windowbasierten graphischen Benutzeroberfl che Keine eigene graphische Entwicklungsoberfl che und Browser keine Unterst tzung f r das Erstellen einer Benutzeroberfl che rudiment re Darstellung von Frame Taxonomien 48 Evaluation hybrider Expertensystemtools babylon Knowledge Craft ProKappa ROCK babylon wird durch eine bindende Deklarationsreihenfolge und den begrenzten Zugriff auf die Basissprache Allegro Common Lisp die modulare Implementation von Wissensbasen erschwert In KEE ist ein paralleles Handhaben mehrerer Wissensbasen die Regelhierarchisierung sowie die Trennung von Regeln und Inferenz steuerung m glich Eine individuelle Konfiguration der Systemkompo nenten ist
17. von Quelltexte sollte man deshalb darauf achten da Einschr nkungen f r die Reihenfolge der Konstrukttypen bestehen Ein Vorschlag zu einer Standardreihenfolge wird im Benutzerhandbuch gegeben Obwohl verschiedene Wissenbasen parallel im Speicher gehalten werden k nnen sind doch Kommunikationen zwischen unterschiedlichen Wissensbasen nicht m glich Eine Modularisierung wird auf dieser Ebene nur soweit unterst tzt als Teile derselben Wissensbasis in unterschiedlichen Source Code Files gespeichert sein k nnen zum Konsultationszeitpunkt mu aber stets der gesamte referenzierte Wissensvorrat geladen und evaluiert sein Die Zusammenfassung von Regeln zu Regelmengen stellt hingegen eine sinnvolle Modularisierungsm glichkeit dar 2 6 Dokumentation und Support Von VW Gedas werden ein Benutzerhandbuch und ein Referenzhandbuch bereitgestellt Im Benutzerhandbuch finden sich allgemeine Grundlagen der Wissensrepr sentation speziell auf babylon Syntax hin ausgerichtet Erkl rungen zur Maus und Fenstertechnik zur Werkzeug umgebung und zur Erkl rungskomponente ferner ein Listing der mitgelieferten Beispielwis sensbasen Das Referenzhandbuch beschreibt alle verf gbaren Funktionen in alphabetischer Reihenfolge allerdings auf unterschiedliche Kapitel verteilt Sein Index beinhaltet fast aus schlie lich Funktionsnamen F r den Erstbenutzer mit speziellen Fragen ist es deshalb keinerlei Hilfe Generell erschweren Unsystematik und teilweis
18. von der Carnegie Group Inc USA zuerst f r Lisp Maschinen Symbolics und TI Explorer vorgenommen Seit einigen Jahren ist Knowledge Craft auch auf Hardware Plattformen wie DECstation VAX VMS Rechner sowie SUN 3 und SUN Sparc Station einsetzbar W hrend die Carnegie Group die Maintenance des Produktes bernimmt obliegt die Zust ndigkeit f r den Vertrieb und Support in Deutschland der Danet GmbH Als Softwarebasis werden Lucid Common Lisp oder Allegro Common Lisp vorausgesetzt Gem der Philosophie des Herstellers da das Design eines wissensbasierten Systems auf der Basis eines konzeptuellen Modells erfolgt basiert der Aufbau des Werkzeuges auf der Kernsprache CRL CRL legt als Grundelement das Konzept des schema das der Frame Repr sentation entspricht zugrunde Die M chtigkeit der Wissensrepr sentationssprache ist einerseits durch die Integration der universellen M glichkeiten von Lisp begr ndet andererseits durch die Implementation aller Repr sentationsformalismen in CRL selbst Vorausschauend sei hier auf die Repr sentationsm glichkeiten mit Hilfe eines objektorientierten Programmierstils multipler Welten hier Contexts genannt Behaviors sowie eines umfassenden benutzer definierbaren Relationensystems verwiesen Zur Wissensverarbeitung stellt Knowledge Craft die klassischen Sprachen Prolog und OPSS5 in einer f r CRL modifizierten Version bereit Desweiteren stehen Moduln f r die Proze simulation Simpak u
19. wird in KEE vom ATMS kontrolliert ist da durch aber nur sehr eingeschr nkt m glich Von Welt zu Welt k nnen sich lediglich die Werte von nicht vererbbaren Slots und unstructured facts ndern Durch eine graphisch darstellbare hierarchische Anordnung von Welten werden Fakten von Welt zu Welt vererbt Welten k nnen vereinigt merged ihre Vereinigung kann aber auch ausgeschlossen werden exclusion sets Die Repr sentation von zeitlichem Wissen sowie das Arbeiten mit Wahrscheinlichkeiten wird nicht durch entsprechende Konstrukte unterst tzt 3 4 Inferenzmechanismen und Kontrollfunktionen Regelinferenz Als Inferenzmechanismen stehen sowohl Vorw rts als auch R ckw rtsverkettung zur Verf gung Jede Regel kann von beiden Mechanismen verarbeitet werden in wenigen dokumentierten Spezialf llen werden allerdings einzelne Klauseln ignoriert und mu daher nicht doppelt repr sentiert werden W hrend eines Inferenzvorganges kann problemlos mehrfach zwischen den beiden Mechanismen und den f r die Inferenz benutzten Regelklassen gewechselt werden Der Benutzer kann w hrend eines Inferenzvorganges vom System nach dem Zutreffen oder Nichtzutreffen von Klauseln gefragt werden M rz 1993 20 Evaluation hybrider Expertensystemtools F r die Vorw rtsinferenz stehen folgende Strategien zur Verf gung breadth first depth first greatest premise complexity greatest weight least premise complexity least weight weighted greatest p
20. 9 Bei jedem Slot k nnen Wertanfragen Zuweisungen sogenannte Behaviors ausl sen Das sind Prozeduren die ber Seiteneffekte andere Werte beeinflussen k nnen Die Identifikation der zu einem Frame geh rigen Behaviors geschieht durch Pr fung des Argumenttyps Dadurch k nnen f r spezielle Frames leicht spezifische Behaviors definiert werden Das Behavior Konzept wird noch m chtiger durch die M glichkeit den zentralen primary Behaviors vor oder nachgeschaltete before after Behaviors zu verwenden die die taxonomische Hierarchie auf bzw absteigend nacheinander aufgerufen werden Im angebotenen Regelkalk l werden Regeln stets zu Regelmengen zusammengefa t F r Regelmengen mu in sogenannten Regelmengen Tasks jeweils ein Abarbeitungsmodus und eine Konfliktl sungsstrategie angegeben werden Regelmengen Tasks k nnen Parameter spezi fizieren die beim Aufruf von Regeln mit aktuellen Werten ausgef llt werden In ihrem soge nannten Aktionsteil d rfen beliebige babylon lisp Ausdr cke auftreten insbesondere k nnen die zur Regelmenge geh renden Regeln sowie andere Tasks angesto en werden In den Regel pr missen sind au er BQL Pr dikationen und damit Variablenbindungen auch Fragen an den Benutzer m glich Tasks k nnen auch durch die Konklusion von Einzelregeln aktiviert werden Jeder Regel kann innerhalb ihrer Regelmenge eine Priorit t priority zugeordnet werden die sp ter Einflu auf die Auswertungsreihenfolge h
21. Relationensystem der Vergleich von Hypothesen mit Hilfe von verschiedenen Kontexten und die sehr guten M glichkeiten der objektorientierten Program mierung berzeugten Obwohl die Repr sentation und Propagierung von Constraints nicht explizit vorhanden ist k nnen elementare Constraints auf der Basis von Slotrestriktionen nachgebildet und durch D monen initialisiert und propagiert werden Regeln in CRL OPS und CRL Prolog werden nicht als Schemata repr sentiert Die Integration der klassischen regelbasierten Sprachen OPS5 und Prolog in CRL erweist sich jedoch als vielseitig in der Wissensverarbeitung mit Hilfe unterschiedlicher Probleml sungsstrategien Es ist davon auszugehen da die Effizienz einer Anwendung bei zunehmendem Umfang und steigender Komplexit t von zu unifizierenden Prologregeln sp rbar abnimmt Der modulare Aufbau des Tools erm glicht eine individuelle Konfiguration von Komponenten f r verschiedene Probleml sungsstrategien und zur Entwicklung von Benutzerschnittstellen M rz 1993 32 Evaluation hybrider Expertensystemtools ber der gemeinsamen Repr sentationskomponente welche die Basissprache Common Lisp vollst ndig integriert M rz 1993 Evaluation hybrider Expertensystemtools 33 5 Evaluation von ProKappa ProKappa ist ein C basiertes Werkzeug mit graphischer Entwickleroberfl che zur Erstellung wissensbasierter Systeme ProKappa unterst tzt die objektorientierte Programmierung das regel
22. Slots werden nur an Unterklassen vererbt Die Vererbung der Slots bzw Slotwerte wird beim Erzeugen eines Slots bzw bei der Wertzuweisung an einen Slot durch Vorw rtspropagierung erreicht Es gibt in ProKappa keine expliziten Defaults f r Slotwerte Die Slotwerte der bergeordneten Objekte stehen jedoch den Slots der Subklassen bzw Instanzen zur Verf gung falls sie den Wert besitzen Diese Slotwerte k nnen durch lokale Werte berschrieben werden Werden diese lokalen Werte wiederum gel scht stehen die Parent Werte erneut zur Verf gung ProKappa unterst tzt verschiedene Methoden zur multiplen Vererbung Bei Slot Vererbung erh lt das untergeordnete Objekt alle Slots der bergeordneten Objekte Dabei kommt nat rlich jeder Slotname nur einmal vor d h wenn zwei bergeordnete Objekte beide einen Slot Slot1 haben hat das untergeordnete Objekt diesen Slot nur einmal Bei der Wertvererbung gibt es im wesentlichen zwei Vererbungsmethoden Self first union und Self last union Bei der Self first union wird eine Vereinigungsliste aller geerbten und der lokalen Werte gebildet wobei die lokalen Werte am Listenanfang stehen Entsprechend wird bei der Self last union eine Vereinigungsliste aller geerbten und der lokalen Werte gebildet wobei die lokalen Werte am Listenende stehen Bei multipler Vererbung sind keine eigenen Vererbungsstrategien programmierbar F r Wertrestriktionen steht das ActiveRelations System zur Verf gung Das N
23. System wird durch eine umfassende Bibliothek von Funktionen fiir das Erzeugen und Manipulieren von Objekten 5 Application ist ein ProKappa spezifischer Begriff der verschiedene Module Regelmengen und Source Code Files bezeichnet Marz 1993 Evaluation hybrider Expertensystemtools 35 unterst tzt Gleichfalls besteht die M glichkeit Objekte in einer hierarchischen Taxonomie die Klassen Subklassen und Instanzen definiert zu repr sentieren Objekthierarchien k nnen dynamisch erzeugt und modifiziert werden Ein Objektframe kann mehrere Slots haben die seine Eigenschaften in Form von Werten enthalten k nnen Slots k nnen nur auf der Ebene der Objektklassen und nicht auf der Instanzen Ebene erzeugt werden Gleichfalls sollte im Vorfeld bekannt sein welche Aufgabe ein Slot bernimmt Vor der Generierung eines Slots mu eine Entscheidung f r eine der drei Slotarten Single value der Slot enth lt einen Wert Multi value der Slot enth lt mehr als einen Wert oder Method slot der Slot enth lt eine Prozedur getroffen werden Die Defaultvorgabe ist ein Single value Slot Die Entscheidung f r einen der o g Slotarten wird durch die Vererbungsrolle des entsprechenden Slots spezifiziert Die Vererbungseigenschaft eines Slots sieht folgende Slottypen vor Default Slots Own Slots und Subclass Slots Default Slots werden an Klassen und Instanzen vererbt Own Slots hingegen sind lokal d h sie werden nicht vererbt Subclass
