HV: HUỲNH THANH PHỤNG GVHD: GS.TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM LỜI MỞ ĐẦU Hệ chuyên gia là một trong những lĩnh vực của trí tuệ nhân tạo được nghiên cứu và phát triển từ giữa thập niên 60, góp phần tạo ra các hệ thống có khả năng trí tuệ của con người, giải quyết các vấn đề dựa trên một tập luật phân tích thông tin và đưa lời khuyên về trình tự các hành động cần thực hiện để giải quyết vấn đề. Nhiều hệ chuyên gia đã được thiết kế và xây dựng để phục vụ trong nhiều lĩnh vực y học, kế toán, điều khiển tiến trình (process control), dịch vụ tư vấn tài chính (financial service), tài nguyên con người (human resources), trong đó y khoa là một trong những lĩnh vực được áp dụng đầu tiên, cung cấp các công cụ hữu hiệu cho những áp dụng chẩn đoán bệnh, với mục đích trợ giúp các bác sĩ trong việc chuẩn đoán và điều trị bệnh. Hiện nay có nhiều chương trình chuẩn đoán bệnh dành cho người lớn mà ít có chương trình chuyên biệt phục vụ riêng cho trẻ em. Chính vì lý do đó em chọn đề tài xây dựng hệ chuyên gia chuẩn đoán và hướng dẫn điều trị những bệnh thường gặp ở trẻ em như các bệnh: sởi, quai bị, rubella, thủy đậu, sốt xuất huyết,… Chương trình cho phép chẩn đoán, đưa ra kết luận bệnh, các triệu chứng, biến chứng và cho lời khuyên chăm sóc bệnh của bé. Trang 1 HV: HUỲNH THANH PHỤNG GVHD: GS.TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ CHUYÊN GIA VÀ BIỂU DIỄN TRI THỨC 1.1 Hệ chuyên gia 1.1.1 Khái niệm cơ bản Hệ chuyên gia là một chương trình máy tính mô hình hóa khả năng giải quyết vấn đề của các chuyên gia, sử dụng các tri thức và các thủ tục suy diễn để giải quyết các bài toán khó khăn đòi hỏi chuyên gia mới giải quyết được, làm việc giống như một chuyên gia thực thụ và cung cấp các ý kiến dựa trên kinh nghiệm của chuyên gia con người đã được đưa vào Hệ chuyên gia. Ví dụ: hệ chuyên gia trong y học: với mục đích trợ giúp các bác sĩ trong việc chuẩn đoán bệnh và điều trị, hệ chuyên gia chẩn đoán hỏng hóc đường dây điện thoại,… 1.1.2 Cấu trúc Hệ chuyên gia Hệ chuyên gia làm việc như một chuyên gia thực thụ và có thể cung cấp các ý kiến tư vấn hỏng hóc dựa trên kinh nghiệm của chuyên gia đã được đưa vào hệ chuyên gia. Hệ chuyên gia có các thành phần cơ bản sau: (1) Bộ giao tiếp ngôn ngữ tự nhiên (2) Động cơ suy diển (3) Cơ sở tri thức (4) Cơ chế giải thích WHY-HOW (5) Bộ nhớ làm việc (6) Tiếp nhận tri thức Bộ phận giải thích sẽ trả lời hai câu hỏi là WHY và HOW, câu hỏi WHY nhằm mục đích cung cấp các lý lẻ để thuyết phục người sử dụng đi theo con đường Trang 2 HV: HUỲNH THANH PHỤNG GVHD: GS.TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM suy diễn của hệ chuyên gia. Câu hỏi HOW nhằm cung cấp các giải thích về con đường mà hệ chuyên gia sử dụng để mang lại kết quả. Các thành phần của hệ chuyên gia 1.2 Biểu diễn tri thức 1.2.1 Khái niệm biểu