الأنظمة الخبيرة

• أعرّف النظام الخبير.
• أشرح مكوّنات النظام الخبير.
• أوضّح أهمية النظام الخبير.
• أعدّد استخدامات النظام الخبير.
• أعدّد ميّزات النظام الخبير.
• أبني قاعدة معرفة مكوّنة من حقائق وقواعد لمسألة معينة.
• أطبّق قاعدة المعرفة على حزمة برمجية جاهزة.

النظام الخبير: برنامج يحاكي خبيرًا بشريًا

يتميز العقل البشري بالقدرة على التعلم، ثم التطبيق والممارسة التي تكسبه الخبرة، فهل يمكن للذكاء الاصطناعي محاكاة خبرة الإنسان؟

أناقش زملائي في المجموعة بمفاهيم "البيانات، والمعلومات، والمعرفة، والحكمة" ثم أستخدم خاصية الرسم الفني ⁦(SmartArt)⁩ في تطبيق ⁦(Google slides)⁩ لرسم تخطيط يوضح العلاقة بين هذه المفاهيم. أقارن إجاباتي بإجابات الزملاء.

• الخبير: من توافرت لديه المعرفة العميقة النظرية والعملية في مجال معين، وبإمكانه اتخاذ القرارات المبنية على هذه المعرفة.

• أسماؤه الأخرى: النظام القائم على المعرفة ⁦(Knowledge-Based Systems)⁩، وأنظمة الخبيرين القائمة على المعرفة ⁦(Knowledge-Based Expert Systems)⁩، والأنظمة القائمة على الخبراء ⁦(Experts-Based Systems)⁩.

المكوّنات: قاعدة معرفة ومحرك استدلال وواجهة

• يتكون النظام الخبير من مكونات رئيسة كما في الشكل (1-1).

• أطراف الشكل: الخبير، والمستخدم، والنظام الخبير (قاعدة المعرفة، محرك الاستدلال، واجهة المستخدم).

واجهة المستخدم: بوابة التفاعل مع النظام

• قابلية استخدام النظام تعتمد على واجهة المستخدم.

قاعدة المعرفة: قلب النظام الخبير

• تأتي مقابل واجهة المستخدم: يتعامل معها المستخدم غير الخبير، أما قاعدة المعرفة فيطوّرها الخبير في مجال معين.

• قابلة للإضافة والتعديل على محتوياتها.

أبحث في المصادر الإلكترونية الموثوقة عن مفهوم مهندس المعرفة، ووظيفته وعلاقته بالخبير، ثم أشارك زملائي ما توصلت إليه.

أستذكر طرق كتابة الجمل الشرطية في برمجية ⁦Python⁩، وأكتب أمثلة على كل منها. هل أتوقع وجود علاقة بين قواعد كتابة الجمل الشرطية في لغة البرمجة وبين قاعدة المعرفة في النظام الخبير؟ أفسر توقعاتي.

عناصر قاعدة المعرفة: حقائق وحدس وتمثيل واكتساب

• تتكون قاعدة المعرفة من عناصر عدة هي الآتية.

• المنطق: ينقسم إلى منطق الفرضيات ومنطق العلاقات.
• منطق الفرضيات: جملة "السماء صافية" قد تحمل الصواب أو الخطأ.
• منطق العلاقات: "إذا درست جيدًا، ستتفوق" علاقة شرطية؛ أي إنّ التفوق مرتبط بالدراسة الجيدة.

• مثال على قاعدة: "إذا كانت الإشارة الضوئية حمراء، يجب أن تتوقف جميع السيارات".

أبحثُ في المصادر الإلكترونية الموثوقة عن طرق أخرى لتمثيل المعرفة، ثم أصمم منشورًا باستخدام أحد برامج العرض في الذكاء الاصطناعي، وأحمِّله على اللوح التفاعلي الرَّقمِيّ الخاص بالصف.

خمسة أشكال للقواعد في الأنظمة الخبيرة

• تتنوع القواعد المستخدمة في الأنظمة الخبيرة وقد تكون أحد الأشكال الآتية:
• علاقة ⁦(Relation)⁩: مثلًا "إذا كانت الإشارة الضوئية حمراء فتوقف".
• توصية ⁦(Recommendation)⁩: مثلًا "اسلك الطريق الآخر؛ لأنّ هذا الطريق يواجه أزمة خانقة".
• استدلالية ⁦(Directive)⁩: مثلًا "إذا انخفضت بطارية سيارتك الكهربائية فاشحنها" أو "إذا وصل مستوى البنزين في خزان الوقود في سيارتك إلى حد معين فأملأه بالوقود".
• تجريبية ⁦(Heuristic)⁩: مثلًا "إذا لم يشحن حاسوبك المحمول فجرب استخدام شاحن آخر".
• استراتيجية ⁦(Strategy)⁩: مثلًا "إذا كانت بطارية الحاسوب تنفد بسرعة فأغلق بعض البرامج والتطبيقات المفتوحة".

أتعاون مع زملائي في المجموعة لتحليل الجمل الآتية التي تمثل قواعد معرفة في النظام الخبير، ثم أصنفها إلى أنواع قواعد المعرفة: إذا كانت التربة جافة، فقم بالري. إذا كان الشخص يعاني من حمى وسعال، فقد يكون مصابًا بالإنفلونزا.

إذا كان الطقس مشمسًا وغائمًا جزئيًا، فإن فرص هطول الأمطار منخفضة. إذا كانت السعرات الحرارية المستهلكة أكبر من السعرات المحروقة، يزداد الوزن.

قم بفحص محرك السيارة أولًا إذا لم تبدأ السيارة بالحركة. إذا كانت الوردة تذبل، فإنها تحتاج إلى ماء وضوء الشمس.

إذا كان هناك دخان يخرج من المحرك، فأوقف السيارة فورًا واتصل بميكانيكي. إذا كانت نسبة السكر في الدم أقل من 70 ملغم/ديسيلتر، فإن المريض يعاني من نقص السكر في الدم.

ذاكرة العمل: بيانات المهمة الحالية

• تسمى أيضًا قاعدة البيانات.

• تحتفظ بجميع بيانات المهمة الحالية: إجابات المستخدم على الأسئلة، وأي بيانات من مصادر خارجية، وأي استنتاجات تم التوصل إليها.

أفكر في الفرق بين قاعدة المعرفة وذاكرة العمل (قاعدة البيانات) مع ذكر أمثلة، ثم أشارك أفكاري مع زملائي في الصف.

محرك الاستدلال: عقل النظام الخبير

• قاعدة المعرفة هي قلب النظام الخبير، أما محرك الاستدلال فهو عقل النظام.
• يولّد معلومات جديدة من المعرفة المخزنة في قاعدة المعرفة ومن البيانات المراد معالجتها.

لماذا نحتاج النظام الخبير؟ أهميته ومميزاته

• الاستفادة المثلى تتطلب تقييمًا دقيقًا للفوائد والتكاليف المحتملة، وتحديث قاعدة المعرفة بانتظام؛ لضمان دقة القرارات وفعاليتها.

• الاحتفاظ بالخبرة والمعرفة من الاندثار أو الانقراض بسبب موت الخبير.
• حل المشكلات المعقدة في نطاق مجال معين.
• تدريب الأشخاص قليلي الخبرة، مما يؤدي إلى زيادة عدد الخبيرين في مجال تطبيق النظام الخبير.
• تحسين الكفاءة والإنتاجية: يساعد في أتمتة عمليات اتخاذ القرار؛ مما يقلل من الوقت والجهد المبذولين من قبل الإنسان.
• تقليل الأخطاء البشرية: يقدم قرارات تعتمد على قاعدة معرفة متسقة وثابتة؛ مما يقلل من الأخطاء التي قد تنجم عن الإجهاد أو التشتت.

• سهولة الاستخدام: بمقدور شخص مبتدئ في استخدام الحاسوب التعامل معه.
• توفير الخبرة: مفيد في توفير مستويات عالية من الخبرة في حال عدم توافر خبير.
• التعلم المستمر: يتعلم عن طريق البيانات والخبرات السابقة؛ مما يمكنه من تحسين أدائه بمرور الوقت.
• إمكانية الوصول إلى المعرفة النادرة: يستوعب المعرفة النادرة من الخبيرين ويوزعها بشكل أوسع؛ مما يسهم في نشر المعرفة.
• سرعة الاستجابة: يعالج البيانات ويتخذ قرارات بسرعة كبيرة؛ مما يجعله مناسبًا للبيئات التي تحتاج إلى اتخاذ قرارات فورية.
• تقديم التفسيرات: يمكنه تقديم شرح للنتائج التي يقدمها.
• الثبات والموثوقية: يقدم استجابات موحدة ومستقرة للمدخلات المتشابهة؛ مما يعزز الثقة في نتائجه.
• الفعالية العالية: أي إنها قادرة على اتخاذ القرار في الوقت المناسب.

عيوب النظام الخبير: متى يتعثر؟

• له بعض العيوب، يتمثل أبرزها بالآتي.

• يُعنى بمجال محدد: نظام صُمّم لتشخيص أمراض الجهاز الهضمي، يصعب عليه التعامل مع أمراض الجهاز التنفسي.
• التكلفة العالية لتصميم النظام وتشغيله وصيانته.
• صعوبة جمع المعارف المطلوبة في بعض الأحيان.
• قد تختلف طريقة حل المشكلة من خبير إلى آخر.
• احتمالية تعارض القواعد الجديدة التي تُضاف إلى النظام مع القواعد السابقة.
• كفاءة النظام الخبير تقلّ كلما اتسعت دائرة المشكلة.
• صعوبة التعامل مع الحالات غير المتوقعة.
• الافتقار إلى الفهم الحدسي.

أقارن بين الشخص الخبير والنظام الخبير والنظام التقليدي من حيث: القدرات والمرونة والتعلّم، وألخصُ المقارنة على شكل جدول على مستندات جوجل ⁦Google Docs⁩ ، وأشارك رابط الملف أو الملف نفسه عبر اللوح التفاعلي الرَّقْميّ للصف.

أناقش أفراد المجموعة بمميزات وعيوب أخرى للنظام الخبير، وندون أفكارنا كمجموعة، ونناقشها مع المجموعات الأخرى.

أين تُستخدم الأنظمة الخبيرة؟

• استخدامات شائعة للأنظمة الخبيرة في مختلف المجالات.

• التشخيص الطبي: تشخيص الأمراض وتقديم التوصيات العلاجية بناءً على الأعراض ونتائج الفحوصات.
• مثال: نظام ⁦MYCIN⁩ لتشخيص أمراض الدم، جُمعت المعرفة عن طريق مقابلات مع الخبيرين.
• ساعد الأطباء المبتدئين، واحتوى على عامل أكيد في النتيجة بنسبة معينة.
• الصناعة: تحسين عمليات الإنتاج، والتخطيط، والجدولة في المصانع؛ مما يزيد من الكفاءة ويقلل من التكاليف.
• مثال: نظام ⁦R1⁩، وهو أول نظام خبير ناجح مختص بمواصفات الحاسوب.
• التحاليل الكيميائية: تحليل البيانات بدقة وسرعة، ودعم العلماء والباحثين في اتخاذ قرارات مستنيرة.
• مثال: نظام ⁦DENDRAL⁩، صُمِّمَ في عام 1969 من قِبل جامعة ستانفورد، أول نظام خبير ناجح في التحاليل الكيميائية، يَعتمِد القواعد الثابتة.

أبحث ومجموعتي في المواقع الإلكترونية الموثوقة عن أنظمة خبيرة أخرى، ومجالات استخداماتها وأقوم بعمل عرض تقديمي بذلك باستخدام ⁦Google Slides⁩. وأشاركه على اللوح التفاعلي الرقمي للصف.

دورة حياة النظام الخبير: خمس مراحل

• المراحل الخمس: تعريف المشكلة، تحديد مصدر المعرفة، بناء قاعدة المعرفة، التطبيق، الاختبار.

• التعريف بالمشكلة: تحديد المشكلة والبحث في إمكانية حلها في نظام خبير.
• ينتج تقرير مراجعات أولية فيه وصف المشكلة وعمل النظام الخبير والمهارات التي يجب أن يتمتع بها المستخدم.
• ويتضمن جدولًا زمنيًا مؤقتًا لتطوير النموذج الأولي.
• تحديد مصدر المعرفة: تُكتسب المعرفة من خبير المجال، ويستخدم مهندس المعرفة أسئلة لفهم ما يفعله الخبير.
• ما القرارات التي يتخذها الخبير؟ وما نتائج القرارات؟
• ما النتائج التي تتطلب مزيدًا من الاستكشاف أو التفاعل؟
• ما المدخلات المطلوبة للوصول إلى قرار؟
• ما الظروف المتاحة عند اتخاذ قرار بشأن نتيجة معينة؟
• بناء قاعدة المعرفة: تُنظَّم المفاهيم الرئيسة والمشكلات الفرعية بشكل هرمي، ومن ثم تُنشأ القاعدة المعرفية وتُصاغ القواعد التابعة لها.

• التطبيق: برمجة المفاهيم والقواعد باستخدام الحاسوب وبناء واجهة المستخدم.
• الاختبار: يتأكد من أنَّ النظام الخبير يُعطي الإجابات نفسها التي يُعطيها الشخص الخبير، وهي المرحلة الأخيرة.
• يُقيَّم النظام كاملًا من حيث واجهة المستخدم والقواعد المعرفية.
• تُختبر القواعد المعرفية عن طريق عدد كافٍ من الحالات، وتُقارن إجابات النظام بإجابات الشخص الخبير.
• في حال وجود أخطاء، يُعمل على تحسين قاعدة المعرفة وقواعد الاستدلال.

فريق بناء النظام الخبير: من يعمل فيه؟

• الفريق الذي يعمل على بناء النظام الخبير يتكون من:

• مدير المشروع: المسؤول عن ربط جميع العاملين في المشروع بعضهم مع بعض.
• الخبير بالمجال: الشخص الذي نستمد من خبرته المعرفة اللازمة في المجال المطلوب بناء النظام له.
• المبرمج: الذي يحوّل المعرفة إلى برنامج باستخدام إحدى لغات الحاسوب.
• المستخدم النهائي: الشخص الذي يستخدم النظام الخبير.

مواطنة رقمية مع الأنظمة الخبيرة

• موثوقية المعلومات: أحرصُ على التواصل مع الشخص الخبير لأخذ المعلومات الصحيحة منه، وأحرص على التأكد من دقة المعلومات.
• التفكير الناقد الرقمي: يتعين عليَّ تقييم المعلومات الرقمية بشكل ناقد، وفهم مصادرها وجودتها.
• التربية الرقمية: أحرصُ على اكتساب مهارات التكنولوجيا والأدوات الرقمية المتعلقة بالذكاء الاصطناعي والأنظمة الخبيرة عن طريق التعلّم المستمر.
• الاستخدام الأخلاقي للتكنولوجيا: الامتثال للمبادئ الأخلاقية في التعامل مع الأنظمة الخبيرة، والالتزام بقوانين الملكية الفكرية.

مشروع: التخطيط لنظام خبير يختار السيارة

• تحديد البيانات: نحدد البيانات التي يحتاجها النظام، مثل نوع الوقود، السرعة القصوى، السعر، المسافة التي تقطعها السيارة، والطاقة المستهلكة، والشركة المصنعة، وكفالة الصيانة، والعيوب المصنعية.
• جمع البيانات: نحدد المصادر (مواقع الشركات المصنعة، ومراجعات السيارات، وقواعد البيانات المتاحة) والفترة الزمنية لجمعها.
• تحديد قاعدة المعرفة: نستخدم أدوات الرسم الفني لرسم قاعدة المعرفة استنادًا إلى البيانات والمعطيات.
• بناء قاعدة المعرفة: نستخدم لغة بايثون لبناء قاعدة المعرفة بناءً على الشروط والقواعد المحددة في الخطوة السابقة.
• التوثيق: نوثّق البيانات وقاعدة المعرفة في مستند ⁦Google Docs⁩؛ لضمان إمكانية المراجعة والتطوير لاحقًا.

• معايير تقييم المهمة: شمولية البيانات ودقتها، ومصادر البيانات، والالتزام بالجدول الزمني.
• ودقة قاعدة المعرفة وتنظيمها، ودقة البرمجة، وفعالية النظام، وشمولية التوثيق.

أقيّم تعلّمي: أسئلة المعرفة والمهارات

أوظّف في هذا الدرس ما تعلّمته من معارف في الإجابة عن السؤالين الآتيين: أعرّف النظام الخبير

محرك الاستدلال.

أرسم مخططًا يبين مكونات النظام الخبير المستخدم في التشخيص الطبي للأمراض الجلدية.

أوظّف مهارات التفكير الناقد والتواصل الرقمي والبحث الرقمي في الإجابة عن السؤالين الآتيين: أحدد خطوات بناء نظام خبير يُحدد مساري في اختيار التخصص الجامعي المناسب.

أحدد خطوات بناء نظام خبير، يُقدم نصائح للطلبة الجامعيين في السنة الأولى عن كيفية شراء جهاز حاسوب يناسب احتياجاتهم.

أتعاون مع زملائي في التخطيط لإعداد نظام خبير باستخدام لغة بايثون، يساعد الطلبة ذوي الإعاقة على التعلّم، بحيث يقدم البرنامج توصيات لأدوات تعليمية بحسب نوع الإعاقة. ثم أبحثُ في برامج الذكاء الاصطناعي للمساعدة في تطبيق البرنامج.