24. Technische Fakult t Postfach 10 01 31 D 33501 Bielefeld Universit t Bielefeld a I Evaluation hybrider Expertensystemtools Sonja Schlegelmilch Barbara Heller Thomas Linke Josef Meyer Fujara Reportreihe Modularisierung wissensbasierter Systeme Nr 13 Arbeitsgruppe Wissensbasierte Systeme K nstliche Intelligenz M rz 1993 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 2 Evaluation von babylon 3 Evaluation von KEE 4 Evaluation von Knowledge Craft 5 Evaluation von ProKappa 6 Evaluation von ROCK 1 Vergleich der Werkzeuge 8 Zusammenfassung 9 Literatur Seite 15 24 33 40 46 49 50 Evaluation hybrider Expertensystemtools 1 1 Einleitung 1 1 Motivation f r die vorliegende Studie Im Projekt HYPERCON HYPERtension CONsultation einem Leitvorhaben der Arbeitsgruppe Wissensbasierte Systeme K nstliche Intelligenz geht es um die Erstellung einer umfangreichen modularen Wissensbasis zur Hypertonie Konsultation Hieran sollen Grundlagen zur Konzeptualisierung und Strukturierung des Wissens schwer berschaubarer Wissensdom nen erforscht werden welche durch neuartige Konzepte der wissensbezogenen Modularisierung erreicht werden soll Im angestrebten Einsatzszenario f r das entwickelte System wird die Wissensbasis interaktiv von sachkundigen Benutzern rzten konsultiert Ihnen soll problem und fallbezogen Wissen bereitgestellt werden wobei diese f r die Entscheidungen und Intervention
25. a Hilfestellungen gerne gegeben werden Auftretende Probleme die nicht direkt am Telefon gekl rt werden k nnen werden per Fax beantwortet 5 7 Zusammenfassende Bewertung Die Qualit t von Fehlermeldungen in ProKappa ist gut Auch verhielt sich das Werkzeug w hrend der Tests weitgehend stabil Jedoch ist zu bemerken da das R cksetzen w hrend des Regeltraces zweimal an verschiedenen Stellen im Programm im C Listener und im Object Browser wiederholt werden mu te ProKappa kann als ein interessantes Werkzeug zur Erstellung wissensverarbeitender Systeme gesehen werden So bieten die Editoren und Browser f r die Objekthierarchie eine Vielzahl an Bearbeitungsm glichkeiten Gleichfalls stellt das ActiveRelations System angemessene Unterst tzung zur Wissensrepr sentation bereitgestellt In Hinblick auf das Projektvorhaben HYPERCON liegen die Schw chen von ProKappa in der fehlenden M glichkeit zum einen Strategien zur Regelverarbeitung frei zu definieren und zum anderen multiple Welten zu repr sentieren und zu verarbeiten M rz 1993 40 Evaluation hybrider Expertensystemtools 6 Evaluation von ROCK 6 1 Produktbeschreibung ROCK ist ein C basiertes Werkzeug das den Anforderungen des IMKA Standards Initiative for Managing Knowledge Assets an ein Wissensrepr sentationssystem entspricht Zur Repr sentation von Wissen bietet ROCK eine framebasierte Komponente an die ber m chtige Konstrukte zur Definition von Obj
26. abei gehen allerdings wesentliche Informationen verloren Beispielsweise werden Regelfiles beim Laden einer Applikation nicht mitgeladen Es besteht aber die M glichkeit mit Hilfe der Systemfunktionen eigene Routinen zu schreiben und somit das standardm ige Sichern und Laden mit Funktionen des Ascii Save Load zu kombinieren ohne da hierbei Inkonsistenzen auftreten Online Help Funktion sind nur rudiment r vorhanden dagegen werden Fehlermeldungen und Warnungen ausf hrlich gegeben Zur Laufzeit k nnen mehrere Wissensbasen sowohl vom Benutzer interaktiv als auch automatisch hinzugeladen werden Die Anwendung einer Hierarchie von Wissensbasen kann realisiert werden indem mehrere Applikationen geladen werden und jede Applikation in Module aufgeteilt wird Mit Hilfe deklarativer Men hierarchien kann ein graphische Endbenutzer schnittstelle erstellt werden 5 6 Dokumentation und Support Zur Qualit t der Dokumentation sei bemerkt da ein Tutorial vorhanden ist mit dessen Hilfe ein guter berblick ber die M glichkeiten von ProKappa erreicht werden kann Leider sind die Handb cher teilweise unvollst ndig so fehlen beispielsweise im Inhaltsverzeichnis angegebene Teile M rz 1993 Evaluation hybrider Expertensystemtools 39 Bezogen auf das Produkt ProKappa kann keine Aussage ber den technischen Support der Firma IntelliCorp M nchen getroffen werden Erfahrungen mit dem Werkzeug Kappa PC der selben Firma zeigen d
27. abei kann man zwischen depth first und breadth first als Suchstrategie w hlen Multiple Vererbung wird nicht unterst tzt zwar kann eine Klasse mehrere Oberklassen besitzen doch wird bei der Suche nach einem Slotwert stets der erste gefundene Wert benutzt und die Suche sofort beendet ROCK bietet nicht die M glichkeit Slots explizit mit Defaultwerten zu belegen Die normalerweise durch Vererbung in Unterklassen bzw Instanzen bernommenen Slotwerte der Parents k nnen jedoch durch Angabe lokaler Werte berschrieben werden Werden diese lokalen Werte gel scht werden wieder die Werte der Parents benutzt Es ist m glich diese Werte zu lokalen Slotwerten von Unterklassen oder Instanzen zu machen Caching F r Slots m ssen stets Wertetypen festgelegt werden Daf r kommen ROCK und C Typen in Frage jedoch auch vom Benutzer definierte C Klassen UD_type Slots k nnen auch mehrere nacheinander zu aktivierende D monen selbst programmierte C Funktionen zugeordnet werden die vor oder nach Lese Schreib oder L schzugriffen getriggert werden Diese Zuordnung gilt im einfachsten Fall gleichm ig f r alle Vorkommen des Slots bei allen Frames kann jedoch f r Teile der Hierarchie spezialisiert werden Wertfacetten stehen nicht zur Verf gung Die entsprechende Funktionalit t l t sich aber mit Hilfe von sog Meta Knowledge erreichen das in einer unabh ngigen Objekthierarchie repr sentiert wird Die Frames dieser
28. achladen des ActiveRelations System mu entweder explizit vorgenommen oder in den initprokappa File integriert werden Marz 1993 36 Evaluation hybrider Expertensystemtools Facetten zur Slot und Wertkontrolle k nnen einerseits vom Entwickler definiert werden andererseits legt das ActiveRelations System bestimmte Facetten automatisch an Diese werden genauso definiert wie Slots und sind an den zu kontrollierenden Slot gebunden Das ActiveRelations System stellt zwei Hilfsmittel zur Spezifikation von Werten eines Slots zur Verf gung 1 Value Type erlaubt die deklarative Beschreibung eines Slots dessen Wert ein ProType d h ein ProKappa eigener Typ oder eine Liste von Werten sein kann Werteverletzungen werden wahlweise durch Warnmeldungen Dialogbox Unterdr ckung oder durch selbst geschriebene Funktionen behandelt Mit der Value Type Deklaration steht eine einfache M glichkeit zur Beschr nkung von Werten zur Verf gung 2 Value Check erlaubt die prozedurale Validierung von Slotwerten mit Hilfe von ProTalk Fragmenten Es stellt eine flexibles Mittel zur Werte berwachung dar Monitoring Das Erzeugen der Monitorprozedur und die Bearbeitung von Werteverletzung obliegt dem Entwickler Zur Beschreibung von Relationen zwischen zwei Objekten steht durch das ActiveRelation System das Konstrukt des Slot Inverse zur Verf gung Es besteht die M glichkeit der one to one one to many many to one und many to many Relation zw
29. at Eine Hierarchisierung der Regelmengen Tasks untereinander ist durch die Angabe von Subtasks m glich es findet dabei jedoch keine Eigenschaftsvererbung statt Constraints sind Kontrollinstanzen mit denen wechselseitige Abh ngigkeiten zwischen Slot Werten ausgedr ckt werden Sie k nnen Einschr nkungen in der Auspr gung einzelner Ob jektattribute oder in der Auspr gung von Kombinationen mehrerer Objektattribute erzwingen Constraints werden als Instanzen sogenannter Constraint Patterns eingerichtet Diese beinhalten Muster Restriktionen bzw Rechenvorschriften Die einzelnen Constraints selbst geben dann an welche konkreten Werte d h welche Slotwerte welcher Instanzen in der Art die im Pattern beschrieben ist verkn pft werden sollen Ein For each Konstrukt erm glicht es gleichartige Constraints f r alle Elemente einer Menge von Objekten mit einer einzigen Anweisung zu instantiieren Auf das in Frames und Instanzen abgelegte Wissen kann mit Hilfe der Babylon Query Language BQL zugegriffen werden Typische BQL Ausdr cke enthalten Operatoren wie ask tell retell oder untell Es werden Pr dikationen ber Wissensbasisinhalte Frame Instanz und Instanz Wert Beziehungen unterst tzt die mit den logischen Standardoperatoren verkn pft werden k nnen Darauf aufbauend stellt BQL komfortable M glichkeiten der Variablenbindung M rz 1993 10 Evaluation hybrider Expertensystemtools zur Verf gung die z B die automatisc
30. basierte Schlie en und den Zugriff zu SQL Datenbanken 5 1 Produktbeschreibung ProKappa ist speziell f r die Erstellung von Anwender Software unter UNIX konzipiert worden ProKappa stellt mit der Sprachkomponente ProKappa C eine Erweiterung des Sprachstandards ANSI C dar und verf gt ber den vollen Funktionsumfang zur objektorientierten Programmierung Mit ProTalk beinhaltet ProKappa eine eigene Wissensrepr sentationssprache die ein umfangreiches Regelsystem bereitstellt Alle Erweiterungen die ProKappa bietet werden in ANSI C bersetzt ProKappa und Kappa PC sind Produkte der Firma IntelliCorp und sollen im Jahr 1993 zu einem gemeinsamen Produkt Kappa zusammengefa t werden Derzeit besteht bereits eine Testversion welche die Kommunikation zwischen dem UNIX basierten ProKappa und dem unter Microsoft Windows lauff higen Kappa PC realisiert Dadurch wird die Entwicklung eines auf mehrere Rechner verteilten Expertensystems erm glicht die ber Nachrichten miteinander kommunizieren k nnen Die Maintenance des k nftigen Produkts Kappa obliegt der Firma IntelliCorp 5 2 Produktarchitektur ProKappa besteht aus einer interaktiven Entwicklerschnittstelle zu der ProKappa C Workbench Hierbei handelt es sich eine interaktive C Umgebung mit integriertem C Compiler und Linker Dadurch ist es m glich C Code und ProTalk Code im Interpreter Modus zu laden zu debuggen und auszuf hren Der C Code wird beim Laden in die ProKappa C Workbench zun
31. chemata k nnen als Typ definiert oder physikalisch generiert werden Gleichfalls existiert die deklarative M glichkeit zur Unterbindung dynamisch erzeugbarer Interferenzen zwischen Schemata mit identischem Bezeichner Schemata werden durch slots attributiert Der Wert value eines Slots kann faktische relationale funktionale Information oder eine Liste von Elementen beliebigen Typs beinhalten Slots k nnen einerseits wertespezifische Restriktionen auferlegt werden andererseits kann der Zugriff auf einen slot abh ngig von dem ihm zugewiesenen Wert mit einem freidefinierbaren Verhalten demons verkn pft werden Diese sogenannten D monen die active values entsprechen sollten als transparente Software Monitore eingesetzt werden da sie in Aktion nicht zu unterbrechen sind Ein wesentlicher Bestandteil von CRL ist das Relationensystem Relationen relations werden als Schemata verstanden und sind aufgrund ihrer offenen Attributierbarkeit verschieden spezifisch definierbar Es wird unterschieden zwischen systemeigenen und entwicklerdefinier baren Relationen Zu den systemeigenen Relationen z hlen prim r die is a und instance Relationen die Schemata als Klassen und deren Instanzen in einer Vererbungstaxonomie anordnen Zur weiteren Strukturierung von Schemata stehen die Relationen member of component of und part of zur Verf gung Zur Definition spezifischer Relationen stellt CRL dem Entwickler Formalismen zur Spezifikation von Map
32. de Erfahrungen in der Implementierung von gr eren Wissensbasen mit Expertensystemwerkzeugen aus fr heren Projekten Zu Beginn des Projektes wurden folgende zu evaluierende Werkzeuge ausgew hlt Knowledge Craft KEE aus dem vorhandenen Bestand ProKappa babylon ROCK f r 2 5 Monate leihweise beschafft und zu Testzwecken installiert Die o g zu evaluierenden Werkzeuge wurden auf SUN Sparc Grafik Workstations mit 32 MB RAM und mehr als 120 MB Swapspace installiert Als Betriebssystem lag UNIX Version 4 1 2 bzw 4 1 3 zugrunde Die bereits vorhandenen jedoch nicht zur Evaluation herangezogenen Werkzeuge zeichneten sich durch eine mindere Flexibilit t und eine geringere Repr sentationsm chtigkeit aus und waren f r die Anforderung die Erstellung gro er modularer Wissensbasen im Team nicht ausgelegt Im folgenden werden einige Evaluationskriterien hervorgehoben die vor dem Hintergrund der spezifischen Projektausrichtung wichtiger erscheinen als dies bei einer allgemeinen Bewertung M rz 1993 Evaluation hybrider Expertensystemtools 3 von Expertensystemwerkzeugen der Fall w re Sie lassen sich zusammenfassen unter den Aspekten 1 Ad quatheit f r die zu modellierende Wissensdom ne 2 systemtechnische Voraussetzungen f r die Modularisierung 3 Art Umfang und Handhabbarkeit der Darstellungsmittel Die Komplexit t der Wissensdom ne erfordert eine Betrachtung aus verschiedenen Sichten Deshalb m ssen Fra
33. den Handb chern unter dem Oberbegriff TMS aufgef hrt wird wird mittels spezieller Regeln deren Syntax unterscheidet sich von derjenigen der anderen Regeln nur durch ein bestimmtes Schl sselwort M rz 1993 Evaluation hybrider Expertensystemtools 17 angewendet und dient der Verwaltung von Abh ngigkeiten die zwischen Ergebnissen und bestimmten Annahmen bestehen Das KEEworlds Modul erm glicht den Einsatz multipler Welten z B zum Verfolgen mehrerer alternativer L sungswege mit der M glichkeit des Backtracking Die hierarchisch strukturierten Welten werden mittels des ATMS hinsichtlich ihrer Konsistenz berwacht Das Rulesystem Modul umfa t drei verschiedene Typen von Regeln die alle als Objekte repr sentiert werden und hierarchisch organisiert werden k nnen Die Regeln werden in der an die englische Sprache angelehnten TellAndAsk Sprache geschrieben Sowohl Vorw rts als auch R ckw rtsverkettung jeweils mit verschiedenen M glichkeiten der Agendasteuerung werden zur Verf gung gestellt Das ActiveValues Modul erm glicht den Einsatz von D monen Das Activelmages Modul beinhaltet ein Paket von vordefinierten Grafiken mit denen man u a die Werte von Objektattributen modifizieren oder darstellen kann Diese Grafiken zeichnen sich durch besonders einfache Bedienbarkeit aus Das KEEpictures Modul erm glicht das Zeichnen von Bitmaps und anderen Grafiken welche auch Hotspots beinhalten k nnen Mit Common W
34. die Werkzeuge Kappa und ProKappa verlegt so da abgesehen von KEE 4 1 keine weiteren Versionen von KEE zu erwarten sind Handb cher Die Handb cher sind extrem umfangreich aber gut strukturiert und mit einem guten globalen Index versehen Es gibt ein Handbuch welches den Benutzer an die Oberfl che heranf hrt ein weiteres welches eine grobe Zusammenfassung aller KEE Module beinhaltet und die modul spezifischen Handb cher die jeweils ein Modul ersch pfend behandeln Erg nzend zu den Handb chern ist ein KEEtutor erh ltlich der anhand eines umfassenderen Beispiels Kriminalgeschichte durch die gebr uchlichsten Konstrukte f hrt und einen wesentlichen Beitrag zum autodidaktischen Einarbeiten in KEE leistet M rz 1993 Evaluation hybrider Expertensystemtools 23 3 7 Zusammenfassende Bewertung KEE verf gt ber eine von der Beschr nkung bei den Relationen einmal abgesehen m ch tige Objektrepr sentation und sehr gute M glichkeiten zum objektorientierten Programmieren Es verf gt ber ein sehr gutes Regelsystem und hat exzellente Grafikm glichkeiten KEE ist ein sehr offenes System da ein Teil von KEE selbst in vom Benutzer editierbaren Systemwissensbasen zur Modifikation und Erg nzung bereitgestellt wird KEE ist unter Modularisierungsaspekten aufgrund des problemlosen parallelen Handhabens mehrerer Wissensbasen der Regelhierachisierung und der Trennung von Regeln und Inferenz steuerung f r das Pr
35. durch Basissprache Allegro Common Lisp sehr eingeschr nkt Der modulare Aufbau von Knowledge Craft erm glicht eine individuelle Konfiguration von Komponenten einerseits f r verschiedene Problem l sungsstrategien und andererseits zur Entwicklung von Benutzer schnittstellen ber der gemeinsamen Repr sentationskomponente welche die Basissprache Lucid Common Lisp vollst ndig integriert In ProKappa ist eine Konsultation mehrerer Wissensbasen sowohl vom Benutzer interaktiv oder per default zur Laufzeit m glich Der Einflu auf die Inferenzmechanismen bei der Regelverarbeitung ist nur eingeschr nkt m glich Das Fehlen einer Inferenzmaschine sowie einer graphischen Entwick lungsumgebung bei ROCK erweist sich als schwerwiegender Nachteil f r die Realisierung komplexer Wissensbest nde insbesondere von heuristischem Wissen M rz 1993 Evaluation hybrider Expertensystemtools 49 8 Zusammenfassung In einem Projekt wie HYPERCON wo Umfang und Komplexit t der Wissensdom ne m chtige Ausdrucksmittel erfordern ist eine akzeptable Effizienz und Transparenz nur erreichbar wenn dar ber hinaus die Fokussierung unterschiedlicher Inhaltsbereiche und Detaillierungsebenen komfortabel unterst tzt wird Daf r werden M glichkeiten der Modularisierung von Wissens basen und des Inferierens in mehreren Welten ben tigt Aus dieser Sicht sprechen f r babylon Constraints KEE Komfort des Regelsystems ProKappa Komfort d
36. e Inkonsistenz der Darstellung das Verst ndnis Konflikte zwischen den Notationen von Objekt und Metasprache kommen hinzu Der Kontext von Beispielen wird h ufig nicht ausreichend dargestellt um sie nachvollziehbar zu machen teilweise decken sie die M glichkeiten der Konstrukte nur partiell ab Insgesamt f hren Strukturierung und Gliederung der Handb cher nicht zu einer effizienten Vermittlung von Inhalten Au erdem sind die Handb cher ausschlie lich auf Syntax und Semantikbeschreibung hin ausgerichtet an keiner Stelle wird Hintergrundwissen ber das Tool oder dessen Implementie rung insbesondere die der Inferenzmechanismen vermittelt Eine Kenntnis derartiger Sachver halte k nnte sicherlich nicht unerheblich zur effizienteren Implementierung beitragen M rz 1993 14 Evaluation hybrider Expertensystemtools Schlie lich fehlt eine zusammenh ngende Darstellung der Systembedienung Der telefonische Support wurde mehrfach in Anspruch genommen die Auskunftszeiten waren dabei auch durch Weiterverweise bedingt teilweise unerwartet gro 2 7 Zusammenfassende Bewertung babylon bietet eine Framesprache mittlerer M chtigkeit kann aber nicht in vollem Umfang objektorientierte Programmierung anbieten Eine recht gro e Einschr nkung liegt in der schlechten Verwendbarkeit dynamischer Instanzen hnlich gen gt der zur Verf gung stehende Regelkalk l mittleren Anspr chen Positiv ist hier die Modularisierungsm glichke
37. e einzige M glichkeit die Framehierarchie sichtbar zu machen besteht in einem rudiment ren Tree Trace dessen Ausgabe als ASCII Zeichen auf dem Bildschirm er scheint Zu jeder ROCK Funktion gibt es eine Online Help Funktion die die ben tigten Parameter anzeigt ROCK unterscheidet zwischen Fehlern und Warnungen Fehler f hren normalerweise zur Unterbrechung von Funktionen sind aber h ufig maskierbar Die von den einzelnen Funktionen vorzunehmenden Fehlerpr fungen und reaktionen sind recht pr zise im Software Functional Specification Manual beschrieben Vom Entwickler selbst implementierte Funk tionen k nnen definierte Fehlerzust nde ausl sen block die etwa den Eintrag eines speziellen Wertes in einen Slot verhindern Es besteht die M glichkeit den ROCK Error Handler durch eigene Fehlerbehandlungsfunktionen zu ver ndern Dabei kann f r jeden ROCK Error eine Funktion geschrieben werden die den entsprechenden Fehler bearbeitet Die Hilfsmittel f r die Erzeugung der Endbenutzerversion sind eingeschr nkt es besteht z B keine einfache M glichkeit deklarative Men hierarchien zu programmieren M rz 1993 Evaluation hybrider Expertensystemtools 45 6 6 Dokumentation und Support Zu ROCK gibt es zwei Handb cher die miteinander sehr redundant sind Aus der unklaren Verteilung der Information ergibt sich ein aufwendiges Suchen Dar berhinaus ist der unzureichende Index in beiden Handb chern ein fortw hrendes
38. ekttaxonomien Relationen multiplen Welten sowie zur Verwaltung von Metawissen wie etwa Versionskennung und zur Organisation von Wissensbasen verf gt ROCK bietet die M glichkeit der objektorientierten Programmierung der Implementation von Slot Behaviours und von entwicklerdefinierten Vererbungs mechanismen Jedoch stehen dar berhinaus keine weiteren Inferenzmechanismen zur Entwicklung eines wissensbasierten Systems bereit insbesondere steht keine regelbasierte Komponente bzw Probleml sungssprache zur Verf gung 6 2 Produktarchitektur In Abb 5 wird die Architektur des Entwicklungswerkzeuges ROCK dargestellt Graphical ROCK Interpreter Work E O Interactive Center Abb 5 Die Systemarchitektur von ROCK nach Danet Informationsbrosch re Danet GmbH M rz 1993 Evaluation hybrider Expertensystemtools 41 F r den Einsatz von ROCK ist ein C Compiler erforderlich der jedoch nicht zum Lieferumfang des Werkzeugs geh rt Eine Wissensbasis kann sowohl durch Editieren und Laden einer Textdatei in einer speziellen Beschreibungssprache frame definition language erstellt als auch interaktiv oder aus einem Anwendungsprogramm heraus erstellt oder ge ndert werden Dies geschieht mit Hilfe von speziellen C Funktionen zur Wissensrepr sentation die ROCK zur Verf gung stellt ROCK besitzt einen Interpreter RI ROCK Interpreter der keine eigene graphische Entwickleroberfl che bereitstellt Um eine durch den Entwickle
39. en Um eine Modularisierung von Wissensbasen zu erreichen ist es notwendig die Gesamt wissenbasis in Teilwissensbasen aufzuteilen die im Verlauf einer Systemkonsultation quasi parallel benutzt werden Dabei sollten Teilwissensbasen nur f r den Zeitraum in dem sie f r den Konsultationsproze ben tigt werden geladen sein Dies erfordert aus systemtechnischer Sicht eine dynamische Wissensbasenverwaltung Dementsprechend sollte die Regelauswertung leicht auf bestimmte Teile der gesamten Regelmenge eingeschr nkt werden K nnen Das Ziel der parallelen Implementation durch mehrere Projektmitarbeiter erfordert Freiheit in der Reihenfolge des Eintrags von Wissenselementen und des Ladens von Teilen der Wissens basis Um eine m glichst gro e Unabh ngigkeit der Teammitglieder bei der Entwicklung zu erreichen nur sie l t die Realisierung umfangreicher Projekte zu mu das Werkzeug M glichkeiten zum Umgang mit Namenskonflikten zwischen verschiedenen Teilwissensbasen bereitstellen Eine Versionsverwaltung die eine Kennzeichnung von Objekten wie Frames und Regeln mit Urheber und Zeitpunkt von Entstehung und nderungen unterst tzt ist f r eine bersichtliche Entwicklung im Team unabdingbar Allgemein kann nicht erwartet werden da ein System alle Repr sentationsformalismen und Kontrollstrategien bereitstellt die letzlich ben tigt werden Auch ist zu erwarten da sich der Bedarf an Formalismen und Strategien teilweise e
40. en definieren kann Der Recognize Act Cycle endet sobald keine Regel mehr in der Konfliktmenge vorhanden ist CRL Prolog kombiniert die logikbasierte Regelsprache Prolog Programming in Logic mit der objektorientierten Wissensrepr sentationssprache CRL Die Sprache Prolog arbeitet auf einem Teil der Pr dikatenlogik erster Ordnung basierend auf Horn Klauseln Eine Horn Klausel Pr dikat ist eine Implikation die nur eine atomare Formel als Konklusion und in ihrer Pr misse mehrere durch UND verkn pfte Formeln enthalten darf In Prolog werden Regeln abgearbeitet indem die Pr dikate eines Regelk rpers mit Axiomen und Regelk pfen nacheinander unifiziert werden Die prinzipielle Regelabarbeitung erfolgt nach dem Resolutionsverfahren damit ist es m glich ein r ckw rtsverkettendes Produktionensystem zu M rz 1993 30 Evaluation hybrider Expertensystemtools erzeugen Durch die Einbettung von Prolog in CRL steht der gesamte Funktionsumfang von CRL in CRL Prolog zur Verf gung Dabei ist von Interesse da CRL Prolog Programme als Schemata definiert und instanziiert werden und umgekehrt da Schemata in CRL Prolog verarbeitet werden In Knowledge Craft k nnen sowohl f r CRL OPS als auch f r CRL Prolog relativ effiziente Laufzeitsysteme kompiliert werden Die Moduln Simpak und Statpak wurden im Rahmen dieser Evaluation nicht getestet 4 5 Entwicklungsunterst tzung Die Entwicklungsumgebung von Knowledge Craft beinhal
41. en selbst verantwortlich bleiben Die Arbeiten sollen an die im Vorl uferprojekt HYPERTON geleisteten Vorarbeiten anschlie en und die dabei gewonnenen Erfahrungen aufgreifen Die informatischen Aufgaben betreffen vor allem die Fortentwicklung und Neukonzipierung von Methoden der Wissensmodellierung im Hinblick auf die Modularisierung durch partitio nierte Wissensbasen Das relevante Dom nenwissen wird im wesentlichen aus Experten befragungen akquiriert und mit dem Ziel dieses f r die Entscheidungsunterst tzung in der Diagnostik und Therapie zu operationalisieren Wegen der vielf ltigen Ursachen der Hypertonie und ihrer Wechselwirkungen mit anderen Erkrankungen z B des Stoffwechsels etwa Diabetes mu eine offene erweiterbare Form der Wissensdarstellung gefunden werden Die Ann herung an die breite Wissensdom ne soll nach Leitprinzipien der dom nenorientierten Wissensstrukturierung erfolgen auf die sich berlegungen zu einer modularen erweiterbaren Wissensbasiskonzeption gr nden Dabei soll insbesondere auch die Verwendung unter schiedlicher Wissensarten und die von Ebenen unterschiedlicher Detaillierung Granularit t ber cksichtigt werden Gem grunds tzlicher Entscheidungen in der Definitionsphase des Projekts HYPERCON soll die Implementierung des geplanten Systems mit Hilfe eines markteingef hrten Werkzeugs durchgef hrt werden Dieser Entscheidung liegt u a die Ansicht zugrunde da damit eine h here Zuverl s
42. er C Source Code in vollem Umfang in die Regeln integriert werden Im Regelantezedens gibt es die M glichkeit Klauseln disjunktiv oder konjunktiv zu verkn pfen ber einen all Operator kann eine Operation iterativ ber alle Elemente einer Liste ausgef hrt werden Beispielsweise K nnen alle L sungen einer Goal Anfrage der Art all list find Klausel X protokolliert werden Die Ordnung von Regeln in Regelmengen erlaubt eine hierarchische Regelstrukturierung Bei Inferenzbeginn forward oder backward mu die zu inferierende Regelmenge spezifiziert werden Es werden automatisch die Regelmengen mitbenutzt die sich in der Hierarchie unter der spezifizierten befinden Die zu inferierende Regelmenge kann durch C bzw ProTalk berechnet werden Dadurch kann leicht eine Fokussteuerung geschrieben werden die je nach Bedarf verschiedene Teilmengen der gesamten Regelmenge erzeugt und der Inferenzmaschine zur Verf gung stellt Regeln k nnen nicht gleichzeitig vorw rts als auch r ckw rts verkettet werden Um Vorw rts und R ckw rtsverkettung auf eine Regel anwenden zu k nnen mu zun chst eine Kopie von ihr angelegt werden Die Defaultstrategie bei der R ckw rtsverkettung ist depth first sie erlaubt eine Priorit tsangabe der Regeln Das Werkzeug unterst tzt nicht die Programmierung von Strategien zur Vorw rts oder R ckw rtsverkettung durch den Entwickler 5 5 Entwicklungsunterst tzung In ProKappa werden Regeln Fun
43. er mit der Wissensbasis darstellen zum andern darin Variablen Werte zuzuweisen die typischerweise aus den Werten anderer im Constraint Pattern vorkommender Variablen berechnet werden Zum Pr missenteil einer Regel geh rt obligatorisch eine known Klausel die beschreibt f r welche Variable mindestens konkrete Werte bekannt sein m ssen Zus tzlich k nnen optional weitere Kriterien Pr dikationen unter dem Keyword and if aufgef hrt werden die den Reaktionsraum des Constraints st rker einschr nken Bei der Bearbeitung eines Constraints pr ft babylon nacheinander f r alle Regeln des zugeh rigen Patterns ob die in ihrer Pr misse beschriebene Situation vorliegt Falls ja wird diese Regel und nur diese ausgef hrt Mit sogenannten Tasks ist ein Mittel zur strukturierten Steuerung der Abarbeitung spezifischer Aufgaben in der Wissensbasis gegeben Tasks beinhalten eine Kette von BQL Ausdr cken die bei Aufruf der Task sequentiell abgearbeitet werden Dabei kann beliebig mit den Tell and Ask Konstrukten von BQL auf die Elemente der Wissensbasis zugegriffen werden auch der Start weiterer Tasks ist m glich ihnen k nnen dabei Parameter bergeben werden Die Konsultation einer Wissensbasis beginnt stets ber Tasks hierf r mu eine spezielle Task als Starttask ausgewiesen werden M rz 1993 12 Evaluation hybrider Expertensystemtools 2 5 Entwicklungsunterst tzung Das Tool erm glicht mit seiner graphischen Programmierob
44. erfl che ein recht geschwindes Ein geben von Konstrukten obwohl einzelne Werkzeuge beim Hochfahren des Werkzeugs erst verz gert nach bis zu 30 sec erscheinen Speziell sind folgende graphische Editoren verf gbar Frame Editor Instanz Editor Behavior Editor Regel Editor Regelmengen Editor Task Editor Constraint Pattern Editor Constraint Editor graphischer Editor zur Instanzen Frame Generierung und schlie lich ein Konfigurator zur Dokumentation und Interface Konfiguration f r die Wissensbasis Mit den einheitlich gestalteten Editoren ist eine Ver nderung aller statischen Komponenten der Wissensbasis m glich Vorhandene Inspektoren sind alphanumerischer Browser graphischer Browser Protokoll komponente zur Ablaufverfolgung Statistikwerkzeug und ein Tracer Auch diese haben ein einheitliches Design Ein berblick ber im Test nur kleine statische Wissensbasisinhalte ist leicht zu erhalten Ver nderungen der dynamischen Wissensbasisinhalte lassen sich aber mit Hilfe des graphischen Browsers nur umst ndlich verfolgen Die Bedienung von Protokoll komponente und Tracer ben tigt einige Einarbeitung Protokolle K nnen in unterschiedlicher Detaillierung aufgezeichnet und auch sp ter mit Statistikwerkzeug und Tracer ausgewertet werden Ein Hilfe Werkzeug ist zwar vorhanden es bezieht sich aber meist auf die Bedienung der Oberfl che es werden keine Hilfestellungen zur Wissensdarstellung gegeben In einem Notizwerkzeug k
45. erstellt werden sind m glich diese m ssen aber an Symbole oder Variable gebunden werden um zugreifbar zu sein Frames und Instanzen sind durch zwei Arten von Relationen beschreibbar Merkmale gene ral relations sie beschreiben Eigenschaften in einem bestimmten Wertebereich und sogenannte Bestandteile part relations sie referieren auf andere Frames oder Instanzen diese sind aber nicht notwendigerweise Aggregatkomponenten Zur Weitergabe der Werte dieser Slots an Subframes in der Hierarchie tiefer stehende Frames sind sowohl einfache wie auch multiple Vererbung vorgesehen letztere erfolgt stets additiv Eine Modifikation dieser vordefi nierten Vererbungsmechanismen ist nicht m glich auch gibt es keine nicht vererbbaren Slots Defaults f r Slotwerte k nnen an jeder Stelle der Frame Hierarchie gesetzt werden sie werden stets vererbt k nnen aber in Subframes berschrieben werden Die berschreibungs m glichkeit kann allerdings durch explizite Anweisung generell oder auch speziell f r die Initialisierung aufgehoben werden Wertrestriktionen sind nur sehr eingeschr nkt m glich Anzahl Lisp Typen und Frames 2 wir verwenden im folgenden die Begriffe Faktenwissen Relation und Bestandteil in dem ungew hnlich engen weiten Sinne der ihnen im Benutzerhandbuch gegeben wird 3Wir fassen die Begriffe Merkmale und Bestandteile unter dem blichen Ausdruck Slot zusammen M rz 1993 Evaluation hybrider Expertensystemtools
46. es Regelsystems Qualit t des Framesystems Relationen ROCK Qualit t des Framesystems Relationen Multiple Worlds Knowledge Craft Qualit t des Framesystems Relationen Multiple Worlds Modulare Toolarchitektur Zeitrepr sentation F r das Projekt HYPERCON wurde wegen der Modularisierungsm glichkeiten und des Komforts der multiple worlds trotz seiner leicht eingeschr nkten Regelkomponente Knowledge Craft ausgew hlt Seine modulare Systemarchitektur erm glicht eine individuelle Konfiguration von Komponenten f r verschiedene Probleml sungsstrategien und zur Entwicklung von Benutzerschnittstellen und dadurch eine Skalierbarkeit in Abh ngigkeit vom Ausbau des Systems Unser Dank f r die engagierte und kooperative Unterst tzung bei der Erstellung dieses Reports geh rt Herrn Prof Dr Ipke Wachsmuth sowie unseren studentischen Mitarbeitern Jens Hamann und Jens Stoye M rz 1993 50 Evaluation hybrider Expertensystemtools 9 Literatur babylon Christaller Thomas Hrsg Referenzhandbuch Benutzerhandbuch Allegro Common Lisp Allegro Common Lisp KEE Guy L Steele J R Wolf S Setzer R Users Guide Interface Reference Manual Die KI Werkbank Babylon eine offene und portable Entwicklungsumgebung f r Expertensysteme Addison Wesley Bonn 1989 babylon Softwarewerkzeuge f r industrielle Anwendungen Version 3 0 VW GEDAS GmbH Berlin 1991 babylon Softwarewer
47. es Slots zur Verf gung Ein Selbstdefinieren von Vererbungsstrategien ist m glich aber nicht dokumentiert Slots k nnen verschiedene Werte u a auch Funktionen Methoden und Objekte aufnehmen Der Wertebereich des Slots kann ebenso wie die Mindest und Maximalanzahl der enthaltenen Werte beschr nkt werden F r den Wertebereich stehen dem Benutzer neben allen in KEE verwendeten Datentypen inklusive der Lisp Datentypen alle selbstdefinierten Frames sowie 12 weitere Datentypen zur Verf gung Alle Datentypen k nnen beliebig miteinander kombiniert werden Der Benutzer kann zwischen f nf verschiedenen Strategien w hlen wie das System auf Verletzungen der Werterestriktionen reagieren soll Der Wertebereich die Mindest und Maximalanzahl der Werte und die Vererbung eines Slots werden mit Hilfe von Attributen der Slots Facets festgelegt Der Benutzer kann selbst beliebige Facets definieren Methoden Methods werden als Werte von Slots repr sentiert und grunds tzlich in Lisp pro grammiert Es ist jedoch problemlos m glich von Lisp aus die TellAndAsk Sprache zu ver wenden D monen Active Values werden als Units repr sentiert und k nnen bei neun verschiedenen Slot Operationen wie z B Lese Schreib L sch Kopier Umbenennungsoperationen usw getriggert werden Mit Hilfe von D monen l t sich in KEE u a die Funktionalit t von Constraints realisieren Regeln Regeln Rules und Regelklassen werden als Units
48. gung am Ende einer Regelausf hrung erf llt ist Innerhalb von r ckw rtsverketteten Regelmengen gibt es nur die Regelauswertungstaktik verify Diese versucht eine explizit anzugebende Pr dikation zu verifizieren Die Ableitungsstrategie ist hierbei depth first left to right wobei die Sortierreihenfolge entscheidend bei der Auswahl der zur Etablierung der Pr dikation herangezogenen Regeln ist Beim sequentiellen Abarbeitungsmodus werden die Regeln einer Regelmenge stets in derselben Reihenfolge nacheinander betrachtet Es werden dabei verschiedene Auswertungstaktiken angeboten do one pr ft die Regeln in der Sortierreihenfolge und wertet nur die erste ausf hr bare Regel aus do all alle Regeln werden gepr ft und ggf ausgewertet do while Testen der Regeln in der Sortierreihenfolge bis eine angegebene Bedingung nicht mehr erf llt ist oder do until Testen der Regeln in der Sortierreihenfolge bis eine angegebene Bedingung erf llt ist Dabei k nnen Regeln wiederholt mit der gleichen Instantiierung angewendet werden In einem Constraint Pattern wird eine Reihe von sogenannten Regeln angegeben die das Verhalten f r bestimmte Situationen die in einem Pr missenteil beschrieben werden festgelegen Das in der Konklusion der Regel ausgedr ckte Verhalten kann zum einen darin bestehen eine Situation als INCONSISTENT kenntlich zu machen wenn die aktuellen Parameterwerte des Patterns eine unzul ssige Kombination untereinander und od
49. he Iteration ber alle Belegungen erlauben die die Pr dikation erf llen Die bei der Iteration auszuf hrenden Operationen werden dabei in einer sogenannten continuation in der Art eines Lisp Funktionsrumpfs aufgef hrt Die continuation erlaubt zwar nach Handbuchangaben den Zugriff auf die gesamte Syntax von Common Lisp es wird aber geraten sich auf den Sprachumfang von babylon lisp zu beschr nken Im Test ist der Versuch andere Lisp Ausdr cke einzubinden dann auch gescheitert Zu jedem babylon Konstrukt sind zwei Erl uterungskomponenten vorgesehen Der Dokumentationseintrag f r konstruktspezifische Informationen des Wissensingenieurs f r sp tere Wartungsarbeiten und der Erkl rungseintrag Dieser soll spezifische Informationen f r den Endbenutzer zum Verstehen und Einordnen der Konstrukte beinhalten Unterschieden wird zwischen drei Informationstypen Beschreibungen von Wissensbasiskonstrukten description specific description Wertbestimmungshilfen zur Bestimmung aktueller Attri butwerte determinationl specific determination und Ausf hrungsbeschreibungen die auf die Parameter der konkreten Anwendung zugreifen um die jeweilige Auswirkung zu beschreiben effect description Dar berhinaus k nnen auch eigene Informationstypen definiert werden und Konstrukte der Wissensbasis als nicht erkl rbar not explainable gekennzeichnet werden 2 4 Inferenzmechanismen und Kontrollfunktionen Bei Frames werden bei Lese Schreib
50. ich l t man sich z B einen Slot anzeigen kann man die angezeigten Werte nicht direkt editieren sondern mu ber den Umweg eines Men s und eines Eingabefensters Typescript Window gehen Uber Activelmages das sind Fenster mit deren Hilfe man den augenblicklichen Zustand eines Slots wiedergeben und ver ndern kann kann hier f r einige h ufig benutzte Slots Abhilfe geschaffen werden Lisp ber eine Tastenkombination l t sich die Parameterliste einer definierten Lisp Funktion auch einer selbstdefinierten anzeigen Alle Operationen die der Benutzer ber Men s aufrufen kann stehen auch ber Funktionsaufrufe zur Verf gung und sind entsprechend dokumentiert Das gleiche gilt f r eine Vielzahl weiterer KEE spezifischer Funktionen Funktionsfiles werden au erhalb von KEE mit beliebigen Texteditoren erstellt Als Debugger steht ein typischer Lisp Debugger zur Verf gung Versionsverwaltung Eine ber die Protokollierung von nderungsdaten hinausgehende Versionsverwaltung von Wissensbasen gibt es nicht Erstellungs und nderungsdaten von Objekten und Wissensbasis werden automatisch direkt in den Objekten bzw im File der Wissensbasis eingetragen Konfigurierbarkeit In der KEE Entwicklungsversion ist eine Konfigurierbarkeit d h das Weglassen einzelner nicht ben tigter Module nicht vorgesehen Dies wird erst durch ein anderes Produkt der KEE Produktfamilie Configurable KEE m glich M rz 1993 22 Evaluation h
51. ie Group Inc Pittsburgh November 1991 Technical Manuals Vol 2 KC Version 4 1 Carnegie Group Inc Pittsburgh April 1991 Technical Manuals Vol 3 KC Version 4 1 Carnegie Group Inc Pittsburgh Marz 1991 Tutorial KC Version 4 0 4 1 Carnegie Group Inc Pittsburgh Juni 1991 Technical Manual KC Version 4 2 Carnegie Group Inc Pittsburgh November 1991 Marz 1993 Evaluation hybrider Expertensystemtools 53 Simpak Statpak ProKappa Users Guide Programmer s Reference Manual C Functions Reference Manual Developer s User Interface RM ProTalk Reference Manual Interface Toolkits Manual Data Access System Manual M rz 1993 Technical Manual KC Version 4 2 Carnegie Group Inc Pittsburgh November 1991 Technical Manual KC Version 4 2 Carnegie Group Inc Pittsburgh November 1991 ProKappa User s Guide Version 2 0 IntelliCorp Inc Publication No PK2 0 UG 2 Oktober 1991 Reference Manual Vol 1 Version 2 0 IntelliCorp Inc Publication No PK2 0 RMI 1 Juni 1991 Reference Manual Vol 1 Version 2 0 IntelliCorp Inc Publication No PK2 0 MP 1 Juni 1991 Reference Manual Vol 2 Version 2 0 IntelliCorp Inc Publication No PK2 0 RM2 1 Juni 1991 Reference Manual Vol 2 Version 2 0 IntelliCorp Inc Publication No PK2 0 CP 1 Juni 1991 Reference Manual Vol 2 Version 2 0 IntelliCorp Inc Publication No PK2 0 IT 1 Juni 1991 Reference Manual Vol 2
52. ierung einer Benutzeroberfl che CRL Workcenter CRL spezifische Arbeitsumgebung OPS Workcenter OPS spezifische Arbeitsumgebung Prolog Workcenter Prolog spezifische Arbeitsumgebung Moduln zur Definition einer Systemschnittstelle SQL Schnittstellenmodul zu SQL Structured Query Language Datenbanken ISB Integrated Schema Base zur Verwaltung sehr gro er Wissensbasen z Zt noch nicht auf SUN Rechnern verf gbar Knowledge Craft besitzt einen offenen Aufbau Zum einen kann der vollst ndige Funktionsumfang von Common Lisp direkt genutzt werden zum anderen ist ein Einblick in das systemeigene jedoch gesch tzte konzeptuelle Modell der toolspezifischen Konstrukte m glich Dieses steht immer zur Verf gung und wird um die zu modellierende Anwendung erweitert Des weiteren besteht eine Abh ngigkeit der jeweiligen Moduln des Werkzeuges s o nur gegen ber CRL so da aus technischer Sicht keine Interdependenzen oder Installationszw nge zwischen einzelnen Moduln bestehen Daraus resultiert da ein customizing d h eine den Zielvorgaben entsprechende entwicklungsspezifische Konfiguration des Werkzeuges auf der Basis von CRL ohne weiteres m glich ist 4 3 Wissensrepr sentationsformalismen Das zentrale Konzept der Wissensrepr sentationssprache CRL ist das schema Dieser framekonformen Darstellungsform liegen alle werkzeugeigenen strukturellen Konstrukte M rz 1993 Evaluation hybrider Expertensystemtools 27 zugrunde S
53. indows k nnen ber Lisp Funktionen effiziente und portable Endbenutzer oberfl chen kreiert werden 3 3 Wissensrepr sentationsformalismen Wissensbasen Als zentrales Konzept der Wissensrepr sentation dienen in KEE hierarchisch anzuordnende Objekte welche auch zur Repr sentation von Regeln und Regelklassen verwendet werden Alle Objekte werden Wissensbasen knowledge bases zugeordnet wobei gleichzeitig auch w hrend einer Inferenz mit mehreren Wissensbasen gearbeitet werden kann Eine Wis sensbasis kann auch Fakten beinhalten die sich nicht auf Objekte beziehen unstructured facts 4das sind Bereiche der Graphik deren Anklicken wie ein Kommando spezielle Reaktionen des Systems bewirken M rz 1993 18 Evaluation hybrider Expertensystemtools Objekthierarchien Objekte Units werden in Klassen und Instanzen unterteilt Die einzigen zwischen Klassen untereinander und zwischen Klassen und Instanzen m glichen Relationen sind superclass subclass und member member of Dabei k nnen Objekte auch mehrere bergeordnete Objekte Eltern haben Die Objekthierarchie kann graphisch dargestellt werden Die Attribute der Objekte Slots k nnen sowohl entlang der Relationen vererbt werden Member Slots als auch einzelnen Frames zugeordnet werden ohne da eine Vererbung der Attribute stattfindet Own Slots F r jede Relation stehen 12 verschiedene Vererbungsstrate gien zur Spezifikation der Wertvererbung ein
54. ischen Objekten Der Entwickler kann dabei selbst Relationen auf den Objekten definieren Ein weiteres Konstrukt slot formula erlaubt die Manipulation des Wertes eines zugeh rigen Slots bei Zugriff auf diesen Slot Ein slot formula besteht aus einer Folge von ProTalk Befehlen die Slotwerte anderer Objekte zur Manipulation des zu berechnenden Slotwertes heranziehen k nnen F r Slotoperationen k nnen zudem vordefinierte Monitore before change after change und when needed eingesetzt werden 5 4 Inferenzmechanismen und Kontrollfunktionen Zur Wissensverarbeitung stehen einerseits Funktionen Monitore und Methoden zur objektorientierten Programmierung andererseits ein Inferenzmechanismus zur Vorw rts und R ckwi rtsverkettung von Regeln zur Verf gung In ProKappa werden Regeln nur in der Sprache ProTalk geschrieben M rz 1993 Evaluation hybrider Expertensystemtools 37 In Regeln wird der Zugriff auf alle Objektarten von ProKappa wie Objekte Applications Module Slots Slotwerte Facetten und Facettenwerte erm glicht Weiterhin kann auf ausf hrbare Funktionen die in C oder ProTalk geschrieben sind und auf alle weiteren bereitgestellten Funktionen Operatoren und Relationen zugegriffen werden Die genannten Formalismen sind sowohl im linken als auch im rechten Regelteil ausf hrbar Objekte k nnen sowohl auf der rechten als auch auf der linken Regelseite dynamisch erzeugt und gel scht werden Des weiteren kann eigen
55. it durch die Regelmengen hervorzuheben Die Constraintkomponente stellt eine deutliche Erweiterung der blichen Repr sentationsformalismen dar ihre M chtigkeit l t sich anhand der Unterlagen nicht zuverl ssig einsch tzen Propagierung in Constraintnetzen instanz bergreifende Constraints Die Kontrollkonstrukte in BQL und Tasksystem erscheinen komfortabel Eine wirkliche Modularisierung durch Aufteilung des Wissens speziell auch des in der Framehierarchie repr sentierten Objektwissens auf verschiedene Module die nach Bedarf getrennt geladen und ausgewertet werden k nnen deren Ergebnisse aber gemeinsam weiterverarbeitet werden m ssen wird durch die Reihenfolgerestriktionen beim Laden von Wissensbasen und die fehlende Schnittstelle f r die bergabe von Ergebnissen zwischen ihnen verhindert Eine Unterst tzung von Simulationen wird nicht geboten ebensowenig die M glichkeit Schlu folgerungen abh ngig von ihren G ltigkeitsvoraussetzungen in Welten oder Kontexten zu verwalten Schlie lich wird auch der Umgang mit unsicherem Wissen nicht unterst tzt Die aktuell zur Verf gung stehende Dokumentation weist erhebliche Schw chen auf M rz 1993 Evaluation hybrider Expertensystemtools 15 3 Evaluation von KEE KEE Knowledge Engineering Environment ist ein umfangreiches offenes und hybrides Expertensystemtool das auf Lisp basiert welches dem Entwickler eine Vielzahl von KI Programmierkonstrukten und graphischen M
56. ktionen und Methoden als Quelltext eingegeben und editiert Es gibt keinen speziellen Regeleditor Regeln k nnen nur als ProTalk Code mit jedem beliebigen Editor bearbeitet werden Bei der Verkettung von Regeln besteht die M glichkeit mit einem Debugger die Regeln Schritt f r Schritt durchzugehen Anschlie end k nnen die M rz 1993 38 Evaluation hybrider Expertensystemtools einzelnen Schritte mit den jeweiligen Variablenbelegungen in beliebiger Reihenfolge und beliebig oft angesehen werden Leider ist ein so erstellter Trace nicht speicherbar Schleifen bei der Regelverarbeitung werden nicht automatisch erkannt Methoden werden als C oder ProTalk Code implementiert F r die Parametereinstellung von Methoden bzw zur Methoden Aktivierung f r einen Slot steht ein Editor zur Verf gung Der graphische Frame Editor ist eine der St rken von ProKappa In diesem kann eine Objekthierarchie einfach bearbeitet werden Des weiteren stehen alle wichtigen Informationen in verschiedener Ausf hrlichkeit zur Verf gung Die Zwischenzust nde beim Arbeiten mit der graphischen Oberfl che lassen sich bequem speichern und laden Jedoch bietet ProKappa keine automatische Versionsverwaltung Das Sichern Laden von Objekthierarchien gestaltet sich etwas unpraktisch Es gibt die M glichkeit mit den Funktionen PrkSaveAsciiApp und PrkLoadAsciiApp eine Ascii Version der Objekthierarchie zu sichern oder zu laden und sie im Editor zu bearbeiten D
57. kzeuge f r industrielle Anwendungen Version 3 0 VW GEDAS GmbH Berlin 1991 User s Guide Vol 1 Version 4 1 Franz Inc Document Number D U 00 000 01 20305 0 2 v1 M rz 1992 User s Guide Vol 2 Version 4 1 Franz Inc Document Number D U 00 000 01 20305 0 2 v2 Marz 1992 Common LISP The Language Digital Press New Jersey 1984 ISBN 0 932376 41 X Wissensverarbeitung mit KEE Oldenbourg Verlag M nchen 1991 ISBN 3 486 21407 1 Technical Manuals Vol 1 KEE Version 3 1 IntelliCorp Inc Publication Number K3 1 UG1 Mai 1988 Technical Manuals Vol 2 KEE Version 3 1 IntelliCorp Publication Number K3 1 IRM 1 1987 M rz 1993 Evaluation hybrider Expertensystemtools 51 Core Reference Manual Technical Manuals Vol 2 KEE Version 3 1 IntelliCorp Publication Number K3 1 CRM 2 1989 TellAndAsk Reference Manual Technical Manuals Vol 2 KEE Version 3 1 IntelliCorp Inc Document Number 3 1 TAA 2 1989 Rule System Reference Manual Technical Manuals Vol 3 KEE Version 3 1 IntelliCorp Inc Document Number K3 1 RS3 2 1989 Rule Compiler Reference Manual Technical Manuals Vol 3 KEE Version 3 1 IntelliCorp Inc Document Number K3 1 RC 4 1989 KEEworlds Reference Manual Technical Manuals Vol 3 KEE Version 3 1 IntelliCorp Publication Number K3 1 KW 3 1989 Activelmages3 Reference Manual Technical Manuals Vol 3 KEE Version 3 0 IntelliCorp Inc Document Number 3 0 R A3 Nove
58. lisieren Das Werkzeug stellt nur einen Teil einer Entwicklungsumgebung f r Expertensysteme zur Verf gung so da wesentliche weitere Teile f r eine vollst ndige Anwendung vom Entwickler selbst implementiert werden m ssen M rz 1993 46 Evaluation hybrider Expertensystemtools Ta Vergleich der Werkzeuge Wissensrepr sentation babylon Knowledge Craft ProKappa ROCK Frame Taxonomie mit Vererbungsmechanismen Behaviors einfaches nicht entwicklerdefinierbares Relationenkonzept Regelkalk l e Constraints Tasks zur strukturierten Ablaufsteuerung Objekt Hierarchien eingeschr nkt entwicklerdefinierbare Vererbungs mechanismen sehr einfaches Relationenkonzept eingeschr nkte Verwaltung von multiple worlds Repr sentation der Regeln als Objekte Realisierung eines einfachen ATMS Objekt Taxonomie mit entwicklerdefinierbaren Vererbungsmechanismen e entwicklerdefinierbare Relationen zur Erstellung komplexer semantischer Netze komfortable Verwaltung von multiple worlds Objekt Hierarchien mit verschiedenen vorgegebenen multiplen Vererbungsstrategien entwicklerdefinierbares Relationenkonzept Repr sentation von Regeln nur mit ProTalk Objekt Taxonomie mit erweiterten entwicklerdefinierbaren Vererbungs mechanismen umfassendes benutzerdefinierbares Relationenkonzept zur Erstellung komplexer semantischer Netze multiple worlds Wissensverarbeitung babylon Knowledge Craft
59. llen Frame zugewiesenen D monen und dann die dem Slot allgemein zugewiesenen D monen ausgef hrt werden ist nicht vorgesehen Zur genauen Beschreibung von Beziehungen zwischen Frames steht eine Grammatik zur Verf gung mit der man die Abfolge von Relationen l ngs interessanter Pfade beschreiben kann Dies erlaubt z B eine einfache Suche aller auch indirekter Teile eines Aggregats ber einer Relation ist Teil von ROCK bietet die M glichkeit verschiedene Welten Kontexte f r die aktuelle Frame hierarchie zu behandeln Zu einem gegebenen Kontext kann man Nachfolgekontexte bilden die Kontexte bilden bzgl der Nachfolgebeziehung einen Baum In einem Nachfolgekontext stehen s mtliche Klassen und Instanzen des Vorg ngerkontexts unver ndert zur Verf gung soweit sie nicht explizit im Nachfolgekontext ge ndert oder gel scht werden Solche nderungen und L schungen sind nur in Blattkontexten m glich sie l t die Frames in allen andern Kontexten unver ndert Speicher konomie wird dadurch erreicht da nur dann eine lokale Kopie eines Frames in einem Nachfolgekontext erzeugt wird wenn es sich von dem entsprechenden Frame im Vorg ngerkontext unterscheidet Sofern nicht Frames mit gleichem Namen gleichzeitig geladen werden ist die Konsultation mehrerer Wissensbasen im Laufe einer Probleml sung m glich Allerdings wird ohne die Verwendung der IFB Speicher nicht wieder freigegeben Beim Laden eines Objekt Definition Files st
60. mber 1986 KEEpictures Reference Manual Technical Manuals Vol 3 KEE Version 3 1 IntelliCorp Publication Number K3 1 KP 2 1989 Common Windows Manual Technical Manuals Vol 3 IntelliCorp Publication Number CWM 2 1989 KEE 4 0 Release Notes KEE Version 4 0 IntelliCorp Inc Publication Number K4 0 RN UNIX 1 Februar 1991 Using KEE 4 0 on a UNIX Workstation KEE Version 4 0 IntelliCorp Inc Publication Number K4 0 UK UNIX 1 Februar 1991 KEEtutor KEEtutor A Basic Course Module 1 12 IntelliCorp Publication Number KT Mods1 amp 2 Sun 3 1989 M rz 1993 52 Evaluation hybrider Expertensystemtools System Indices Knowledge Craft Guy L Steele J R Guide t0 Documentation Reference Manual CRL CRL OPS CRL Prolog Workcenters Graphics Rapid Prototyping Methodology Timepak Technical Manuals Vol 1 KEE Version 3 1 IntelliCorp Publication Number K3 1 SI 1 1990 Common LISP The Language Digital Press New Jersey 1984 ISBN 0 932376 41 X Guide to Technical Manuals KC Version 4 0 4 1 Carnegie Group Inc Pittsburgh Juni 1990 Manual KC Version 4 0 Carnegie Group Inc Pittsburgh November 1989 Languages Technical Manuals Vol I KC Version 4 2 Carnegie Group Inc Pittsburgh November 1991 Languages Technical Manuals Vol I KC Version 4 2 Carnegie Group Inc Pittsburgh November 1991 Languages Technical Manuals Vol I KC Version 4 2 Carneg
61. mestrukturen bzgl der taxonomischen Repr sentation als Netz und nicht nur als Baumhierarchie organisiert werden k nnen Ferner sollten Frames in ihren Slots Verweise auf Objekte erlauben und in ihrer Slotstruktur so flexibel sein da Listen untypisier ter Datenobjekte m glich sind Klassen und Instanzenslots m ssen getrennt verarbeitbar sein Die Verkettungs und Konfliktl sungsstrategie bei der Auswertung von Regeln sollte der Entwickler selbst definieren k nnen 1 3 Projektbezogene und systemtechnische Aspekte Die Dom ne wird weitgehend durch die Diagnoseproblematik charakterisiert Daraus folgt da die gleichzeitige Elaborierung bzw der Vergleich verschiedener Hypothesen eine wichtige Rolle spielt Technisch gesehen m ssen deshalb Ergebnisse verschiedener Annahmen nebeneinander verwaltet werden k nnen Ebenso sollte sich die konkrete Abh ngigkeit der Ergebnisse von jeweils zugrundeliegenden Annahmen verfolgen lassen Die m glichen Inkon sistenzen die Folgerungen aus unterschiedlichen Annahmen untereinander aufweisen K nnen m ssen vom System toleriert werden eine technische M glichkeit hierzu ist die Verwaltung hypothetischer Welten Die Qualit t einer solchen Verwaltung h ngt unter anderem davon ab ob sie nur unterschiedliche Slotwerte oder auch z B unterschiedliche Instanzenmengen einer Klasse erlaubt ferner davon inwieweit Redundanzen erkannt und durch effiziente Speicherung aufgefangen werden hnliche Anf
62. nd statistische Auswertungen Statpak zur Verf gung M rz 1993 Evaluation hybrider Expertensystemtools 25 Gleichfalls kann auf eine taxonomisch spezifizierbare objektorientierte Programmierung zugegriffen werden Das Produkt unterst tzt dar ber hinaus Zeitrepr sentationsm glichkeiten eine SQL Datenbankschnittstelle sowie die Entwicklung einer graphischen Benutzeroberfl che 4 2 Produktarchitektur Der modulare Aufbau des Tools wird bereits durch die nachfolgend abgebildete System architektur erkennbar Wissensverarbeitung Wissensdarstellung Systemschnittstellen Entwicklungsumgebung Abb 3 Die Systemarchitektur von Knowledge Craft nach Knowledge Craft Informations brosch re Danet GmbH M rz 1993 26 Evaluation hybrider Expertensystemtools Die Wissensrepr sentationssprache CRL stellt die Basiskomponente des Werkzeugs dar und integriert Moduln anhand nachfolgender funktionaler Gesichtspunkte Moduln zur Wissensverarbeitung CRL OPS eine modifizierte Version des Produktionensystems OPS5 CRL Prolog eine modifizierte Version der logikbasierten Programmiersprache Prolog OOPS ObjektOrientierter Programmierstil Statpak wissensbasierte Verarbeitung von Statistiken Simpak Proze simulation Modul zur Wissensdarstellung Timepak Repr sentationformen f r Zeitdauer intervalle und punkte Moduln die der Entwicklungsumgebung zuzuordnen sind IDS Interface Development System zur Gener
63. nhalten k nnen Dabei sind drei Slottypen zu unterscheiden Attribute Relation und Message Slots Relation Slots sind f r den Eintrag von Klassen oder Instanzframes vorgesehen bei diesen Frames wird normalerweise automatisch ein R ckverweis erzeugt ber die von ROCK vordefinierten Relationen hinaus kann der Entwickler selbst weitere definieren und sehr detailliert die Vererbung von Eigenschaften vorgeben die zwischen Frames stattfinden soll die M rz 1993 42 Evaluation hybrider Expertensystemtools in einer solchen Relation zueinander stehen Ein Message Slot enth lt eine entwicklerdefinierte C Funktion die f r die Behandlung von Nachrichten verantwortlich ist die dem durch das Frame definierten Objekt geschickt werden k nnen An weiteren Angaben zu Slots verlangt ROCK u a die Cardinality der Slotwerte single multiple und ihren Typ f r Relationen kommt der Name der inversen Relation hinzu Die Werte von Attribute und Message Slots werden automatisch entlang der vordefinierten Relationen subclassOf bzw instanceOf stets auf Unterklassen bzw Instanzen vererbt Die Vererbung kann jedoch durch Eintragen des ausgezeichneten Wertes NULL_VALUE in einen Slot unterbrochen werden Der Vererbungsmechnismus wird in ROCK erst bei einer Anfrage an einen Slotwert aktiv Query time inference Dabei wird ein Algorithmus benutzt der bei den Frames der bergeordneten Klassen Parents nach vererbbaren Slots bzw Slotwerten sucht D
64. ojekt gut geeignet Die Eignung f r das Projekt wird dadurch stark redu ziert da ein Weltenkonzept nur eingeschr nkt und ein Zeitkalk l gar nicht vorhanden ist Weitere gro e Nachteile sind die umst ndliche und nicht zu umgehende Benutzeroberfl che Desktops mit der unter der von uns verwendeten Windows Version X11 Release 5 Lauf unsicherheiten bestehen und die fehlende Konfigurierbarkeit der getesteten Version was der KEE Entwicklungsversion eine gewisse Schwerf lligkeit verleiht M rz 1993 24 Evaluation hybrider Expertensystemtools 4 Evaluation von Knowledge Craft Knowledge Craft ist ein hybrides Lisp basiertes Entwicklungswerkzeug zur Realisierung offener erweiterbarer wissensbasierter Systeme Die Kernsprache CRL Carnegie Representation Language bildet die Basis fiir Komponenten welche die Applikation verschieden spezifischer Wissensrepr sentationsformen Probleml sungsstrategien einer graphischen Benutzerschnittstelle sowie den Zugriff auf Datenbanken unterst tzen Der modulare Aufbau der Toolkomponenten erlaubt eine entwicklungsspezifische Konfiguration von Knowledge Craft F r den Einsatz im Projekt wurde nur eine Version von Knowledge Craft getestet die um die Komponenten CRL Prolog Timepak Simpak und Statpak reduziert war F r diese Komponenten konnte jedoch teilweise auf Erfahrungen aus fr heren Projekten zur ckgegriffen werden 4 1 Produktbeschreibung Die Entwicklung von Knowledge Craft wurde
65. orderungen ergeben sich aus der Verwendung von Modellen unterschiedlicher Detaillierung Hinzu kommt da Beziehungen zwischen Objekten die verschiedenen Modellen zugeordnet sind beschrieben werden k nnen m ssen Dies scheint technisch am ehesten durch die Beschreibung zwischen den Objekten bestehender Relationen m glich wobei der Knowledge Engineer die Vererbung von Eigenschaften relationsspezifisch festlegen k nnen sollte Da es sich bei der Hypertonie um eine chronische Krankheit handelt die oft langsam progrediert werden Patienten auch in gr eren Abst nden untersucht Die Bewertung der zeitlichen Entwicklung der Patientendaten ist f r die Diagnose Prognose und Therapie dieser M rz 1993 4 Evaluation hybrider Expertensystemtools Erkrankung notwendig Aus diesem Grund sollte das System eine Zeitverwaltung besitzen mit deren Hilfe Folgerungen aus individuellen Zeitverl ufen gezogen werden k nnen Im Bereich der Hypertonie stehen umfangreiche Falldatenbanken zur Verf gung die m glichst genutzt werden sollten um den Benutzer des Systems durch Fallvergleiche und evtl deren Aufbereitung unter epidemiologischen Gesichtspunkten zu unterst tzen Dar ber hinaus sollte das angestrebte System mit Hilfe dieser Datenbanken validiert werden k nnen mindestens jedoch durch einige aus dem Bestand ausgew hlte Testf lle F r das Werkzeug ergibt sich daraus die Anforderung den effizienten Anschlu einer Datenbank zu unterst tz
66. r editierte Objekthierarchie anwenden zu k nnen mu der gesamte RI erneut compiliert und eingebunden werden damit die entwicklerspezifische Objekthierarchie zur Verf gung steht ROCK bietet eine Schnittstelle zu relationalen Datenbanken an um externes Faktenwissen in eine Applikation zu laden Dar berhinaus steht die Integrated Frame Base IFB zur Verf gung die es erm glicht auf Teile einer gro en Objekthierarchie die beispielsweise als Datenbank angelegt ist zuzugreifen Mit Hilfe der IFB k nnen mehrere Applikationen eine Objekthierarchie gleichzeitig und auf verschiedene Weisen benutzen Dabei werden standardm ig nur die f r eine Applikation jeweils ben tigten Teile in den Hauptspeicher geladen Der Entwickler kann jedoch in den Vorgang des Ladens und Sicherns steuernd eingreifen indem er bspw geschlossen zu ladende zu sichernde Teile wie einen Teil der taxonomischen Hierarchie angibt sowie eine Wiederauslagerung nicht mehr ben tigter Teile vorschreibt Des weiteren existiert eine Schnittstelle welche die Kommunikation zwischen verschiedenen ROCK Applikationen im Rahmen einer Client Server Struktur erm glicht Networking 6 3 Wissensrepr sentationsformalismen ROCK bietet als grundlegende Wissensrepr sentationsformalismen objektorientierte Frame hierarchien an die dynamisch erzeugt gel scht und ver ndert werden k nnen Frames werden in einer Taxonomie eingeordnet und besitzen Slots die Werte bei
67. r sentation dar babylon ist auf Unix Workstations IBM Mainframes unter VM MVS und auf Macintosh Rechnern verf gbar Der Version f r SUN Workstations liegt Allegro Common Lisp ACL zugrunde eine Erweiterung von Common Lisp Bei der Entwicklung von babylon wurde speziell auf die Verwendung von Standards wie OSF Motif X Windows und SQL Wert gelegt 2 2 Produktarchitektur babylon besteht aus den Komponenten babylon Entwicklungsumgebung babylon Kern und babylon Kommunikationsmodule vgl Abb 1 M rz 1993 Evaluation hybrider Expertensystemtools 7 Der babylon Kern beinhaltet die Konstrukte zur Erstellung einer Wissensbasis sowohl de klaratives Wissen Frames als auch prozedurales Wissen Regeln Constraints Tasks werden unterst tzt Auf die verschiedenen Wissensrepr sentationsformalismen kann mit Hilfe der Schnittstelle babylon Query Language BQL in einheitlicher Weise zugegriffen werden babylon Entwicklungsumgebung babylon Kern Frames Constraints Datenbankanschlu babylon Kommunikationsmodule Abb 1 Die Systemarchitektur von babylon nach babylon Benutzerhandbuch VW Gedas GmbH Die babylon Entwicklungsumgebung beinhaltet f r alle Repr sentationskonstrukte spezielle Editoren W hrend diese Editoren jeweils ein zu bearbeitendes Konstrukt fokussieren gew hren die zu den Inspektoren geh rigen Browser einen berblick ber die Gesamtheit der Konstrukte eines Typs und
68. remise complexity weighted least premise complexity Zus tzlich kann der Benutzer selbstdefinierte Strategien verwenden F r die R ck w rtsinferenz stehen folgende Strategien zur Verf gung breadth first depth first best first shortest goal stack Auch hier kann der Benutzer zus tzlich selbstdefinierte Strategien verwenden Ein graphischer Browser Text Trace und weitere Debugging M glichkeiten Setzen von Breakpoints Wiederherstellung des Ausgangszustandes erm glichen ein genaues Beobachten Debuggen der Regelinferenz Kontrollfunktionen Regelinferenzen werden von Lisp aus durch Aufruf der entsprechenden Funktion gestartet Das bedeutet da sie auch von Methoden oder D monen und somit letztlich auch ber ein graphisches Benutzerinterface gestartet werden K nnen Da die die Regelinferenz ausl senden Funktionen ein Ergebnis zur ckliefern k nnen Regelinferenzen in beliebiger Reihenfolge in Lisp Programme eingebunden und dar ber koordiniert werden 3 5 Entwicklungsunterst tzung Desktop Die Benutzeroberfl che von KEE zeichnet sich durch ihre Komplexit t und umst ndliche Bedienbarkeit aus Sie l uft unter der graphischen Benutzeroberfl che X Windows und besteht aus einem oder mehreren gro en Fenstern welche verschiedene kleinere Fenster mit unterschiedlichen Funktionalit ten zu einem sogenannten Desktop zusammenfassen Es gibt u a Lisp Listener Lisp Interpreter Fenster f r die Benutzerkommunikation Typescript
69. rst w hrend der prototypischen Realisierung von Systemkomponenten herausstellt Eine wesentliche Forderung an das Werkzeug ist deshalb seine Offenheit f r Erg nzungen durch die Entwickler Das bedeutet insbesondere aus den vordefinierten Programmierkonstrukten heraus auf speziell programmierte Funktionen zugreifen zu k nnen technisch gesehen also die komfortable Verwendbarkeit der vollen unterliegenden Programmiersprache Speziell ist hier an die Anbindung neuronaler Komponenten und an die Programmierung von Constraints zu denken die selten als Standardformalismus angeboten werden Auch die M rz 1993 Evaluation hybrider Expertensystemtools 5 Steuerung und Protokollierung des Inferenzprozesses werden vermutlich auf die Programmiersprache zur ckgreifen m ssen Das zu realisierende System ist derart umfangreich und komplex da in Anbetracht des engen Zeitrahmens Risiken bzgl der nachfolgend aufgef hrten Punkte im Vorfeld des Projektes zu vermeiden sind mangelnde Information ber die F higkeiten des Werkzeugs suboptimale Installation ungen gende Unterst tzung des Programmdebuggings nicht aufgedeckte oder verz gert behobene Fehler des Werkzeugs Deshalb sind die Qualit t von Dokumentation und Support und die Zuverl ssigkeit des Werkzeugs bedeutende Evaluierungskriterien Um ein redundanzarmes und damit in der Prototyping und Testphase effizientes System zu erhalten mu das Werkzeug konfigurierbar sein
70. rung integriert Schemata sind zu diesem Zweck als Objekte objects und Slots als Methoden methods zu vereinbaren Die Methode beinhaltet eine Prozedur die z B Regelinterpreter Ausgabefunktionen oder beliebige Lisp Funktionen aufruft Das objektorientierte Prinzip wird realisiert indem eine Nachricht call method an das Objekt die Prozedur der angesprochenen Methode aktiviert Dies erlaubt das Referenzieren einer beliebigen Standardfunktion unabh ngig vom Namen und der Implemen tierung dieser Funktion in einem bestimmten Objekt oder einer Klasse von Objekten Kombi niert mit einem Vererbungsmechanismus ist es m glich Prozeduren auf einem ad quaten Abstraktionsniveau zu definieren Die Darstellung von zeitbezogenem Wissen wird durch das Modul Timepak unterst tzt Mit Timepak ist es m glich Ereignisse in Bezug zu qualitativen und quantitativen Zeitpunkten und intervallen zu setzen Der bereitgestellte Zeitkalk l lehnt sich an den von Allen an und beinhaltet 13 m gliche Zeitrelationen Der konzeptuellen Repr sentation zeitlichen Wissens in Timepak ist das Schema time object zugrundegelegt Absolute Zeitrepr sentationen werden durch die Unterklassen time units time points fixed intervals und durations an time object gebunden Dagegen wird die relative Zeitrepr sentation zun chst an das Schema time event gebunden welches eine Unterklasse der absoluten Zeitobjekte ist Das Clustern von time events ist m glich Damit k nnen Gewich
71. rzt das System ab wenn zu viele Fehler in dem File sind Dieses Verhalten ist besonders kritisch da im Verlauf einer Probleml sung mehrere Objekthierarchien nacheinander geladen werden k nnen M rz 1993 44 Evaluation hybrider Expertensystemtools 6 5 Entwicklungsunterst tzung Objekthierarchien lassen sich einfach erstellen dabei k nnen alle Parameter Werte und Einstellungen im Zusammenhang mit der Definition einer Framehierarchie angegeben werden Aber ein Zustand nach der Arbeit mit dem RI z B mit ver nderten Slotwerten oder noch wichtiger mit ver nderter Objekthierarchie kann zwar gespeichert und wieder geladen werden das dabei erzeugte Format ist aber nicht editierbar Die M glichkeiten die beim Editieren von Frame Definition Files zur Verf gung stehen bietet im wesentlichen wenngleich weniger komfortabel auch der interaktive oder programmgesteuerte Aufruf von Funktionen bei geladener Wissensbasis Das ist insbesondere f r die Erzeugung von Instanzen gem aktuellen Aufgaben oder gem Eintr gen in Datenbanken n tzlich der auch m gliche interaktive Eingriff z B in die Vererbungsvorschriften d rfte allerdings zu undurchschaubaren Systemzust nden f hren Beim Editieren kann der Entwickler insbesondere leichter ber Namen von Frames Bez ge herstellen als beim Eingriff in eine geladene Wissensbasis Es gibt weder einen komfortablen Frame Editor noch einen graphischen Browser f r die Framehierarchie Di
72. sigkeit des Systems erreichbar ist Des weiteren sind die meisten der high end l Eine zusammengefasste Projektbeschreibung ist als MOSYS Report Nr 10 verf gbar M rz 1993 2 Evaluation hybrider Expertensystemtools Werkzeuge mit den wesentlichen der insgesamt ben tigten Repr sentationsformalismen und Inferenzmechanismen ausgestattet Der Aufwand eine Repr sentations oder Inferenzkomponente selbst ndig zu programmieren erscheint im Hinblick auf die Projektintention nicht vertretbar Die Komplexit t der zu modellierenden Dom ne erfordert in jedem Fall den Einsatz eines hybriden Entwicklungs werkzeugs das ber mehrere Formalismen verf gt 1 2 Evaluierte Werkzeuge und Evaluationskriterien Um zu einer fundierten Entscheidung ber das geeignetste Werkzeug zu gelangen wurden mehrere markteingef hrte hybride Software Werkzeuge zur Erstellung wissensbasierter Systeme im Hinblick auf ihre Eignung f r das Projekt vergleichend evaluiert Der Arbeitsgruppe standen vor dem Projektbeginn mehrere Werkzeuge zur Verf gung Knowledge Craft KEE Nexpert Object Goldworks und Kappa PC Diese wurden einerseits f r die Lehre in bungen und Praktika zum Thema Expertensysteme eingesetzt Andererseits war in der Arbeitsgruppe durch Versuchen die mit den o g Werkzeugen realisiert wurden eine gewisse Benchmarking Erfahrung vorhanden die zu einem detaillierten Fragenkatalog f hrte Dar berhinaus besitzt das Projektteam umfassen
73. tet einerseits Arbeitsumgebungen workcenter f r CRL CRL OPS und CRL Prolog andererseits eine Umgebung zur Erstellung einer interaktiven Benutzeroberfl che IDS Interface Development System Beim CRL Workcenter werden Schema Strukturen mit dem Palm Network Editor in Baumform graphisch dargestellt Da alle benutzerspezifischen Relationen verf gbar sind Kann ein semantisches Netz unter verschiedenen Aspekten visualisiert werden Diese Arbeits umgebung stellt auch einen Schema Editor bereit Die Arbeitsumgebungen CRL OPS und CRL Prolog Workcenter bieten entsprechend den Erfordernissen der jeweiligen Sprache Editoren und Debugging M glichkeiten Jedoch erweisen sich die angebotenen Arbeitsumgebungen f r die Erstellung gro er Wissensbasen als zu langsam und sind bestenfalls als ein Hilfsmittel zur Veranschaulichung von Wissensbasisausschnitten geeignet Dem erfahrenen Entwickler sei zur Implementierung der Einsatz eines Lisp Editors empfohlen Das Interface Development System ist gegliedert in das Command System zur Entwicklung von VO intensiven Benutzer Schnittstellen und in das Window Graphics System zur Applikation einer hardwareunabh ngigen graphischen Benutzeroberfl che auf der Basis der Fenstertechnik Dazu stehen dem Entwickler graphische Primitive und verschiedene Funktionen zur Manipulation von Items bspw Skalierung Transformation und Zooming zur Verf gung Eine SQL Schnittstelle zur Anbindung von relationalen Datenbanken
74. tungen von Ereignissen innerhalb eines Zeitintervalls vorgenommen werden Es ist relativ aufwendig mit dem Allen schen Zeitkalk l die genauen Zeitrelationen zwischen zwei Intervallen zu bestimmen da eventuell lange Ketten von Referenzereignissen auftreten die sich zus tzlich noch verzweigen k nnen Um mit dem vorhandenen Kalk l effizient umgehen zu k nnen m te man entsprechend dem zu bearbeitenden Wissensgebiet die Zeitrelationen auf ein vern nftiges Ma reduzieren ohne da es hierbei zu einem gr eren Verlust an sinnvollen und erforderlichen Schlu folgerungen kommt 4 4 Inferenzmechanismen und Kontrollfunktionen Zur integrierten Wissensverarbeitung stehen die regelorientierten Moduln CRL OPS und CRL Prolog sowie die Moduln Simpak und Statpak zur Verf gung M rz 1993 Evaluation hybrider Expertensystemtools 29 CRL OPS ist eine erweiterte Version der regel bzw produktionenorientierten Programmier sprache OPS5 und zeichnet sich durch einen datengetriebenen vorw rtsverkettenden Inferenzmechanismus aus Produktionen Regeln bestehen aus einem Bedingungsteil LHS Left Hand Side und einem Aktionsteil RHS Right Hand Side Bedingungselemente der LHS k nnen als Schablonen verstanden werden die mit Datenelementen des Working Memory s von CRL OPS verglichen gematcht werden Elemente des Working Memory k nnen beliebige CRL Schemata also Objekte bzw Klassen und Instanzen sein Sollen sehr komplexe Funktionen ausgef
75. ybrider Expertensystemtools Grafik KEE bietet eine Vielzahl graphischer M glichkeiten Mit Activelmages und KEEpictures kann eine Oberfl che im rapid prototyping Verfahren erstellt werden F r den sp teren Einsatz empfiehlt selbst der Hersteller eine Reimplementierung unter Verwendung von Common Windows einem Window System als Erweiterung von Common Lisp Der Benutzer hat ber eine Vielzahl von Farben und graphischen Konstrukten inklusive Bitmaps Hotspots bewegter Grafiken Grafiken mit Methodenfunktionalit t Grafiken zum Darstellen und Modifizieren von Slotwerten und selbstdefinierten Men s berdurchschnittliche M glichkeiten Schnittstellen Eine Schnittstelle zu Datenbanken kann als Zusatzmodul gekauft werden ebenso eine Schnitt stelle zur Programmiersprache C Schnittstellen zu Kappa und ProKappa sind geplant 3 6 Dokumentation und Support Support Der Support wurde vom Autor niemals in Anspruch genommen Nach Aussagen anderer Kun den ist dieser als kompetent und freundlich zu beurteilen Neben dem Telefonsupport gibt es einen Support ber e mail Es finden regelm ige j hrliche Users Group Meetings statt die einen Austausch zwischen Anwendern und Mitarbeitern von IntelliCorp auch der Entwick lungsabteilung erm glichen Nach Aussagen des Herstellers ist allerdings die Existenz eines Supports f r KEE nur noch f r h chstens f nf Jahre gew hrleistet Der Entwicklungsschwer punkt von IntelliCorp wurde auf
76. zugriffen auf Slots d monenartig Behaviors ausgel st Welche Zugriffe ein Behavior ausl sen wird bei der Merkmalsdeklaration in der Framedefini tion festgelegt read dependents write dependents if undetermined F r die Mitteilung von Schreib Lesezugriffen sind spezielle Behaviors vorgesehen notify read dependent notify write dependent die Adressaten der Mitteilung k nnen bei den Slots explizit angegeben werden F r Regelmengen stehen drei Abarbeitungsmodi zur Auswahl Vorw rts oder R ckw rtsverkettung sowie sequentielle Abarbeitung der Regeln Bei der Vorw rtsverkettung werden die Regeln in der Sortierreihenfolge getestet und Regeln mit g ltiger Instantiierung in eine Konfliktmenge gestellt Die Sortierreihenfolge ergibt sich da bei aus der Priorit t der Regeln oder bei gleicher Priorit t aus der Aufschreibreihenfolge Aus der Konfliktmenge wird dann nach einer der drei Konfliktl sungsstrategien first match newest match oder oldest match andere sind nicht m glich eine einzige Regel ausgew hlt und ausgewertet Danach beginnt der Proze von vorne wobei dieselbe Regel aber nicht noch einmal auf denselben Daten feuert Beendet werden kann dieser Vorgang auf drei Arten do M rz 1993 Evaluation hybrider Expertensystemtools 11 exhaustive solange bis keine Regel mehr auswertbar ist do while solange wie eine bestimmte Bedingung vor der Regelauswahl gilt oder do until solange bis eine bestimmte Bedin

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