Vorgehensmodelle zur Erstellung Wissensbasierter Systeme

eine Vertiefungsarbeit vonChristian Schulz

„Knowledge Engineering ist die Kunst ein komplexes Computerprogramm zu entwickeln, das

Weltwissen repräsentiert und Schlüsse daraus zieht“

[E.A. Feigenbaum 1977]

Agenda

1. Grundlagen1.1 Wissensbasierte Systeme

1.2 Expertensysteme als Spezialfall

1.3 Expertensysteme vs. Experte

2. Vorgehensmodelle2.1 Prototyping

2.2 Role-Limiting Methoden2.3 Modellbasierte Vorgehensmodelle (MIKE)

3. Fazit und Zukunftsaussicht

1. Grundlagen1.1 Wissensbasierte Systeme1.2 Expertensysteme als Spezialfall1.3 Expertensysteme vs. Experte

2. Vorgehensmodelle2.1 Prototyping2.2 Role-Limiting Methoden2.3 Modellbasierte Vorgehensmodelle (MIKE)

3. Fazit und Zukunftsaussicht

Was sind Wissensbasierte Systeme ?

Expertenwissen Problemlösungswissen

Trennung der Wissenskategorien

Expertenwissen & Problemlösungswissen

1. Grundlagen1.1 Wissensbasierte Systeme1.2 Expertensysteme als Spezialfall1.3 Expertensysteme vs. Experte

2. Vorgehensmodelle2.1 Prototyping2.2 Role-Limiting Methoden2.3 Modellbasierte Vorgehensmodelle (MIKE)

3. Fazit und Zukunftsaussicht

Was sind Wissensbasierte Systeme ?

Fachwissen über das Anwendungsgebiet

S C H N I T T S T E L L E N K O P O N E N T E

(I/O- und interaktive Benutzerschnittstelle)

Wissen über Lösungsstrategien

P R O B L E M L Ö S U N G S K O M P O N E N T E

Inferenzmechanismus

W I S S E N S B A S I SRegelbasis Datenbasis

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2. Vorgehensmodelle2.1 Prototyping2.2 Role-Limiting Methoden2.3 Modellbasierte Vorgehensmodelle (MIKE)

3. Fazit und Zukunftsaussicht

Was sind Wissensbasierte Systeme ?

Vorteile der Trennung von Wissenskategorien:

- Lokalisierung des Wissens im Programm - Prüfung auf Vollständigkeit und Konsistenz

- Addition von Wissen

1. Grundlagen1.1 Wissensbasierte Systeme

1.2 Expertensysteme als Spezialfall1.3 Expertensysteme vs. Experte

2. Vorgehensmodelle2.1 Prototyping2.2 Role-Limiting Methoden2.3 Modellbasierte Vorgehensmodelle (MIKE)

3. Fazit und Zukunftsaussicht

Was sind Expertensysteme ?

- können Schlussfolgerungen und Lösungen erklären

- können mit neuem Wissen ergänzt werden

- lösen Probleme „wie ein Experte“

1. Grundlagen1.1 Wissensbasierte Systeme

1.2 Expertensysteme als Spezialfall1.3 Expertensysteme vs. Experte

2. Vorgehensmodelle2.1 Prototyping2.2 Role-Limiting Methoden2.3 Modellbasierte Vorgehensmodelle (MIKE)

3. Fazit und Zukunftsaussicht

Was sind Expertensysteme ?

Expertensysteme sind Programme, „die in einem eng abgegrenzten Anwendungsbereich die spezifischen

Problemlösungsfähigkeiten eines menschlichen Experten erreichen oder übertreffen.“ (K. Kurbel)