diễn tri thức Biểu diễn tri thức là cách thể hiện tri thức trong máy dưới dạng sao cho bài toán có thể được giải tốt nhất. Biểu diễn tri thức trong máy phải : + Thể hiện được tất cả các thông tin cần thiết + Cho phép tri thức mới được suy diễn từ tập các sự kiện và luật suy diễn. + Cho phép biểu diễn các nguyên lý tổng quát cũng như các tình huống đặc trưng. Trang 3 HV: HUỲNH THANH PHỤNG GVHD: GS.TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM + Bắt lấy được ý nghĩa ngữ nghĩa phức tạp + Cho phép lý giải ở mức tri thức cao hơn 1.2.2 Các loại tri thức Dựa vào cách thức con người giải quyết vấn đề, các nhà nghiên cứu đã xây dựng các kỹ thuật để biểu diễn các dạng tri thức khác nhau trên máy tính. Để giải quyết vấn đề, chúng ta chỉ chọn dạng biễu diễn nào thích hợp nhất. Sau đây là các dạng biểu diễn tri thức thường gặp. • Tri thức thủ tục mô tả cách thức giải quyết một vấn đề. Loại tri thức này đưa ra giải pháp để thực hiện một công việc nào đó. Các dạng tri thức thủ tục tiêu biểu thường là các luật, chiến lược, lịch trình, và thủ tục. • Tri thức khai báo cho biết một vấn đề được thấy như thế nào. Loại tri thức này bao gồm các phát biểu đơn giản, dưới dạng các khẳng định logic đúng hoặc sai. Tri thức khai báo cũng có thề là một danh sách các khẳng định nhằm mô tả đầy đủ hơn về đối tượng hay một khái niệm khái niệm nào đó. • Siêu tri thức mô tả tri thức về tri thức. Loại tri thức này giúp lựa chọn tri thức thích hợp nhất trong số các tri thức khi giải quyết một vấn đề. Các chuyên gia sử dụng tri thức này để điều chỉnh hiệu quả giải quyết vấn đề bằng cách hướng các lập luận về miền tri thức có khả năng hơn cả. • Tri thức heuristic mô tả các "mẹo" để dẫn dắt tiến trình lập luận. Tri thức heuristic còn được gọi là tri thức nông cạn do không bảm đảm hoàn toàn chính xác về kết quả giải quyết vấn đề. Các chuyên thường dùng các tri thức khoa học như sự kiện, luật, … sau đó chuyển chúng thành các tri thức heuristic để thuận tiện hơn trong việc giải quyết một số bài toán. • Tri thức có cấu trúc mô tả tri thức theo cấu trúc. Loại tri thức này mô tả mô hình tổng quan hệ thống theo quan điểm của chuyên gia, bao gồm khái niệm, Trang 4 HV: HUỲNH THANH PHỤNG GVHD: GS.TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM khái niệm con, và các đối tượng; diễn tả chức năng và mối liên hệ giữa các tri thức dựa theo cấu trúc xác định. 1.2.3 Các kỹ thuật biểu diễn tri thức Phần này trình bày các kỹ thuật phổ biến nhất để biểu diễn tri thức, bao gồm: • Bộ ba Đối tượng-Thuộc tính-Giá trị • Các luật dẫn • Mạng ngữ nghĩa • Frames • Logic Dạng biểu diễn tri thức cổ điển nhất trong máy tính là logic, với hai dạng phổ biến là logic mệnh đề và logic vị từ. Cả hai kỹ thuật này đều dùng ký hiệu để thể hiện tri thức và các toán tử áp lên các ký hiệu để suy luận logic. Logic đã cung cấp cho các nhà nghiên cứu một công cụ hình thức để biểu diễn và suy luận tri thức. Em xin nói chi tiết về logic vị từ. Logic vị từ là sự mở rộng của logic mệnh đề nhằm cung cấp một cách biểu diễn rõ hơn về tri thức. Logic vị từ dùng ký hiệu để biểu diễn tri thức. Logic vị từ, cũng giống như logic mệnh đề, dùng các ký hiệu để thể hiện tri thức. Những ký hiệu này gồm hằng số, vị từ, biến và hàm. Hằng số: Các hằng số dùng để đặt tên các đối tượng đặc biệt hay thuộc tính. Nhìn chung, các hằng số được ký hiệu bằng chữ viết thường, chẳng hạn an, bình, nhiệt độ. Hằng số an có thể được dùng để thể hiện đối tượng An, một người đang xét. Vị từ: Một mệnh đề hay sự kiện trong logic vị từ được chia thành 2 phần là vị từ và tham số. Tham số thể hiện một hay nhiều đối tượng của mệnh đề; Trang 5 HV: HUỲNH THANH PHỤNG GVHD: GS.TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM còn mệnh đề dùng để khẳng định về đối tượng. Chẳng hạn mệnh đề "Nam thích Mai" viết theo vị từ sẽ có dạng: thích(nam, mai) Với cách thể hiện này, người ta dùng từ đầu tiên, tức "thích", làm vị từ. Vị từ cho biết quan hệ giữa các đối số đặt trong ngoặc. Đối số là các ký hiệu thay cho các đối tượng của bài toán. Theo quy ước chuẩn, người ta dùng các chữ thường để thể hiện các đối số. Biến: Các biến dùng để thể hiện các lớp tổng quát của các đối tượng hay thuộc tính. Biến được viết bằng các ký hiệu bắt đầu là chữ in hoa. Như vậy, có thể dùng vị từ có biến để thể hiện nhiều vị từ tương tự. Ví dụ: Có hai mệnh đề tương tự "Nam thích Mai" và "Bắc thích Cúc". Hai biến X, Y dùng trong mệnh đề thích(X, Y). Các biến nhận giá trị sẽ được thể hiện qua X=Nam, Bắc; Y=Mai, Cúc. Trong phép toán vị từ người ta dùng biến như đối số của biểu thức vị từ hay của hàm. Hàm: Logic vị từ cũng cho phép dùng ký hiệu để biểu diễn hàm. Hàm mô tả một ánh xạ từ các thực thể hay một tập hợp đến một phần tử duy nhất của tập hợp khác. Ví dụ, các hàm sau đây được định nghĩa nhằm trả về một giá trị xác định: cha(sơn) = Nam mẹ(sơn) = Mai Phép toán: Logic vị từ cũng dùng các phép toán như logic mệnh đề. Ví dụ: Trang 6 HV: HUỲNH THANH PHỤNG GVHD: GS.TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM thích(X,Y) AND thích(Z,Y) -> thích(X,Z). CHƯƠNG 2: THU THẬP TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG PROLOG XÂY DỰNG HỆ CHUẨN ĐOÁN BỆNH THƯỜNG GẶP Ở TRẺ EM 2.1 Thu thập tri thức các bệnh thường gặp ở trẻ em 2.1.1 Bệnh sởi * Triệu chứng: sốt, phát ban lúc đầu ở mặt sau đó lan ra toàn thân, khi ban sởi biến mất sẽ để lại những vết thâm da. Ngoài ra trẻ còn có một số triệu chứng kèm theo gồm chảy mũi, ho và đỏ mắt * Biến chứng: những biến chứng có thể gặp phải là viêm phổi, viêm não, viêm tai giữa, tiêu chảy, mờ giác mạc, viêm thanh quản, suy dinh dưỡng nặng. * Chăm sóc: + Cho bé uống thuốc hạ sốt khi nhiệt độ ≥ 38.5oC, liều lượng thuốc dùng được tính là 10 - 15 mg cho mỗi kí lô cân nặng của trẻ + Nếu bé ho có thể cho dùng thuốc giảm ho + Chế độ ăn uống phải đầy đủ chất dinh dưỡng và có thể chia nhỏ khẩu phần ăn làm nhiều lần trong ngày + Giữ vệ sinh tốt để tránh nhiễm thêm vi trùng 2.1.2 Bệnh quai bị * Triệu chứng: sốt, nhức đầu, sưng tuyến mang tai một hoặc cả hai bên, đau nhức khi nhai. Trang 7 HV: HUỲNH THANH PHỤNG GVHD: GS.TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM * Biến chứng: viêm tinh hoàn với xác suất 1/5 nếu bệnh xảy ra ở trẻ lớn và người lớn, tình trạng này có thể dẫn đến vô sinh về sau nhưng với một tỷ lệ rất nhỏ. Ngoài ra bệnh còn có thể gây viêm màng não, viêm tụy và gây chứng điếc vĩnh viễn * Chăm sóc: + Nếu trẻ sốt hoặc đau nhiều có thể cho dùng thuốc hạ sốt giảm đau + Cho ăn thức ăn lỏng, dễ nuốt + Chăm sóc, vệ sinh răng miệng + Nằm nghỉ ngơi 2.1.3 Bệnh rubella * Triệu chứng: sốt nhẹ, phát ban lúc đầu ở mặt sau đó lan xuống dưới, có thể kèm theo sưng hạch, đau khớp. * Biến chứng: Trẻ nhiễm rubella thường có triệu chứng nhẹ và tự khỏi bệnh, ít khi xảy ra biến chứng. Nhưng đối với phụ nữ khi mang thai bị bệnh rubella, đứa trẻ sinh ra sẽ có nhiều nguy cơ mắc các dị tật bẩm sinh như điếc, mù, bệnh tim bẩm sinh hoặc kém phát triển * Chăm sóc: + Cho dùng thuốc hạ sốt khi trẻ sốt + Nâng sức đề kháng: ăn uống hợp lý, dùng thêm nước trái cây như nước cam, nước chanh + Giữ gìn vệ sinh cho trẻ 2.1.4 Bệnh thủy đậu * Triệu chứng: Trang 8 HV: HUỲNH THANH PHỤNG GVHD: GS.TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM + Bé sốt nhẹ, đau họng, nhức đầu + Nổi hồng ban có kích thước vài mm, sau đó nhanh chóng chuyển thành bóng nước, lúc đầu chứa dịch trong sau 24 giờ thì hóa đục. + Bóng nước gây ngứa dữ dội + Bóng nước xuất hiện ở thân mình, sau đó tiến đến vùng đầu mặt, tay chân + Bóng nước xuất hiện ở niêm mạc miệng, cơ quan sinh dục + Sau khoảng 5 ngày, những bóng nước này vỡ ra và đóng mài. * Biến chứng: + Để lại những sẹo rỗ trên da. + Viêm mô tế bào do nhiễm thêm vi trùng + Viêm phổi + Viêm não * Chăm sóc: + Cho trẻ nghỉ ngơi, mặc quần áo thoáng mát. + Dùng thuốc hạ sốt nhưng lưu ý tuyệt đối không dùng aspirine. + Cho trẻ ngâm trong bồn nước ấm 1 – 3 lần mỗi ngày, lau nhẹ người bằng vải mềm, chú ý không làm vỡ bóng nước. + Giữ gìn vệ sinh cá nhân để phòng ngừa nhiễm thêm vi trùng. + Cắt ngắn móng tay cho trẻ, dạy trẻ không được gãi, trẻ nhỏ nên được đeo găng tay để không tự làm vỡ bóng nước. + Cách ly trẻ bệnh khoảng 5 - 7 ngày để tránh lây lan. 2.1.5 Bệnh sốt xuất huyết Trang 9 HV: HUỲNH THANH PHỤNG GVHD: GS.TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM * Triệu chứng: Sốt cao, có chấm xuất huyết dưới da thường gặp nhiều nhất ở hai chân; và dấu hiệu gan to. Ngoài những dấu hiệu vừa kể, trẻ nhỏ bị SXH còn có các dấu hiệu không đặc hiệu như ho, sổ mũi và tiêu chảy. * Biến chứng: Những biến chứng do sốt kéo dài, bệnh nhân nhập viện muộn dễ dẫn tới tình trạng sốc kéo dài, gây co giật, suy hô hấp. Khi xuất huyết tiêu hóa nhiều kèm xuất huyết não và tổn thương đa cơ quan (do sốc) rất dễ dẫn đến việc bệnh nhân tử vong. * Chăm sóc: + Cho trẻ uống thuốc hạ sốt Paracetamol, lau mát bằng nước ấm để tránh biến chứng sốt cao co giật. + Uống nhiều nước như nước cam, chanh, oresol, nước sôi để nguội, vẫn tiếp tục cho bú sữa, cho ăn cháo, bột. + Theo dõi vào thời điểm khi trẻ hết sốt xem có biểu hiện trở nặng lại. Nếu trẻ vẫn có dấu hiệu trở nặng như ói mửa nhiều, bứt rứt, quấy khóc, bỏ bú, tay chân lạnh, tím, vã mồ hôi, ói ra máu, đi tiêu ra máu phải đưa trẻ đến bệnh viện để được điều trị kịp thời. 2.2 Xây dựng cơ sở tri thức dựa trên luật 2.2.1 Mô tả tri thức dữ liệu bệnh bằng tập luật Mã luật Chẩn đoán Giả thiết Kết luận Trang 10 [...]... logic vị từ về bệnh Phát biểu Vị từ X là các tri u chứng của bệnh sởi trieuchungsoi(X) X là các tri u chứng của bệnh quai bị trieuchungquaibi(X) X là các tri u chứng của bệnh rubella trieuchungrubella(X) X là các tri u chứng của bệnh thủy đậu trieuchungthuydau(X) X là các tri u chứng của bệnh sốt xuất huyết trieuchungsotxuathuyet(X) X là các tri u chứng của một loại bệnh trẻ em Y trieuchungbenhtreem(X,Y)... có thể dựa vào đó phát tri n tri thức, mô tả vấn đề bằng suy diễn logic để tìm ra các câu trả lời cho vấn đề, truy vấn cơ sở tri thức bằng các câu hỏi yes/no và số liệu • Kết hợp SWI-Prolog với C# trên môi trường Windows Forms để tạo giao diện trực quan, thân thiện và dễ dùng hơn Hướng phát tri n: • Xây dựng tập luật có thể xử lý bằng ngôn ngữ tự nhiên • Xử lý chương trình cho phép trả lời và hỏi đáp... SWI-Prolog và C# • Thu thập thêm các dữ liệu bệnh của trẻ em để mở rộng hệ chẩn đoán bệnh chuyên sâu hơn, cho nhiều đối tượng khác nhau và đưa ra chẩn đoán bệnh chính xác và cụ thể hơn Trang 20 HV: HUỲNH THANH PHỤNG KIẾM GVHD: GS.TSKH HOÀNG VĂN TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình các hệ cơ sở tri thức, GS TSKH Hoàng Kiếm, TS Đỗ Phúc, TS Đỗ Văn Nhơn, năm 2008 [2] Bài giảng Trí tuệ nhân tạo và hệ chuyên gia, ... tri n hệ cơ sở tri thức Chọn ngôn ngữ lập trình trí tuệ nhân tạo Prolog (PROgramming in LOGic) để phát tri n tri thức, giải quyết các bài toán liên quan đến các đối tượng (object) và mối quan hệ (relation) giữa chúng Đồng thời kết hợp với ngôn ngữ lập trình C# trên môi trường Windows Forms để tạo giao diện thân thiện cho phép người dùng có thể tương tác dễ dàng với hệ thống chuẩn đoán bệnh 2.3.2 Phát biểu. .. có những tri u ∀X trieuchungsoi(X) → chứng của bệnh sởi trieuchungbenhtreem(X, soi) Trẻ mắc bệnh quai bị khi có những tri u chứng của bệnh quai bị ∀X trieuchungquaibi(X) → trieuchungbenhtreem(X, quaibi) Trẻ mắc bệnh rubella khi có những tri u chứng của bệnh rubella ∀X trieuchungrubella(X) → trieuchungbenhtreem(X, rubella) Trẻ mắc bệnh thủy đậu khi có những tri u chứng của bệnh thủy đậu ∀Xtrieuchungthuydau(X)... R3 R4 trieuchungthuydau([hongban,bongnuoc,dauhong,nhucdau,sot]) R5 2.3.4 trieuchungrubella([sunghach,phatban,sot,daukhop]) trieuchungsotxuathuyet([cochamxuathuyen,ganto,sot]) Định nghĩa các luật dựa trên các sự kiện Mã luật Luật R1 trieuchungbenhtreem(X,soi) : -trieuchungsoi(X) R2 trieuchungbenhtreem(X,quaibi): -trieuchungquaibi(X) R3 trieuchungbenhtreem(X,rubella): -trieuchungrubella(X) R4 trieuchungbenhtreem(X,thuydau)... “k.”) ứng với mỗi tri u chứng bệnh chương trình đưa ra Cuối cùng hệ thống cho ra kết luận bệnh của bé, các tri u chứng tương ứng của bệnh tìm được, các biến chứng bệnh của bé và đưa ra lời khuyên cách chăm sóc bé như thế nào KẾT LUẬN Trang 19 HV: HUỲNH THANH PHỤNG KIẾM GVHD: GS.TSKH HOÀNG VĂN Sau khi tìm hiểu và thực hiện đề tài này, em đã học được cách mô tả, biểu diễn và xử lý tri thức bằng logic dựa... trieuchungbenhtreem(X,thuydau) : -trieuchungthuydau(X) R5 trieuchungbenhtreem(X,sotxuathuyet) : -trieuchungsotxuathuyet(X) 2.4 Chương trình và kết quả thực nghiệm 2.4.1 Giao diện tra cứu tri u chứng bệnh quai bị Trang 16 HV: HUỲNH THANH PHỤNG KIẾM GVHD: GS.TSKH HOÀNG VĂN Người dùng cần biết các tri u chứng của bệnh quai bị (người dùng nhập trieuchungbenhtrem(X,quaibi) hoặc các tri u chứng của bệnh khác “soi”,... bệnh khác “soi”, “rubella”, “thuydau”, “sotxuathuyet”), hệ thống SWI-Prolog đưa ra kết quả trả lời các tri u chứng bệnh quai bị, kết quả trả về được hiển thị trên giao diện Windows Form sau kết nối giữa SWI-Prolog và C# (SWI-Prolog được nạp vào C# nhờ vào thư viện SWIPLCS.dll, cung cấp các lệnh để chuyển C# thành Prolog) 2.4.2 Giao diện tra cứu tri u chứng bệnh rubella Trang 17 HV: HUỲNH THANH PHỤNG... lý tri thức bằng logic dựa trên các sự kiện và luật Do thời gian có giới hạn nên chương trình chỉ mới chẩn đoán được một số bệnh thông thường ở trẻ em Em xin liệt kê một số kết quả em đạt được và hướng phát tri n cho đề tài này: Kết quả đạt được: • Giải quyết được bài toán xây dựng hệ chuyên gia chuẩn đoán một số bệnh thường gặp ở trẻ em • Tìm hiểu kiến thức về các bệnh thường gặp của trẻ em • Tìm . KIẾM suy diễn của hệ chuyên gia. Câu hỏi HOW nhằm cung cấp các giải thích về con đường mà hệ chuyên gia sử dụng để mang lại kết quả. Các thành phần của hệ chuyên gia 1.2 Biểu diễn tri thức 1.2.1. tri thức 1.2.1 Khái niệm biểu diễn tri thức Biểu diễn tri thức là cách thể hiện tri thức trong máy dưới dạng sao cho bài toán có thể được giải tốt nhất. Biểu diễn tri thức trong máy phải : +. hỏi chuyên gia mới giải quyết được, làm việc giống như một chuyên gia thực thụ và cung cấp các ý kiến dựa trên kinh nghiệm của chuyên gia con người đã được đưa vào Hệ chuyên gia. Ví dụ: hệ chuyên