Sich mit Anstand zurückziehen

1. Grundlagen1.1 Wissensbasierte Systeme

1.2 Expertensysteme als Spezialfall1.3 Expertensysteme vs. Experte

2. Vorgehensmodelle2.1 Prototyping2.2 Role-Limiting Methoden2.3 Modellbasierte Vorgehensmodelle (MIKE)

3. Fazit und Zukunftsaussicht

Was ist Expertise ?Probleme lösen

Ergebnisse / Lösungen erklären

Kontinuierlich hinzulernen

Wissen reorganisieren

Regeln übertreten

Sich mit Anstand zurückziehen

Eigene Kompetenz beurteilen

1. Grundlagen1.1 Wissensbasierte Systeme1.2 Expertensysteme als Spezialfall

1.3 Expertensysteme vs. Experte

2. Vorgehensmodelle2.1 Prototyping2.2 Role-Limiting Methoden2.3 Modellbasierte Vorgehensmodelle (MIKE)

3. Fazit und Zukunftsaussicht

Expertensysteme vs. Experte

Sich mit Anstand zurückziehen

Probleme lösen

Ergebnisse / Lösungen erklären

Kontinuierlich hinzulernen

Wissen reorganisieren

Regeln übertreten

Sich mit Anstand zurückziehen

Eigene Kompetenz beurteilen

übertrifft die Fähigkeiten von Experten

Vorhanden, meist mäßige Qualität

Nicht Autonom

Nicht Autonom

nur sehr eingeschränkt möglich

Aufgabe des Anwenders

!!Fehlentscheidungen!!

1. Grundlagen1.1 Wissensbasierte Systeme1.2 Expertensysteme als Spezialfall

1.3 Expertensysteme vs. Experte

2. Vorgehensmodelle2.1 Prototyping2.2 Role-Limiting Methoden2.3 Modellbasierte Vorgehensmodelle (MIKE)

3. Fazit und Zukunftsaussicht

Warum Expertensysteme ?

Experten können

teuer sein

schwierig erreichbar sein

aufgrund von Gefahren nicht einsetzbar sein

Das Problem kann zu komplex sein

Bedarf das Expertenwissen zu konservieren

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3. Fazit und Zukunftsaussicht

Prototyping

Probleme der Spezifikation Vielzahl von Entwicklungstools

Prototyping

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3. Fazit und Zukunftsaussicht

Die Stufen des Prototyping

Die Identifikationsstufe

Die Konzeptualisierungsstufe

Die Formalisierungsstufe

Die Implementierungsstufe

Die Teststufe

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3. Fazit und Zukunftsaussicht

Die Stufen des Prototyping

Die Identifikationsstufe

- Festlegung der teilnehmenden Mitarbeiter

- Festlegung der Aufgabenbereiche der Mitarbeiter

- Beschreibung des relevanten Wissens

- Schlüsselelemente der Problemstellung werden identifiziert

- Externe Randbedingungen identifizieren

- Ziel & Nutzen des Systems definieren

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3. Fazit und Zukunftsaussicht

Die Stufen des Prototyping

Die IdentifikationsstufeDie Konzeptualisierungsstufe

- Strukturierung der Schlüsselkonzepte (evtl. graphisch)

besonders wichtig, schwierig und zeitaufwendig

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3. Fazit und Zukunftsaussicht

Die Stufen des Prototyping

- Formalisierung der Schlüsselkonzepte

- Die Struktur des Lösungsraums

- Das zugrunde liegende Prozessmodell

- Charakteristika der Daten

Die FormalisierungsstufeDie Konzeptualisierungsstufe

Das Ergebnis dieser Stufe sollte eine Beschreibung sein, wie das Problem in einem gewählten Werkzeug am besten repräsentiert

werden kann.

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3. Fazit und Zukunftsaussicht

Die Stufen des Prototyping

- Erstellung des Prototyps auf der Basis des formalisierten Wissens

Die Formalisierungsstufe

Diese Stufe wird insbesondere dazu herangezogen, die Angemessenheit der Formalisierung und der darauf basierenden

grundlegenden Ideen zu überprüfen.

Die Implementierungsstufe

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3. Fazit und Zukunftsaussicht

Die Stufen des Prototyping

- Verschiedene Testfälle werden durchgeführt

Die TeststufeDie Implementierungsstufe

- Rückkehr auf frühere Stufen des Entwicklungsprozesses

- Refinement - Redesign - Reformulierung

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3. Fazit und Zukunftsaussicht

Die Stufen des PrototypingIdentifiziere Problemcharakteristika

Anforderungen

Finde Konzepte, um Wissen zu repräsentieren

Konzepte

Strukturiere, um Wissen zu organisieren

Strukturen

Formuliere Regeln, um Wissen darzustellen

Regeln

Bewerte Regeln, die das Wissen darstellen

Refinement

Testen

Implementierung

Redesign

Formalisierung

Reformulierung

Konzeptualisierung

Identifikation

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3. Fazit und Zukunftsaussicht

Beurteilung des Prototyping

P R O K O N T R A

Schnelle Kontrolle

Integration des Experten

Überzeugungsarbeit

Nachweis der Machbarkeit

Unstrukturiertes „ReEngineering“

Keine Meilensteine

Hoher Wartungsaufwand

Kein Zwang zur Dokumentation

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3. Fazit und Zukunftsaussicht

Role-Limiting Methoden

- Ausführbare Werkzeuge

- Für ein konkretes Problem

- Vordefinierte Methoden

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3. Fazit und Zukunftsaussicht

Role-Limiting Methoden

Vorschlagen &

Vertauschen

Bedingungen, Regeln, Fakten

Generierte ZuordnungenÜberprüfung

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3. Fazit und Zukunftsaussicht

Beurteilung der Role-Limiting Methoden

P R O K O N T R A

Bei passender Methode muss nur noch das spez. Wissen eingegebenwerden

Ausführbare Werkzeuge

Problemlösungsmethode bereitsrealisiert

Keine Kriterien für Auswahl der geeigneten RLM

RLM nicht anpassbar

RLM nur eingeschränkt kombinierbar

Schlechte Integrationsmöglichkeitenin bestehende Systeme

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3. Fazit und Zukunftsaussicht

Modelbasierte Vorgehensmodelle

Model Driven Architecture

Object Management Group

MDA will: Businesslogik in Form von abstrakten Modellen spezifizieren und diese dann automatisch auf verschiedene Plattformen mappen.

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3. Fazit und Zukunftsaussicht

Modelbasierte Vorgehensmodelle (MIKE)

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3. Fazit und Zukunftsaussicht

Modelbasierte Vorgehensmodelle (MIKE)

MIKE stellt eine integrierte Sammlung von Methoden zur:

bereit.

Interpretation Implementierung

Formalisierung Erhebung

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3. Fazit und Zukunftsaussicht

Modelbasierte Vorgehensmodelle (MIKE)

Für die Beschreibung der Resultate der Entwicklungsschritte bietet MIKE jeweils dafür geeignete Modelle und zugehörige Beschreibungssprachen an.

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3. Fazit und Zukunftsaussicht

Modelbasierte Vorgehensmodelle (MIKE)

Übergang von informalen Wissensrepräsentationen

zu formalen Systemspezifikationen erfolgt sanftin mehreren Schritten

Komplexität der einzelnen Schritte sinkt

Systematisches Projektmanagement

1. Grundlagen1.1 Wissensbasierte Systeme1.2 Expertensysteme als Spezialfall1.3 Expertensysteme vs. Experte

2. Vorgehensmodelle2.1 Prototyping2.2 Role-Limiting Methoden2.3 Modellbasierte Vorgehensmodelle (MIKE)

3. Fazit und Zukunftsaussicht

Fazit und Zukunftsaussichten

Sehr UmfangreichSehr unflexibelNur für kleine Projekte

Entstand aus den Problemen von Prototyping & RLM

Inkrementeller Übergang vom informalen Entwurf zur formalen Implementierung

Geringer AufwandZyklische Vorgehensweise

MIKERole Limiting Methoden

Prototyping

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2. Vorgehensmodelle2.1 Prototyping2.2 Role-Limiting Methoden2.3 Modellbasierte Vorgehensmodelle (MIKE)

3. Fazit und Zukunftsaussicht

Ende

VIELEN DANK

FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT