Введение в метод рассуждений по прецедентам

Введение в метод рассуждения по прецедентам

Оригинальное название: An Introduction to Case-Based Reasoning 

Автор: Janet L. Kolodner

Перевод: Халимова Э.Р.

Метод рассуждения по прецедентам представляет собой использование старого опыта для дальнейшего восприятия и решения новых проблем. В методе рассуждения по прецедентам механизм рассуждений вспоминает предыдущую ситуацию (см. также про #a href="http://systematy.ru/articles/metod_situatsionnogo_upravleniya_i_ohrana_okrujayuschey_sredyi"#ситуационное управление#/a#), аналогичную текущей, и использует её, чтобы решить новую проблему. Технология рассуждений по прецедентам может подразумевать адаптацию прежних решений для удовлетворения новых потребностей; использование старых прецедентов для объяснения новых ситуаций; использование старых прецедентов для оценки новых решений; или исходя из прецедентов этот метод позволяет объяснить новую ситуацию (так же, как это делают юристы) или создать объективное решение новой проблемы (так же, как это делают посредники в области трудовых отношений). Данная статья содержит обсуждение процессов, участвующих в технологии рассуждения по прецедентам, и задач, для которых данный метод является полезным. 

Хозяйка планирует приготовить ужин для своих гостей, среди которых присутствуют люди, которые не едят ни мяса, ни птицы, у одного из которых аллергия на молочные продукты. Также на ужин придут гости, предпочитающие меню из мяса и картошки, и её подруга Энн. Так как сейчас томатный сезон, она хочет использовать помидоры в качестве главного ингредиента в блюдах. Поскольку ранее она уже планировала приготовление ужина, то запомнила следующее:

Однажды я приготовила томатный пирог (он был сделан из сыра Моцарелла, помидоров, горчицы, базилика и перца, и все это было начинкой пирога) как основное блюдо в летний период, когда ко мне на ужин должны были прийти вегетарианцы. Он был довольно вкусным и простым в приготовлении. Но я не могла подать его Элане (из-за аллергии на молоко). Я изменила рецепт для Эланы заранее, заменив сыр на тофу. Я смогла это сделать, но не знала насколько хорошо пройдет дегустация томатного пирога при таком способе приготовления.

И она принимает решение не подавать томатный пирог и продолжает рассуждать. Так как сейчас лето, следует полагать, что жареная рыба будет отличным основным блюдом. Но в то же время она вспоминает кое-что еще.

Когда я последний раз пыталась подать Анне жареную рыбу, она не захотела её есть. Мне пришлось переложить хот-доги на гриль в последнюю минуту.

Это наводит её на мысль о том, что она не должна подавать рыбу, но в любом случае она хочет приготовить рыбу. Она обдумывает, есть ли способ приготовить рыбу таким образом, чтобы Анна съела её.

Я помню, как Анна ела корифену в ресторане. Мне стало интересно, какую именно часть тела она будет есть. Рыба, которую я подала ей, была целой и с головой. А в ресторане рыба подавалась как филе и больше была похожа на стейк, чем на рыбу. Я предположила, что мне нужно приготовить именно ту рыбу, которая больше напоминает мясо.  Возможно, рыба-меч будет отличным вариантом. Мне стало интересно, предпочтёт ли Анна эту рыбу на ужин. По вкусу рыба-меч напоминает цыпленка, а мне известно, что Анна любит употреблять цыпленка в пищу.

В данной ситуации она использовала как согласованные, так и противоречивые примеры предпосылки (Анна не хочет есть рыбу) для того, чтобы получить объяснение этой предпосылки, затрудняющей планирование.

В данном примере использовался метод рассуждения по прецедентам (Case-Based Reasoning), для того, чтобы запланировать подачу ужина. В методе рассуждения по прецедентам механизм рассуждений вспоминает предыдущую ситуацию, аналогичную текущей и использует её, чтобы решить новую проблему. В примере, изложенном выше, запомнившиеся случаи (прецеденты) использовались для того, чтобы имелась возможность предложить способ решения новой проблемы (например, предложить основное блюдо), предложить способы адаптации решения, которое не совсем подходит для данной ситуации (например, заменить сыр на тофу), предостеречь от возможных отказов (например, Анна не будет есть рыбу), и интерпретировать ситуацию (например, почему Анна не ест рыбу, захочет ли она рыбу-меч?).

Метод рассуждений по прецедентам может подразумевать адаптацию прежних решений для удовлетворения новых потребностей; использование старых прецедентов для объяснения новых ситуаций; использование старых прецедентов для оценки новых решений; или исходя из прецедентов этот метод позволяет объяснить новую ситуацию (так же, как это делают юристы) или создать объективное решение новой проблемы (так же, как это делают посредники в области трудовых отношений).

Если наблюдать за тем, как окружающие нас люди решают свои проблемы, то, вероятно, можно заметить, что они используют метод рассуждений по прецедентам практически для решения любых проблем. Адвокаты обучены использовать прошлые случаи в качестве прецедентов для построения и обоснования аргументов в новых ситуациях. Данному методу обучены также посредники и арбитры. Другие специалисты не используют принципиально именно этот метод, но часто обнаруживают, что он дает возможность эффективно решать проблемы. К примеру, рассмотрим такую ситуацию, в которой врач сталкивается с пациентом, имеющим необычное сочетание симптомов. Если он уже встречал пациента с подобными симптомами ранее, он, вероятно, вспомнит старый прецедент и предложит диагноз бывшего пациента как решение своей новой проблемы. Если раньше рассуждение о возможных расстройствах организма у пациента отнимало много времени, то сейчас предоставляется большая экономия времени. Конечно, врач не может утверждать, что его прошлое предположение было верным. Тем не менее он (она) должен предложить это решение для новой проблемы таким образом, чтобы оно не препятствовало рассмотрению других возможных диагнозов. При всем этом, вспоминая прецеденты, врач без труда предлагает наиболее подходящие способы решения проблемы.

Таким же образом, автомеханик, столкнувшийся с необычной механической проблемой, вероятно, вспомнит другие подобные проблемы и решит, будет ли их решение использоваться для новой задачи. Врачи, оценивая точность терапевтической процедуры или постановки диагноза, который соответствует ситуации наряду с другими вариантами, вероятно, также вспоминают прецеденты, анализируя каждую процедуру, и создают свои суждения, основанные на прошлом опыте. Проблемные ситуации в терапевтических процедурах особенно полезны в данном случае: они сообщают врачу, что могло пойти не так, и когда выяснение проблемы действительно дает возможность объяснить, почему произошел старый случай, доктор сосредотачивается на поиске нужной ему информации, чтобы впоследствии убедиться, что проблема больше не возникнет. Мы узнаем о прецедентах, которые цитировались не раз нашими политическими лидерами, с целью объяснения того, почему некоторые меры были приняты или должны быть приняты.

Метод рассуждений по прецедентам широко используется в повседневном рассуждении на основе здравого смысла. Вышеописанный пример планирования подачи еды является типичным рассуждением, так как все мы делаем это изо дня в день. Когда мы заказываем еду в ресторане, мы часто принимаем решение, какой вариант был бы лучшим, основываясь на наших прошлых опытах и на том, что нам нравится. Как только мы планируем нашу хозяйственную деятельность, мы помним, что работало и что не работало ранее, какой вариант был лучшим и наоборот, и используем эти знания, чтобы создавать новые способы решения проблем. Представитель службы по уходу за ребенком, являясь свидетелем спора между двумя детьми, вспоминает, какие способы решения проблемы работали и не работали ранее в подобной ситуации и основывает на этом свое решение.

В общем, решать некоторую проблему или задачу во второй раз легче, чем в первый, потому что мы запоминаем и повторяем предыдущее решение. Мы более компетентны во второй раз, потому что знаем свои ошибки и стараемся изо всех сил избежать их.

Качество решений, основанных на методе рассуждений по прецедентам, зависит от 4 факторов:

• имеющийся опыт;

• способность понять новые ситуации с точки зрения имеющегося опыта;

• мастерство адаптации;

• мастерство оценки.

Менее опытный рассуждающий всегда будет иметь меньше навыков работы, чем более опытный.  Но вскоре мы увидим, что предложенные им ответы не обязательно будут хуже, если у него имеется творческий подход к пониманию проблемы и к адаптации. Любые программы, которые создаются с целью автоматизированного выполнения метода рассуждений по прецедентам, должны быть оснащены представительной базой прецедентов. Эти прецеденты должны охватывать цели и подцели, которые возникают в ходе рассуждения и должны содержать в себе как удачные, так и неудачные способы достижения этих целей. Успешные попытки будут использоваться для предложения решения новых проблем. Неудачные попытки будут использоваться для предупреждения о возможности провала.

Понимание новой проблемы с точки зрения имеющегося опыта состоит из двух частей: извлечение ранних прецедентов и интерпретация новой ситуации с учетом прошлого опыта. Первую часть можно назвать проблемой индексации. В широком смысле это определение означает нахождение в памяти прецедента, который наиболее близок к новой ситуации. В узком смысле проблема индексации часто представляет собой проблему присвоения индексов прецедентам, хранящимся в памяти, таким образом, что они могут быть отозваны при соответствующих обстоятельствах. Извлечение прецедентов надлежащим образом лежит в основе методе рассуждений по прецедентам.

Интерпретация - это процесс сравнения новой ситуации с соответствующим прецедентом. Когда интерпретируются проблемные ситуации, они сравниваются и противопоставляются старым проблемным ситуациям. Результатом является интерпретация новой ситуации, добавление полученного знания об этой ситуации или её классификации. Когда новые способы решения проблем сравниваются со старыми, лицо, принимающее решение получает представление о преимуществах и недостатках выполнения чего-либо определенным образом. Как правило, интерпретация процессов используется тогда, когда проблемы не до конца поняты и когда имеется необходимость подвергать решение критике. Когда проблема явно определена, потребность в интерпретирующих процессах небольшая.

Адаптация представляет собой процесс исправления старого решения для удовлетворения потребностей новой ситуации. Существуют восемь методов адаптации. Они могут использоваться для добавления каких-либо новых данных в старые решения, а также для удаления или замены. Применение стратегий адаптации приводит к компетентным, но часто неинтересным ответам. Креативные ответы являются результатом применения стратегий адаптации в новых направлениях. Одной из отличительных черт метода рассуждений по прецедентам является его способность извлекать уроки из собственного опыта, как например доктор может запомнить трудноразрешимую проблему, чтобы впоследствии он легко мог решить её в другой раз. Чтобы учится на своем опыте, требуется обратная связь для возможности интерпретации того, чтобы было правильным и неправильным в полученном решении. Без обратной связи механизм рассуждений может решить проблему быстрее, но будет повторять собственные ошибки и никогда не увеличит свои возможности. Таким образом, оценка и последующее исправление являются важными факторами экспертных знаний лица, рассуждающего по прецедентам. Оценка может быть произведена в контексте результатов других подобных прецедентов, может быть основана на обратной связи или на моделировании. 

 

1.  Рассуждение по прецедентам

Есть два способа применения метода рассуждений по прецедентам: это решение проблемы и её интерпретация. В первом способе решения новых проблем получены с использованием старых решений в качестве руководства. Старые решения могут предоставить практически правильные решения новых проблем, а также могут предупредить о потенциальных ошибках или неудачах. В приведенном выше примере были представлены прецеденты, которые повествовали о томатном пироге в качестве основного блюда, о методе адаптации приготовления этого блюда для тех, кто не ест сыр, и о том виде рыбы, которую предпочтет Анна. Также существовало предупреждение о возможной неудаче - Анна не захочет определенную рыбу.

В интерпретации новые ситуации оцениваются в контексте старых ситуаций. Например, адвокат использует интерпретацию в методе рассуждений по прецедентам, когда обращается к ряду старых дел с целью объяснить спорные ситуации в новом деле.  Однако, в первоначальном примере можно заметить, что интерпретация может использоваться и при решении проблемы, когда хозяйка пыталась обосновать то, что она подала рыбу-меч гостю, который, как известно, не любит некоторые виды рыб.

Вскоре мы заметим, что оба направления в методе рассуждений по прецедентам в большей степени зависят от механизма поиска прецедента, который может вспоминать соответствующие ситуации в подходящее время. Также, при решении проблем и интерпретации, накопление новых ситуаций обратно в память позволяет учится на собственном опыте. Решение проблемы характеризуется интенсивным использованием адаптационных процессов для создания решений и интерпретирующих процессов для оценки полученных решений. Интерпретация использует прецеденты с целью предоставления обоснования решений, позволяя оценивать эти решения, когда не доступны четко определенные методы, и пояснение ситуации, когда границы ситуации неокончательны или расплывчаты.  В дальнейшем будут представлены примеры обоих разновидностей метода рассуждений по прецедентам, описанных в данном разделе, и обсуждение их применимости.

1.1. CBR и решение проблемы

В первоначальном примере хозяйка применяла способ решения проблемы, чтобы приготовить томатный пирог в качестве основного блюда и предложить средства его адаптации в соответствии с гостем, имеющим аллергию на молочные продукты.  Так же, как часть процесса решения проблемы, она использовала прецедент, чтобы предвидеть то, что один из гостей не будет есть рыбу, что впоследствии заставило ее планировать подачу ужина относительно этой проблемы. Процесс решения проблемы полезен для широкого спектра проблем решения задач, в том числе планирования, диагностики и проектирования.

1.1.1. CBR при проектировании

Вышеописанный пример можно рассматривать как своего рода задачу проектирования.  В ней проблемы определены как набор ограничений, и для их решения требуется конкретное средство, которое решает проблему с ограничениями. Обычно установленные ограничения определяют проблему, то есть существует много возможных решений.  Иногда, однако, ограничения слишком стесняют проблему, то есть не существует никакого решения, если осуществлены все ограничения. В этом случае решение проблемы требует повторного уточнения спорного вопроса таким образом, чтобы наиболее важные ограничения были выполнены, а другие достигли компромисса.

Рассмотрим планирование подачи ужина в изначальном примере. Хозяйка должна удовлетворить склонности и неприязни своих гостей, придерживаться недорогих блюд, приготовить и подать блюда таким образом, чтобы гости захотели их отведать, и использовать помидоры в приготовлении. Также она должна сделать главное блюдо и гарниры совместимыми друг с другом, не повторяя при этом основные компоненты, предоставить закуски, служащие дополнением к блюду и т.д.  Многие различные блюда могут удовлетворять данным требованиям. К примеру, вегетарианская лазанья могла бы быть основным блюдом, если бы содержала в себе тофу вместо сыра. И любые гарниры и закуски дополнили бы это блюдо. Некоторые другие макаронные блюда также могли бы составлять основное блюдо, с дополнением из различных гарниров и закусок. Сочетание основных блюд, одно из которых будет удовлетворять потребностям гостей, предпочитающим мясные блюда с картофелем, другое придется по душе вегетарианцам и т.д. в сочетании с гарнирами и закусками также могло бы быть вариантом подачи ужина, удовлетворяющим всем требованиям гостей. Имея такое большое количество вариантов, на чем должна остановиться хозяйка?

А теперь предположим, что она помнит, как в прошлом подавала ужин для большой группы людей. Тогда не представляло особой сложности приготовить в большом количестве недорогую, сытную еду с добавлением помидоров. И она подала закуски, лазанью, большой овощной салат и чесночный хлеб. Но на этот раз среди её гостей присутствует человек с аллергией на молочные продукты и вегетарианец.  В сложившейся ситуации можно убрать мясо из лазаньи, в закуске заменить его на тунец. Данный подход позволит удовлетворить все ограничения, за исключением отказа от молочных продуктов. Чтобы удовлетворить его, можно заменить сыр в лазанье на тофу. Подобная адаптация старого меню подходит для новой ситуации в данный момент.

Вышесказанное было примером удовлетворения ограничений проблемы. Ограничения обеспечивают        руководящие принципы, но не дают лицу, принимающему решение, конкретного ответа. Кроме того, пространство поиска решений огромно, и, несмотря на то, что есть много ответов, которые удовлетворяют определенным требованиям, они достаточно разбросаны в пространстве поиска решений, и, используя стандартные методы поиска, можно потратить много времени для нахождения одного из ответов. Более того, проблема слишком велика, чтобы решать её одним из вариантов решения, который удовлетворяет лишь некоторым требованиям, ведь отдельные части проблемы достаточно взаимосвязаны друг с другом. Если решать проблему по отдельности и затем объединить найденные решения воедино, то практически всегда нарушается взаимодействие между частями проблемы.

Для такого рода проблем, которые можно назвать трудно декомпозируемыми, прецеденты могут обеспечить воссоединение частей проблем воедино. Вместо того, чтобы разделять проблему на части, решать каждую из них отдельно и объединять в одно общее решение, можно использовать прецедент, который предполагает полное решение, а те части проблемы, которые не соответствуют новой ситуации, адаптируются. Несмотря на то, что значительная адаптация может оказаться необходимой для того, чтобы старое решение соответствовало новой ситуации, эта методология почти всегда предпочтительна для создания решения с нуля, когда есть много ограничений, и решения частей проблемы не могут быть объединены в одно общее решение. Фактически, инженерия и архитектурное проектирование представляют собой процесс полной адаптации старого решения или слияния нескольких старых решений для соответствия новой ситуации. Решение проблемы с помощью адаптации старого решения позволяет избежать работы со многими ограничениями и предотвращает разделение проблемы на части, которые нуждаются в переустройстве. Например, сочетаемость основного блюда и гарнира никогда не рассматривается при решении проблемы, так как старый прецедент предусматривает это. При принятии решения не рассматривается ни сложность приготовления, ни расходы, ни усердие. Прецедент также предусматривает решение этих ограничений. Проблема никогда не разбивается на части, которые должны быть реконструированы. Скорее, несовершенные компоненты корректируются на месте.

Другое важное предназначение прецедентов в проектировании, как и для всех проблем в решении задач, заключается в том, чтобы указывать на проблемы в предлагаемых решениях. Когда хозяйка вспоминает, что однажды Анна не захотела рыбу, она понимает, что предложенное решение будет ошибочным.

Программа «JULIA» (Kolodner 1987, Hinrichs 1988, Hinrichs 1989) – это интеллектуальная система, которая планирует подачу еды, и приведенные выше примеры являются типичными задачами для данной системы. «CYCLOPS» (Navinchandra 1988) использует методы рассуждений по прецедентам для ландшафтного дизайна. «KRITIK» (Goel 1989, Goel and Chandrasekaran 1989) сочетает в себе метод рассуждений по прецедентам и рассуждение на основе моделирования для проектирования небольших механических сборок. Данная система использует метод рассуждений по прецедентам, чтобы предложить решение, и моделирование для проверки своих предлагаемых решений, чтобы выяснить, где необходима адаптация, и затем предложить её.

Как минимум, одно устройство решения задач проектирования внедряется в использование в современном мире.  «CLAVIER» (Barletta and Hennessy 1989) используется в Локхиде для того, чтобы размещать составные детали, изготовленные из сложных веществ, в печи для создания определенной детали конструкции. Задача является, по-видимому, необъяснимой, так как нет никакой полной причинно-следственной модели того, что и как работает.  Детали разных размеров должны находиться в отдельных частях печи, но размер некоторых частей и компактность их расположения позволяют правильно нагревать детали.  Человек, который был ответственным за расположение деталей, хранил картотеку своих опытов, как положительных, так и отрицательных.  Основываясь на этих опытах, «CLAVIER» может поместить детали в соответствующие части печи и избегать расположения деталей в опасных местах. Данное устройство работает подобно эксперту, используя его же опыт. Таким образом, оно полезно в те моменты, когда отсутствует эксперт. «CLAVIER» почти всегда использует несколько прецедентов для разработки детали. Один обеспечивает общий план размещений деталей, который адаптируется надлежащим образом. Остальные используются для заполнения отверстий в макете.

Посредничество между прецедентами можно рассматривать как разновидность проектирования, в котором спецификация проблемы является более ограниченной. При посредничестве два оппонента имеют противоположные цели. При этом невозможно выполнить набор определенных целей обеих сторон. Роль посредника заключается в получении компромиссного решения, которое частично достигает цели обоих оппонентов насколько это возможно.

При решении более ограниченных проблем условия проектирования должны заново переопределяться в процессе решения задачи. Прежде чем решать проблему методами поиска оптимального решения, желательно использовать один из возможных способов минимизации ограничений. При использовании метода рассуждений по прецедентам наиболее правильное решение к проблеме с ограничениями становится доступным благодаря прецеденту. Решение в дальнейшем адаптируется к новой ситуации. «MEDIATOR» (Simpson 1985, Kolodner and Simpson 1989) – самое ранее устройство, основанное на технологии рассуждения по прецедентам. Устройство решало элементарные споры по поводу совместного использования различных ресурсов (например, два ребенка, которые хотят одну и те же конфету или два члена факультета, желающие одновременно использовать копировальную машину). «PERSUADER» (Sycara 1987) решает разногласия в сфере управления трудовыми ресурсами. Данное устройство впервые применило стратегии параметрирования наиболее удачного старого решения для того, чтобы вносить относительно небольшие изменения в существующий контракт фирмы, в котором некоторые составляющие должны оформляться на постоянной основе, например, адаптация прожиточного минимума. Результатом служит приблизительное решение проблемы. Затем для оценки приблизительного решения необходимы критики особого назначения, которые смогут определить более специализированные проблемы с контрактом, например, может ли компания позволить себе этот контракт. Полученное приблизительное решение в дальнейшем может адаптироваться путем применения других прецедентов или благодаря оценке уже других критиков. И, наконец, для полной адаптации решения дается финальная оценка критиков, ранее не участвующих в процессе оценивания приблизительного решения.

Практически во всех задачах проектирования для решения проблемы одного прецедента недостаточно. Задачи проектирования, как правило, большие, и когда один прецедент может использоваться для решения какой-либо определенной части задачи, его недостаточно для полного решения. В общем, один прецедент обеспечивает общую структуру решения, а другие используются для заполнения недостающих деталей. Таким образом, композиция и декомпозиция задачи не применяются, поскольку появляется необходимость удовлетворять многочисленные ограничения и решать проблемы их дальнейшего упрощения.

1.1.2. Метод рассуждений по прецедентам при планировании

Планирование - это процесс установления последовательности шагов или графика для достижения определенного состояния системы. Состояние, которое должно быть достигнуто, может быть определено в конкретных терминах, как, например, определение конечного состояния головоломки Ханойской башни (для прохождения настольной игры необходимо расположить диски таким образом, чтобы диск №1 был на вершине диска №2, который, в свою очередь, должен быть на вершине диска №3, и все диски должны быть пронизаны деревянным стержнем). Также состояние может быть охарактеризовано ограничениями, которые необходимо удовлетворить, например, планирование размещения шлагбаумов в аэропорте (каждому полету предназначается один шлагбаум, одновременно для двух рейсов использовать шлагбаум нельзя). В первом случае конечный результат процесса планирования — это последовательность шагов. Во втором случае конечный результат — это план или состояние системы, и процесс планирования должен быть использован для их создания.

Ранним механизмом планирования на основе прецедентов был «CHEF» (Hammond 1989). «CHEF» создавал новые рецепты блюд, основанные на тех, которые он знал. Например, при создании рецепта, который сочетал в себе говядину и брокколи, «CHEF» вспоминал рецепт цыпленка с фасолью и адаптировал новый рецепт соответствующим образом. Во-первых, говядина была представлена в качестве курицы, а брокколи в качестве фасоли. Во-вторых, были зафиксированы этапы приготовления курицы с фасолью. Так как говядина не имеет костей, этап обвалки мяса был удален. Также на этапе приготовления овощей было переопределено общее время приготовления блюда, так как брокколи готовится дольше, чем фасоль.

Многие проблемы необходимо решать в процессе планирования. Во-первых, это проблема сохранения последовательности. Эффективные планы являются последовательными, когда это возможно, т.е. последние этапы не влияют на результаты предыдущих этапов и предварительные условия последних этапов не будут нарушены в ходе выполнения предыдущих этапов (See Charniak and McDermott (1985)). Чтобы выполнить это условие, необходимо, чтобы результаты выполнения этапов проецировались в будущее (остальная часть плана).  Во-вторых, это проблема предварительных условий. Прежде чем планировать некоторый этап, необходимо удостовериться в выполнении всех предварительных условий этого этапа. Таким образом, планирование включает в себя составление графика этапов, обеспечивает достижение предварительных условий в дополнение к распределению основных этапов. Одновременное решение этих двух проблем требует больших вычислительных операций. С увеличением количества этапов вычислительная сложность проектирования этапов и сравнение предварительных условий возрастают в геометрической прогрессии.

Метод рассуждений по прецедентам решает подобные проблемы, предоставляя планы, которые были использованы в прошлом и в которых эти проблемы уже были решены. Лицу, принимающему решение, требуется лишь внести относительно незначительные изменения в этот план вместо того, чтобы планировать все с нуля. Рецепт приготовления блюда, к примеру, предусматривает последовательность шагов и гарантирует выполнение предварительных условий каждого этапа.

Метод рассуждений по прецедентам также предлагает решение более сложных задач планирования (See Marks, Hammond, and Converse (1989)). В реальном процессе количество целей, конкурирующих за успех, достаточно большое, и при этом образуются новые цели в процессе своей деятельности. И если пытаться достичь каждую из них независимо друг от друга, то планирование и время выполнения, а именно суммарное время достижений каждой цели, вероятно, возрастут из-за взаимодействий. Если существует возможность достижения нескольких целей одновременно или в сочетании друг с другом, то сложность решения существенно сокращается. Метод рассуждений по прецедентам обеспечивает способ объединения целей. Ранее использованные планы сохраняются и индексируются в качестве сочетания целей, которые были достигнуты. Если объединение целей повторяется, то старый план, который обеспечивал достижение этих целей, может повторно использоваться.

Другие сложности, которые возникают в планировании, являются следствием взаимосвязи планирования и выполнения плана в реальности. С точки зрения традиционного планирования, как уже было сказано выше, план является последовательностью шагов, которые будут выполнены в будущем, а планирование по прецедентам предполагает объединение планирования и исполнения.  Таким образом, нельзя утверждать, что хорошо продуманная последовательность шагов будет выполнимой в реальном мире. На это есть несколько причин. Во-первых, невозможно думать, что все знания, необходимые для планирования, хорошо известны в начале, ведь часто в процессе планирования выявляются новые знания, а некоторые так и не заявляют о себе наверняка. Во-вторых, мир не предсказуем. Возникают непредвиденные обстоятельства (например, в ходе выполнения некоторой задачи срабатывает пожарная сигнализация). Факторы, которые были неизвестны в момент планирования, неожиданным образом меняют ход событий (например, кто-то выкупил все гвозди определенного вида, необходимого для выполнения плана, и теперь они недоступны). И невозможно все время предсказывать исходы этих факторов (например, кто-то проголодался и съел весь шоколад, который предназначался для выпечки). В общем, обстоятельства могут меняться при переходе от планирования к исполнению.

Для решения этой проблемы необходимо откладывать хотя бы некоторую часть планирования до момента выполнения плана, когда уже имеется большее количество знаний и существует возможность исправлять неосуществимые этапы во время планирования. Кроме того, если есть возможность предвидеть проблемы во время выполнения плана, то уменьшается количество дальнейших исправлений.

Программа «CHEF» (Hammond 1989), учитывая прошлый опыт, помогает предотвратить будущие проблемы перед приготовлением блюда. Когда проблема возникает во время приготовления блюда, данное устройство пытается объяснить причину проблемы, а затем выяснить, каким способом она может быть решена. «CHEF» хранит предполагаемое решение проблемы и указывает на прецеденты благодаря их характеристикам, которые предсказывают возникновение проблемы. Прежде чем вывести решение, «CHEF» ищет в памяти неудачные ситуации и использует любую из них, чтобы предвидеть возможные проблемы, на которые указывают найденные ситуации. Затем, используя исправленную неудачную ситуацию, предлагает план приготовления блюда, который позволит устранить ту проблему, которая ранее предполагалась. Однажды «CHEF» создал рецепт приготовления клубничного суфле, видоизменяя рецепт ванильного суфле. Однако, приготовленное суфле не поднялось в процессе приготовления. Причиной был дисбаланс между количеством закваски и жидкости, которой было больше, чем нужно. Так как один из способов избавиться от лишней жидкости – просто слить её, «CHEF» выдвинул гипотезу о том, что если сливать лишнюю жидкость, которая образуется в процессе приготовления клубники, то в дальнейшем суфле поднимется. Сформированный прецедент сохраняется в памяти с указанием на фруктовое суфле, и перед тем, как составить рецепт другого фруктового суфле, «CHEF» вспомнит данный прецедент и предупредит о возможном дисбалансе закваски и жидкости, а при составлении рецепта предложит слить лишнюю жидкость.

Также существуют другие механизмы планирования, которые решают ранее не описанные проблемы. «TRUCKER» (Hammond 1989b) - это программа, выполняющая поручения, которая отслеживает ожидаемые цели и способна использовать возможности, которые возникают в процессе, что позволяет достигать целей ранее, чем ожидалось. «MEDIC» (Turner 1989) является диагностической программой. Она способна использовать предыдущие планы для диагностики, при этом она достаточно гибкая, чтобы при повторном использовании иметь возможность следить за неожиданными поворотами событий. Таким образом, если программа обнаружила легочную недостаточность, а пациент предоставляет ранее не известную информацию о состоянии сердца, «MEDIC» анализирует, какая информация является более важной для диагностирования. Если выяснится, что проблема с сердцем является более важной, «MEDIC» прервет свой текущий диагностический план и перейдет к более соответствующему, а позднее вернется к изначальному плану в случае необходимости. «EXPEDITOR» планирует события в жизни одного родителя, который воспитывает детей и при этом имеет работу. Программа хранит в памяти события, которые многократно достигали определенные цели, чередуя их. И если в первоначальном планировании процесс протекал медленно, то в течение времени программа приобретает умение планировать, поскольку способна повторно использовать собственные планы. И, наконец, «CSI BATTLE PLANNER» (Goodman 1989) показывает, как могут быть использованы прецеденты для оценки и исправления планов, прежде чем они будут реализованы.

1.1.3. CBR при диагностике

В диагностике специалисту, который должен решить некоторую проблему, предоставляется набор симптомов, и он должен объяснить эти симптомы. Когда имеется небольшое количество возможных объяснений, диагностику можно рассматривать как решение проблемы классификации. Однако, когда довольно трудно перечислить все возможные объяснения, диагностику можно рассматривать как решение проблемы формирования объяснения проблемы. Диагностирование по прецедентам может использовать прошлые ситуации для объяснения симптомов и предупреждения о наличии тех объяснений, которые были признаны непригодными в прошлом. Ниже приведен пример раннего проекта «SHRINK» (Kolodner 1987), посвященному методу рассуждений по прецедентам и разработанному для диагностирования в психиатрической больнице.

Психиатр наблюдает за пациенткой, которая проявляет явные признаки глубокой депрессии. Пациентка также сообщает, что, помимо всего прочего, недавно обнаружила у себя проблему с желудком, и врачи не смогли найти какую-либо взаимосвязанную причину возникновения этой проблемы. Обычно случайные жалобы не представляли особой важности в области психиатрии до тех пор, пока психиатр не вспомнил о предыдущем случае, в котором он поставил диагноз глубокой депрессии пациенту, имеющему также физические недомогания, которые нельзя было взаимозависимо объяснить. Только потом психиатр понял, что должен был принять во внимание эти жалобы; затем он выдвинул диагноз соматизированного расстройства с развитием вторичной глубокой депрессии. Далее он выдвигает гипотезу о том, что этот пациент тоже может иметь соматизированное расстройство с развитием вторичной глубокой депрессии и развивает эту гипотезу с помощью соответствующего диагностического исследования.

В данном примере врач использует диагноз из предыдущей ситуации для того, чтобы сформировать гипотезу о диагнозе в новой ситуации. Эта гипотеза уменьшает по времени процесс рассуждения и позволяет избегать ошибок, сделанных ранее. Кроме того, гипотеза из предыдущего прецедента заставляет его сосредоточить свое внимание именно на тех аспектах прецедента, которые он не рассматривал бы иначе: необъяснимые физические симптомы, связанные с расстройством соматизации.

Конечно, нельзя ожидать, что предыдущий диагноз не будет изменяться в новой ситуации. Также, как в планировании и проектировании, часто бывает необходимо адаптировать старый диагноз, чтобы соответствовать новой ситуации. Программа «CASEY» (Koton 1988) способна диагностировать проблемы с сердцем с помощью адаптации предыдущих диагнозов пациентов с сердечной недостаточностью для формирования новых диагнозов. Например, когда «CASEY» пытается диагностировать нового пациента, она вспоминает другого пациента по имени Дэвид. Несмотря на то, что имелось большинство общих симптомов, были и различия между ними. Новый пациент, к примеру, имел кальциноз сердечных клапанов и падал в обморок при физической нагрузке, а Дэвид не имел этих симптомов. «CASEY» адаптировала диагноз Дэвида, чтобы учесть эти различия. Кальцификация аортального клапана нового пациента была представлена в качестве дополнительного доказательства заболевания аортального клапана, а его обмороки были представлены в качестве дополнительного доказательства сердечной недостаточности, и в диагноз была включена болезнь митральных клапанов.

«CASEY» является относительно простой программой, построенной на существующей диагностической программе, работающей на основе моделирования. Когда новый прецедент похож на некоторый прошлый прецедент, то формирование решения проблемы происходит в разы быстрее, чем, например, у моделирующей программы (Koton 1988). И, поскольку адаптации основаны на действующей причинно-следственной модели, диагнозы настолько же точны, как если бы были сформированы заново на основе такой же модели.

Прецеденты также полезны в диагностике, когда указывают на выход из затруднительных ситуаций в прошлом. В то время, как невозможность решить проблему в затруднительных ситуациях рассматривалась как побочный эффект у «SHRINK» и «CASEY», программа «PROTOS» (Bariess 1989) была разработана для того, чтобы затруднительные ситуации разрешались эффективным способом. «PROTOS» диагностирует нарушения слуха. В этой области многие из диагнозов проявляются аналогичным образом, и только мелкие различия могут изменить диагнозы. Новичок не имеет знаний о мелких различиях, в отличие от эксперта. «PROTOS» начинает свое функционирование в качестве новичка, и когда он ошибается, то тем самым учится на своих ошибках. Таким образом, «PROTOS» узнает о мелких различиях. Для правильного определения диагноза он заносит в память указатели различия, что в дальнейшем позволяет ему легко переходить от очевидного диагноза к правильному.         

Создание диагноза с нуля является трудоемкой задачей. Практически по всех диагностических областях, однако, существует достаточная регулярность подхода формирования диагноза на основе прецедентов, т.к. это довольно эффективно. Конечно, врач не может полагать, что предложенное решение на основе прецедентов является ответом. Предложенное решение должно быть обосновано. Часто, однако, обоснование намного проще, чем создание нового диагноза. В подобных видах областей метод рассуждений по прецедентам может обеспечить большие успехи.

1.1.4.    CBR при объяснении

Объяснение аномальных вещей преобладает в любом решении проблемы и понимании деятельности людей. Если мы читаем в газете об авиакатастрофе, то пытаемся объяснить, почему она произошла. Если у нас в очередной раз не получается что-то сделать, мы пытаемся объяснить, что пошло не так, и не хотим заново делать это. Если мы узнаем о том, что кто-то делает что-то неожиданное, мы также пытаемся объяснить данную ситуацию. Процесс объяснения решает проблемы присвоения ситуации статуса доверия и недоверия, в зависимости от того, что объясняется (успех или неудача). В общем, объяснение – это задача определения того, кто или что несет ответственность за то, что произошло. Эта та проблема, которую пыталась решить область искусственного интеллекта в течение некоторого времени.

Подход к объяснению ситуации на основе прецедентов (Schank, 1986) заключается в том, что можно объяснить феномен, зная при этом похожие явления, позаимствовать объяснения этих явлений и адаптировать их под новый феномен. «SWALE» (Kass and Leake 1988) – программа, которая как раз делает это. Например, когда погибает скаковая лошадь, программа вспоминает подобные прецеденты, каждый из которых помогает ей сформировать объяснение причины смерти. Когда программа вспоминает прецедент, в котором Джим Фикс умер от сердечного приступа после пробежки, она обдумывает, умерла ли лошадь сразу после пробежки и имела ли она болезнь сердца, о которой её владельцы не знали. Вспоминая прецедент с Дженис Джоплин, «SWALE» рассуждает о возможном приёме запрещенных наркотиков. Некоторые объяснения, полученные подобным образом, более вероятные, чем другие, а некоторые требуют большей адаптации, чем другие. Например, если рассматривать объяснение, связанное с приемом наркотиков, то необходимо наличие человека, который хотел бы, чтобы лошадь употребляла наркотики (ведь Дженис Джоплин принимала наркотики самостоятельно, а лошадь не в состоянии это сделать), и причина, по которой этот кто-то хотел, чтобы лошадь принимала наркотики. Для этого требуется немного больше информации, чем в объяснении, полученном на основе прецедента с Джимом Фиксом, умершим от сердечного приступа.

Таким образом, объяснение ситуации на основе прецедентов требует наличие поискового механизма, который способен восстанавливать подобные прецеденты, механизма адаптации, который должен быть довольно креативным, и механизма проверки, который может решить, имеет ли полученное объяснение какой-либо смысл. 

1.2. Пояснительный метод рассуждений по прецедентам

Пояснительный метод рассуждений по прецедентам – это процесс оценки ситуации или её решения в контексте предыдущего опыта. Он представляет ситуацию или решение в качестве входных данных, а выходные данные содержат в себе классификацию ситуации, аргумент, поддерживающий классификацию или решение и/или подтверждения аргумента или решения. Данный метод полезен для классификации ситуации, оценки решения, аргументации, обоснования решения, интерпретации или плана, а также проекции последствий решения или плана.

Судьи Верховного суда используют данный метод, когда принимают какое-либо решение. Они интерпретируют новый прецедент в свете предыдущих событий. Является ли новый прецедент подобным старому? Насколько сравниваемые прецеденты похожи? Насколько различны? Предположим, что мы интерпретируем новый прецедент некоторым способом и пытаемся выяснить, каковы его последствия. Адвокаты используют пояснительный метод рассуждений по прецедентам, когда необходимо оправдать аргументы. Каждый день люди на улице используют данный метод. Например, ребенок, который говорит своим родителям: «Но сестре же вы разрешаете это делать», чтобы оправдать его/её аргумент. Менеджеры принимают стратегические решения, основываясь на том, что было верным в прошлом. Таким образом, пояснительный метод рассуждений по прецедентам часто используется для того, чтобы оценить плюсы и минусы решения проблемы. Арбитр, к примеру, который только что пришел с зарплатой для футболиста, может обратить внимание на других футболистов с похожими зарплатами для того, чтобы понять, согласуется ли новая зарплата с другими решениями о зарплате.

Пояснительный метод рассуждений по прецедентам является наиболее полезным для оценки, когда нет вычислительных методов для оценки решения или состояния. Обычно в таких ситуациях присутствует множество неизвестных величин и даже, если бы вычислительные методы были доступны, знания, необходимые для работы с ними, как правило, отсутствуют. Лицо, принимающее решение, использующее прецеденты для того, чтобы оценить и обосновать решения или объяснения, самонадеянно объясняет недостаток знаний тем, что мир безграничен и все знать невозможно.

Далее будут кратко рассмотрены три задачи, где пояснительный метод рассуждений по прецедентам является полезным для обоснования, интерпретации и проекции. В обосновании некто демонстрирует причину или доказательство сложности аргумента, состояния или решения. В интерпретации кто-то пытается обозначит новую ситуацию в контексте. Проекция означает прогнозирование последствий решения. Все эти задачи имеют общую нить рассуждений. Одни прецеденты будут поддерживать интерпретацию или проецированные последствия решения. Другие прецеденты будут поддерживать другие процессы. И лицо, принимающее решение, должно сравнить и сопоставить прецеденты для того, чтобы принять решение. 

1.2.1.  Обоснование и состязательное рассуждение

В состязательном рассуждении приводятся убедительные аргументы для того, чтобы доказать правильность своей позиции оппоненту. К примеру, адвокаты доказывают свою правоту подобным образом ежедневно. Так делают и остальные люди, пытаясь убедить кого-то в своей правоте при решении некоторой проблемы. Даже с самим собой человек может состязательно рассуждать, пытаясь убедить себя в качественности и правильности только что полученного решения некоторой проблемы. При вынесении убедительного аргумента необходимо сформулировать позицию и обосновать её либо неопровержимыми фактами, либо обоснованными умозаключениями. Но чаще всего обосновать позицию можно лишь при использовании соответствующего предыдущего опыта или прецедента.

Американская правовая система представляет собой систему, основанную на прецедентах. В этой системе много правил, и каждое из них имеет свои выражения, которые точно определены, и многие из них противоречат друг другу. Наиболее действенным способом интерпретации законов является аргументирование на основе прецедентов. Таким образом, законы обеспечивают хорошую область знаний для изучения состязательного рассуждения и обоснования по прецедентам (Rissland 1983, Bain 1986, Ashley 1987, 1988, Branting 1989).

Программа «HYPO» (Ashley, 1988, Rissland and Ashley 1987) является самой ранней и наиболее опытной в правовых рассуждениях по прецедентам. Создание методов для формирования аргумента и обоснования решения состоит из нескольких этапов. Во-первых, новая ситуация анализируется на наличие соответствующих факторов. Благодаря этим факторам извлекаются подобные прецеденты. Они упорядочены по наибольшему совпадению с новой ситуацией. Некоторые поддерживают ситуацию, другие наоборот. Большинство прецедентов, поддерживающих новую ситуацию, используются для создания аргумента в пользу предложенного решения. Прочие прецеденты, не поддерживающие новую ситуацию, необходимы для создания контраргументов. Затем сформированные аргументы противодействуют контраргументам. Результатом работы программы является набор трехуровневых аргументов, каждый из который обоснован соответствующим прецедентом. Главным побочным эффектом подобных аргументов является то, что потенциальные проблемные зоны выдвинуты на первый план.

Рассмотрим, к примеру, неразглашённый прецедент, который аргументировала «HYPO». Джон Смит разработал программу структурного анализа под названием «NIESA» в то время как работал в Корпорации исследования структурной динамики (SDRS). Он придумал эту программу и полностью отвечал за её развитие. Присоединяясь к SDRS, он подписал соглашение о Конфиденциальной Информации Сотрудника, в котором обязался не разглашать или использовать какую-либо конфиденциальную информацию.  А после ухода из SDRS он утроился работать в Европейский Исследовательский Центр по Маркетингу (EMRC) в качестве вице-президента по разработке программного обеспечения. Одиннадцать месяцев спустя EMRC начала продавать программу Джона (NIESA), которую он переделал, используя заметки из развития старой версии программы в SDRS. Сотрудники SDRS раскрыли части программного кода «NIESA» приблизительно пятидесяти клиентам. И сейчас судятся с Джоном Смитом за нарушение соглашения о неразглашении.

«HYPO» приводила аргументы ответчику из SDRS. Она использовала факторы, присутствующие в этом прецеденте, для того, чтобы сформировать ряд вопросов, на которые нужно ответить: Является ли раскрытие программного кода «NIESA» пятидесяти клиентам аннулированием соглашения о неразглашении? Является ли тот факт, что Джон Смит был единственным разработчиком программы, аннулированием соглашения о неразглашении? Программа извлекла несколько прецедентов, и был сформирован аргумент, в котором происходил судебный процесс между корпорациями «Midland-Ross» и «Sunbeam», и, поскольку истец раскрыл информацию о своей продукции посторонним, ответчик должен был выиграть иск о незаконном   присвоении коммерческой тайны. Однако, на основе различий новой ситуации и старой, может быть сформирован встречный аргумент. В ситуации «Midland-Ross» информация была раскрыта большему числу посторонних, и ответчик получил что-то ценное для заключения договора. Эта точка зрения может быть поддержана другим прецедентом, в котором «Data General» судилась с «Digital Computer» и истец выиграл, несмотря на то, что информация была раскрыта еще большему количеству посторонним, чем в случае с «Midland-Ross». Тем не менее, опровержение сформировалось на основе этого прецедента. В том прецеденте ответчик выиграл, потому что раскрытие информации было ограниченным. А в данной ситуации раскрылась информация единственного разработчика нового продукта.

Подобная аргументация и обоснование встречается изо дня в день. К примеру, следует ожидать, что ребенок в возрасте 13 лет, которому родители запретили смотреть фильмы ужасов в полночь, будет вспоминать все ситуации, которые вспомнит, чтобы оправдать свою ситуацию. Если его другу, которому также 13 лет, позволено смотреть это, он будет ссылаться на это в свою пользу. Если его сестре позволено смотреть фильмы ужасов, он также будет ссылаться на это. И так как его родители будут приводить свои аргументы, он будет приводить другие, чтобы противостоять им.

В общем, прецеденты полезны при построении аргументов и обосновании позиции, когда нет каких-либо конкретных принципов или имеются некоторые из них, также если принципы непоследовательные или их значения плохо определены.

1.2.2.    Классификация и интерпретация

Является ли рыба-меч тем видом рыбы, которую Анна предпочтет на ужин, или нет? Это пояснительный вопрос, который задается в примере в начале главы. В целом, интерпретация в контексте метода рассуждений по прецедентам означает принятие решения о том, соответствует ли концепция некоторой ограниченной или неявно ограниченной классификации. Классификация может быть установлена на лету (например, вид рыбу, которую предпочтет Анна) или может быть хорошо известна, но не достаточна определена с точки зрения необходимых и достаточных условий. Многие предлагаемые классификации определены как классификации неограниченного разнообразия. Например, можно предположить, что транспортное средство – это устройство с колесами, используемое для транспортировки, но когда дорожный знак содержит информацию «Автомобили на территории парка запрещены», то, вероятно, это не относится к инвалидной коляске или детской коляске, обе из которых соответствуют примитивному определению предложенной классификации. Создание определенных отличительных особенностей постоянно сопровождает работу адвокатов. Точно так же, когда врач должен определить, является ли пациент шизофреником или отоларинголог должен определить, есть ли у пациента конкретное расстройство слуха, процесс распознавания чреват неоднозначностью. Есть много видов проявлений шизофрении, и необходимые и достаточные условия не говорят, как иметь дело с промежуточными прецедентами. И из примера в начале главы можно заметить, что довольно часто необходимо проводить пояснительное рассуждение, так как оно входит в повседневные задачи здравого смысла.

Один из методов работы классификаторов по прецедентам заключается в том, что классификатор устанавливает, является ли новая концепция такой же достаточной, как и другая концепция, которая ранее была известна и имеет целевую классификацию. Так ли работает классификатор PROTOS (Bareiss, 1989), диагностирующий нарушение слуха? Вместо того, чтобы классифицировать новые прецеденты, используя необходимые и достаточные условия, PROTOS формирует классификацию, пытаясь найти в базе знаний ближайший по совпадению прецедент к новой ситуации. Он классифицирует новую ситуацию, используя классификацию найденного прецедента. Чтобы сделать это, PROTOS отслеживает, насколько прецеденты первичны и чем они отличаются друг от друга в пределах определенной классификации. На основании различий между прецедентами PROTOS пытается соотнести их, обнуляя в старом прецеденте несовпадающие параметры.

Если ни один из прецедентов не соответствует достаточно хорошо, то иногда необходимо рассмотреть гипотетические ситуации. Большая часть работы по этому виду интерпретации происходит от изучения правовой аргументации. Предположим, к примеру, что адвокат должен аргументировать то, что его клиент не виновен в нарушении соглашения о неразглашении, потому что единственный человек, которому он передал информацию, не был технически компетентен использовать эту информацию в своих целях. Существует несколько прецедентов, оправдывающих этот аргумент. Чтобы проверить это, можно представить гипотетический прецедент, который выходит за рамки реальных прецедентов в границах тестирования. Можно было бы предположить ситуацию, в которой человек, раскрывший информацию, не был технически компетентным, но был президентом компании с техническим персоналом. Другой гипотетический человек также мог бы не быть технически компетентным, но его жена, которой он передал информацию, была. Интерпретация на основе гипотетических прецедентов помогает настраивать аргументы в пользу конкретной концепции или наоборот.

Все вышесказанное выполняет программа «HYPO» (Rissland 1986, Ashley 1987). Данная программа является самой ранней и самой сложной в интерпретации рассуждений по прецедентам. «HYPO» использует гипотетические ситуации для различных задач, необходимые для эффективной интерпретации: пересмотреть старые ситуации с точки зрения новых факторов, создать новые стандартные прецеденты, когда необходимых не существует, исследовать и испытать пределы обоснованности концепции, переопределить прецедент, исключив некоторые проблемы, реализовать скрытые предположения и организовать или сгруппировать прецеденты. «HYPO» создает гипотетическую ситуацию при помощи «экземпляра» текущей ситуации. Гипотетическая ситуация может быть как сильнее, так и слабее реальной ситуации с разных точек зрения. Этот процесс управляет рядом эвристических модификаций, которые предлагают нужные направления для создания гипотетической ситуации, основанной на текущих потребностях аргументации. Аргументационная стратегия «HYPO» руководит набором эвристических модификаций. Например, чтобы противостоять контрпримеру, можно предложить вариацию новой ситуации, которая сделает ситуацию похожей на контрпример.

Когда концепция создается на лету, интерпретация требует дополнительного этапа: вывода набора определяющих свойств для определенной категории. Например, чтобы определить, предпочтет ли Анна рыбу-меч, необходимо сначала попытаться охарактеризовать те свойства рыбы, которые Анна посчитает приемлемыми. В противном случае, нельзя будет однозначно сказать, какую рыбу она захочет. Рыба, которую она ела в ресторане, была примерно похожа по внешнему виду и вкусу на мясо. Форель, которую она не захотела, выглядела как рыба. Это те аспекты, которые необходимо использовать в определении: является ли рыба-меч подходящим вариантом. Для человека довольно просто определить эти аспекты, но заставить компьютер делать это автоматически является проблемой, эквивалентной проблеме определения ответственности за конечный результат.

1.2.3. Проецированные последствия

Проекция – это процесс прогнозирования последствий решения или плана, является важной частью оценивающего компонента любого планирования или системы поддержки принятий решений. Когда о ситуации все известно, проекция является лишь процессом запуска известных логических выводов решения с целью увидеть, к чему это решение приведет. Чаще всего, однако, в реальных проблемах не все известно, и последствия не могут быть точно предсказаны на основе любого простого набора правил вывода.

Рассмотрим, к примеру, ситуацию с командиром на поле боя, который должен производить стратегию для предстоящей битвы. Доктрина представляет собой набор правил для ведения боя, и эти правила могут быть использованы для создания первого приближенного плана сражения. Но доктрина дает правила для ситуации в целом, а не для конкретных ситуаций, в которых войска устали, хорошо известна стратегия командира-противника, был дождь в течение недели или горы расположены таким образом, что предоставляется место для ловушки. При планировании мелкие факторы ситуации имеют большое значение, как и во многих других ситуациях. Есть много деталей, которым можно было бы уделить внимание, и только некоторые из них действительно важны. И, как и в других противостоящих ситуациях, невозможно знать все о противниках, предсказать их стратегию или предсказать все их противодействия или контрпланы. Тем не менее, необходимо создать хороший план и оценить его на основе прогнозируемых последствий.

Прецеденты обеспечивают способ проецирования последствий, основанных на том, что было верно в прошлом. Прецеденты с неудачными аналогичными планами могут указать на потенциальным проблемы в текущем плане. Если предыдущий план, подобный в настоящее время текущему, потерпел неудачу, потому что войска устали, командир будет это знать и узнает, устали ли его войска, и если да, то примет это во внимание. Он может изменить свой план так, что усталость войск не будет являться фактором, влияющим на результат планирования, и дать войскам отдохнуть или получить новые войска в течение боя. Прецеденты с аналогичными успешными планами обеспечивают доверие к текущему плану. Кроме того, когда этапы плана предназначены для оценки, прецеденты могут помочь оценить что-либо. Последствия использования конкретного вида ловушки, к примеру, могут быть оценены, если вспомнить прошлый прецедент, в котором подобная ловушка уже использовалась.

Автоматизированное использование прецедентов для проецирования последствий планирования не было целью исследования метода рассуждений по прецедентам, но оказывает помощь человеку в планировании. «CSI’s BATTLE PLANNER» (Goodman, 1989) представляет собой систему поиска прецедентов, интерфейс которой разработан таким образом, что позволяет человеку использовать прецеденты для прогнозирования последствий планирования. «BATTLE PLANNER» извлекает наиболее подходящие прецеденты, который используют похожий план, и делит их на успешные и неудачные. Человек может рассматривать прецеденты, использовать их, чтобы исправить свой план, а затем попытаться произвести аналогичную оценку исправленного плана. Также можно использовать данную систему для проведения анализа чувствительности. Манипулируя детали ситуации и наблюдая изменения в количестве побед и поражений (в действительности, задавая вопросы из серии «что-если»), можно определить, какие факторы текущей ситуации являются решающими для исправления ситуации.

На сегодняшний день проекция является одним из наиболее важных препятствий, с которыми сталкивается планирующее сообщество. В реальном мире, лицо, планирующее какой-либо процесс, должен иметь возможность проецировать последствия этапов плана, чтобы правильно чередовать задачи, запланировать поздние этапы, прежде чем будут выполнены ранние этапы, и управлять непредвиденными обстоятельствами. Метод рассуждений по прецедентам вносит большой вклад в решение этой проблемы, но на сегодняшний день основное усилие идет на обеспечение помощи в использовании прецедентов для проекции последствий, и мало усилий идет на автоматизацию процесса проецирования.

1.2.4. Пояснительный метод рассуждений по прецедентам и решение проблем

Большая работа по интерпретации была сосредоточена на юриспруденции и представляла собой подтверждение аргументов в пользу или против какой-либо интерпретации закона. Но не стоит думать, что интерпретация на основе прецедентов предназначена только для интерпретирующих проблем. Напротив, она полезна и в качестве оценочного или решающего компонента при решении проблемы или принятии решения, когда отсутствуют устойчивые причинно-следственные модели. Несмотря на то, что в этой области проводилось не так много действий, процессы, участвующие в поясняющем методе рассуждений по прецедентам, имеют возможность играть несколько важных ролей в решении проблем. Во-первых, если известна структура решения, или известны основные ограничения, то предоставляется возможность для выбора прецедентов, которые будут обеспечивать определенное решение проблемы. Во-вторых, формирование аргумента и обоснования приводят к знанию о том, на каких особенностях нужно сосредоточиться. В-третьих, методы «HYPO» могут указать, какие свойства, если бы они присутствовали, способствовали лучшему решению. Достигается это путем отслеживания критических аспектов и создания гипотетических прецедентов. При решении проблемы эта информация может быть полезной для адаптационных процессов. И, наконец, интерпретирующие методы могут быть использованы для прогнозирования пригодности, качества и результатов решения.

 

2.  CBR и обучение

Метод рассуждений по прецедентам – это методология для рассуждения и обучения. Механизм рассуждений по прецедентам обучается двумя способами. Во-первых, повышает свою эффективность, запоминая старые ситуации и адаптируя новые ситуации вместо того, чтобы получать ответы заново каждый раз. Если прецедент был адаптирован новым способом, решен с помощью какого-нибудь нового метода или был решен путем объединения решений нескольких прецедентов, а затем вызван при решении следующей новой ситуации, то шаги, необходимые для её решения не будут заново повторяться. Во-вторых, аргумент, полученный на основе прецедентов, становится более компетентным в течение долгого времени, получая более лучшие решения, чем если бы мог получить при меньшем наличии опыта. Одной из сильных сторон данного метода является возможность предвидеть и тем самым избежать ошибок, совершенных в прошлом. Это возможно, потому что проблемные ситуации заносятся в память, индексируются по тем особенностям, которые предсказывают старые ошибки.

В пределах искусственного интеллекта, когда говорят об обучении, обычно это означает изучение общих правил с помощью индуктивных или основанных на объяснении способов. В то время, как механизм рассуждений замечает сходства между прецедентами, и, следовательно, может заметить, когда должны быть сформированы общие правила, индуктивное формирование общих правил отвечает лишь за обучение механизма. Обучение механизма рассуждений по прецедентам возможно двумя способами: путем накопления новых прецедентов и посредством назначения индексов. Новые прецеденты предоставляют более знакомые контексты для решения проблем или оценки ситуаций.  Чем больше база прецедентов, тем эффективнее механизм рассуждений. При этом в памяти должны хранится как успешные, так и неудачные ситуации. Новые индексы позволяют настраивать извлечение прецедентов из памяти в любое подходящее время.

Таким образом, нельзя сказать, что обобщения не важны. Действительно, прецеденты способны давать верное направление на формирование обобщения, полезного для решения проблемы. Как же это работает? Когда несколько прецедентов индексируются одним и тем же способом и предсказывают примерно одинаковое решение или могут быть классифицированы одним и тем же способом, эти прецеденты могут быть обобщены. Кроме того, сочетание индексов и предсказанных решений или классификаций дает рекомендации при выборе уровня абстракции сформированного обобщения. Иногда при решении проблемы можно использовать различные прецеденты, а иногда могут потребоваться комбинации прецедентов и обобщённые случаи. Даже если обобщённые прецеденты не требуются, они помогают правильно организовывать прецеденты в памяти. Процесс обобщения можно интерпретировать как способ формирования полезных правил, которые в последствие могли бы использоваться          при решении проблем. Эти правила могут применяться в том случае, когда точно соответствуют прецедентам, а одиночные прецеденты могут использоваться в том случае, когда нет подходящего правила или оно неприменимо в данной ситуации.

 

3.  Процессы и результаты

Традиционное представление о рассуждении и в искусственном интеллекте, и в когнитивной психологии было таким, что некоторому механизму рассуждений предоставлялась проблема, которую он способен решить с помощью некоторых абстрактных операторов, которые сам он придумал и составил.  Но, как показали примеры, метод рассуждений по прецедентам использует другой подход. Вместо того, чтобы рассматривать рассуждение как процесс построения, процесс рассуждения рассматривают как запоминание одного или нескольких конкретных прецедентов или решений, основанных на сравнении новой ситуации и старого экземпляра.

Как мы уже заметили, прецеденты используются двумя совершенно разными способами во время рассуждения. Прецеденты предоставляют приблизительные решения, которые адаптированы к новой ситуации и обеспечивают конкретные доказательства в пользу решения или наоборот. Полученное решение приводит в действие процедуру критики или оценки. Таким образом, метод рассуждений по прецедентам предоставляет процесс «вспомнить прецедент и адаптировать его решение» и «вспомнить прецедент и на основе его результата оценить новую ситуацию».

Два типа метода рассуждений по прецедентам возникли по мере их использования. При решении проблемы прецеденты необходимы для того, чтобы предлагать решения; при интерпретации прецеденты помогают оценить и оправдать ситуацию (например, какой-нибудь закон). Но, как показали примеры, эти два стиля не полностью пересекаются. Интерпретирующие методологии используются для оценки и обоснования решения. И, возможно, для того, чтобы интерпретировать ситуацию, придется ответить на вопрос (т.е. решить проблему).

Основные процессы, которые используются в методе рассуждений по прецедентам, - это извлечение прецедента и хранение прецедента (обновление памяти). Для того, чтобы убедиться в том, что неудачные решения проблемы не повторяются наряду с хорошими, механизм рассуждений по прецедентам должен также оценить свои решения.  

Каждый тип метода рассуждений по прецедентам требует, чтобы любой процесс рассуждения начинался только после того, как соответствующий прецедент будет извлечен из памяти. При решении проблемы приблизительное решение новой проблемы предлагается путем извлечения решения из некоторого восстановленного прецедента. Этот процесс сопровождается адаптацией, исправлением старого решения для соответствия новой ситуации, критикой и оценкой нового решения перед его применением. При интерпретации проблемы приблизительный или желаемый результат предлагается иногда на основании извлеченных прецедентов, иногда на основании наложения прецедентов извне (например, когда клиент адвоката требует определенного результата). Далее следует обоснование, формирование аргумента для предложенного решения, полученного в результате сравнения и противопоставления новой ситуации предыдущим прецедентам, критика, и процесс обоснования аргумента, полученный путем создания гипотетических ситуаций и попытки аргументировать их.

Эти этапы являются в некотором смысле рекурсивными. Критика и адаптация, к примеру, часто требуют извлечения новых прецедентов. В этом процесс также есть несколько «петель».  Критика наряду с оценкой может привести к дополнительной адаптации. Если при использовании одного прецедента рассуждение не оказалось успешным, требуется перезагрузка всего процесса     и дальнейшая работа с новым выбранным прецедентом. На рисунке 1 приведены взаимодействия этапов CBR.

Рисунок 1 – CBR-цикл.

 

Как показано в вышесказанных примерах, рассуждение по прецедентам — это естественное рассуждение каждого человека, способное облегчить многие сложности, которые тормозят развитие искусственного интеллекта. Для того, чтобы разработать системы рассуждения по прецедентам, необходимо, однако, ответить на несколько вопросов, которые должны быть решены. Многие из этих вопросов требуют объяснения процесса человеческого размышления.  В следующих разделах будет приведен краткий обзор          каждого этапа и обсуждение проблем, которые необходимо решить для того, чтобы объяснить и автоматизировать механизм рассуждения по прецедентам.

3.1.  Извлечение прецедентов

Процесс извлечения прецедента или набора прецедентов из памяти состоит из двух этапов:

• Восстановление предыдущих прецедентов. Целью этого этапа является получение «хороших» прецедентов, способных поддержать рассуждение в последующих этапах. «Хорошие» прецеденты способны прогнозировать новую ситуацию. Извлечение осуществляется с помощью индексов, описывающих различные свойства прецедентов. Прецеденты, соответствующие тем индексам, которые необходимы для принятия решения, извлекаются из памяти.

• Отбор наилучших прецедентов. На этом этапе отбираются наиболее перспективные прецеденты, сгенерированные в первом этапе. Целью отбора является отсеивание малоперспективных прецедентов и формирование кандидатов, достойных интенсивного рассмотрения. Иногда целесообразно отобрать один прецедент, иногда несколько прецедентов.

Одна из проблем процесса извлечения состоит в том, что иногда два прецедента должны быть аналогично оценены, даже если имеют мало схожих характеристик. Футбольная и шахматная стратегии, к примеру, имеют много общего, хотя их конкретные игровые свойства различны. В одну игру играют на доске, в другую на поле, одна игра использует фигуры, другая игроков, в одной игре два соперника, в другой две команды. Общие свойства этих игр являются более абстрактными, характерными для конкурентных игр. Имеются два противника, каждый хочет выиграть и каждый хочет, чтобы соперник проиграл, обе стратегии игры включают в себя планирование и контрпланирование, позиции на игровом поле, несмотря на то, что для футбола игровое поле — это фактическое поле с игроками, а для шахмат это настольная доска с фигурами. Тем не менее, существуют так называемые деловые шахматы – командная игра в шахматы, и имеется эксперт, который знает, как запланировать ветвление игроков. Одним из способов решения данной проблемы является использование более подробных характеристик (индексов) прецедентов, которые также должны быть сопоставлены на более абстрактных уровнях представления. Для этого необходимо решить, какие из абстрактных способов представления прецедентов являются подходящими, чтобы имелась возможность их сравнить (Birnbaum and Collins 1988, Collins 1987).

Другая проблема заключается в том, что новая ситуация и прецедент могут иметь некоторые полученные извне совместные характеристики, при этом не иметь между собой общих индивидуальных характеристик. К примеру, в предсказании того, кто победит в битве, основным предсказанием является соотношение сил атакующего и защитника, но по отдельности ни сила атакующего, ни сила защитника не может предсказать исход битвы. Прецеденты должны аналогично оцениваться на основе их соотношения (производные характеристики), а не на основе индивидуальных свойств (внешние характеристики). Подобная ситуация возникает в диагностике. Для того, чтобы иметь представление о текущей ситуации и извлечь нужный прецедент, необходимо сопоставить производные характеристики (гипотетические расстройства и состояния), а не внешние характеристики (конкретные симптомы, проявляющиеся у пациентов). Проблемой является то, что необходимо разработать эффективный способ генерации производных характеристик. Для этого требуется руководство по созданию производных характеристик, потому что зачастую это дорого, и даже если было бы дешево, то сгенерировать все возможные производные характеристики явно дорого.

И, конечно, необходимо вывести алгоритм быстрого поиска больших хранилищ прецедентов (Kolodner 1984, 1988b).

Вышесказанные проблемы можно объединить в так называемую проблему индексации. В широком смысле, проблема индексации является проблемой извлечения подходящих прецедентов в соответствующий момент времени (несмотря на все проблемы, описанные выше). В общем, проблемным является присвоение прецедентам меток (индексов), которые указывают, при каких случаях может быть использован каждый прецедент. Эти метки были обработаны так же, как и индексы в книгах. Все прецеденты в базе знаний проиндексированы, и новая ситуация используется в качестве ключа к заданному индексу, благодаря которому извлекается соответствующий прецедент. Исследователи работают над указанием того, какие индексы являются наиболее полезными, издают словари индексов, создают эвристики и алгоритмы автоматизации выбора индекса, обеспечивают организацию прецедентов на основе индексов, поиск прецедентов с помощью индексов и выбор наилучшего прецедента. Индексы должны обеспечивать полезность и точный поиск, при этом не оказывать чрезмерного влияния на поиск, что является одной из наиболее важных проблем в методе рассуждений по прецедентам.

3.2.  Предоставление приблизительного решения

На этом этапе соответствующие части прецедентов, отобранные в процессе извлечения, формируют приблизительное решение нового прецедента. В процессе решения проблемы, как правило, этот этап включает в себя выбор решения старой проблемы или какой-то её части. Найденное решение или отобранная часть решения является приблизительным решением новой проблемы. В процессе интерпретации происходит разбиение извлеченных прецедентов на части в соответствии с тем, какие интерпретации и решения они предсказывают, и назначение первоначальной интерпретации новой проблеме. В качестве альтернативы первоначальная интерпретация может быть уже дана (например, когда адвокат должен выступить за клиента). В этой ситуации нет необходимости в этом этапе.

Например, при планировании приготовления ужина можно сосредоточиться на плане приготовления в прошлой ситуации, то есть в извлеченном прецеденте, и использовать этот план в качестве приблизительного решения. Если же для приготовления необходим не весь план, а какая то его часть, то приблизительным решением будет соответствующая часть извлеченного плана. Таким образом, если программа «JULIA», которая пытается создать рецепт недорогого и простого в приготовлении ужина для 20-ти человек, хранит в памяти прецедент, в котором на ужин подавались традиционная итальянская закуска, лазанья, брокколи и десерт из мороженного и орехов, то этот прецедент будет приблизительным решением для соответствующих новых ситуаций. Аналогично выбирается и приблизительное основное блюдо, к примеру, лазанья, которая была основным блюдом в прошлой ситуации.

На этом этапе интерпретирующая программа решает, какие из приблизительных интерпретаций наиболее подходят для дальнейшей аргументации. Программа «PROTOS», к примеру, использует довольно грубую оценочную функцию для того, чтобы определить, какие прецеденты наиболее подходят для новой ситуации. «HYPO», которая, в свою очередь, является обучающей программой для студентов-юристов, предоставляет выбранный набор альтернатив, аргументирующий ту позицию, которую нужно донести до судьи или присяжных. Таким образом, работа программы фактически не начинается до следующего этапа.

При формировании приблизительного решения могут возникнуть несколько проблем. Во-первых, возникает вопрос, каким способом выбираются соответствующие части извлеченного прецедента для дальнейшего рассуждения. Старый прецедент может быть довольно большим, и очень важно, чтобы те части, которые не относятся к новой ситуации, не мешали ей. С другой стороны, вполне возможно, что, казалось бы, несвязанные между собой части старого прецедента могут предоставить рекомендации. Ответ на этот вопрос состоит из двух частей: во-первых, цели, который ставит перед собой лицо, принимающее решение, определяют место, где нужно сосредоточиться в старом прецеденте. Механизм рассуждений по прецедентам акцентирует свое внимание на той части старого прецедента, которая имеет отношение к достижению соответствующей цели в прошлом. Таким образом, если необходимо решить проблему, то все сосредоточение идет на предыдущее соответствующее решение. Если необходимо извлечь определенную часть решения, то основное внимание идет на соответствующую часть решения предыдущего прецедента. Если необходимо интерпретировать ситуацию, то в центре внимания оказывается классификация этой ситуации в извлеченном прецеденте.  Во-вторых, внутренняя структура извлеченного прецедента и, главным образом, зависимости между различными частями прецедента помогают расширить область сосредоточения в соответствующих направлениях. Таким образом, когда механизм рассуждений по прецедентам фокусируется на решении проблемы или интерпретации ситуации в старом прецеденте, то те характеристики новой ситуации, которые привели к выбору именно этого решения или интерпретации, также оказываются в центре внимания.

Другая проблема, возникающая при формировании приблизительного решения, связана с тем, что иногда требуется довольно много времени для того, чтобы перейти к следующему этапу адаптации или обоснования. Часто встречаются относительно легкие и, как некоторые их называют, разумные адаптации, которые могли быть произведены в прошлом решении проблемы прежде, чем подверглись исследованию в более трудных процессах адаптации. В трудовом посредничестве, к примеру, корректировка заработной платы и других пособий на основе прожиточного минимума является ожидаемой корректировкой. Подобные регулировки могут быть применены и к старым интерпретациям прежде, чем появляется необходимость формировать аргументы для них.  В интерпретации они особенно легко применимы при формировании приблизительного решения прежде, чем не начнется более сложное рассуждение и формирование аргументов. Таким образом, аргументация основывается на более реалистичной интерпретации.

Третья проблема, возникающая при формировании приблизительного решения, связана с выбором интерпретации. В программах, которые были разработаны по сей день, интерпретации выбираются либо намеренно, либо благодаря грубой оценке всех существующих альтернатив. Если существует способ добраться до «правильного» ответа независимо от того, с чего начинать, то выбор первой альтернативы является лишь вопросом эффективности. Однако, если все альтернативы не связаны каким-либо образом, то первоначальный выбор альтернативы может повлиять на точность рассуждения. Таким образом, первоначальный выбор альтернативы является реальной проблемой.

3.3.  Адаптация

В процессе решения проблемы старые прецеденты используются в качестве вдохновения для решения новых проблем. Так как новые ситуации довольно редко совпадают со старыми, то, тем не менее, старые ситуации должны быть исправлены в соответствии с новыми ситуациями. В процессе адаптации приблизительное решение приспосабливается в новой ситуации. В адаптации существуют два этапа: выяснение того, что необходимо адаптировать и формирование адаптации.

Проблемы адаптации возникают из обоих этапов. Начнем с рассмотрения самой адаптации. Для какой-то конкретной области или задачи можно придумать ряд адаптационных или эвристических стратегий. Затем можно осуществить их и создать рабочую систему. Однако, это возможно не во всех случаях. Необходимо ответить на вопрос, существует ли общий набор адаптационных стратегий, который можно применить к любой сфере и который обеспечивает руководящие принципы для определения специализированных адаптационных стратегий. Например, исключение мяса из рецепта, который нужно сделать вегетарианским, является стратегией адаптации конкретного рецепта, но также это специализация и более главной стратегии, которую можно назвать исключением вторичного компонента из рецепта. Эта стратегия гласит, что вторичный компонент может быть удален, если он не выполняет необходимую функцию. Для каждого типа адаптационной стратегии также необходимо определить знания, необходимые для его применения.

Кроме того, важную роль в адаптации играют методологии для распознавания несоответствий между старыми и новыми прецедентами и выбора того, что должно быть приспособлено. Некоторые из методов ведения бухгалтерского учета, разработанных в других сферах искусственного интеллекта довольно полезны в своем применении, но часто используются в других целях, отличных от первоначальных.

3.4. Обоснование и критика

В этих процессах решение или интерпретация прежде, чем испытать себя в реальном мире, обосновываются. Когда известно все, что необходимо для оценки полученного решения или интерпретации, то данный этап можно рассматривать в качестве проверки. Тем не менее, во многих ситуациях существует слишком много неизвестного и нет возможности проверить решение. Однако, можно критиковать полученное решение, используя все интерпретирующие методы рассуждений по прецедентам. Один из способов - сравнить и сопоставить предлагаемое решение с другими подобными решениями. Для этого требуется рекурсивный вызов процессов памяти для того, чтобы извлечь прецеденты с аналогичными решениями. Например, если есть уже известный случай подобной неудачной ситуации, необходимо определить, подвергается ли новая ситуация тем же самым проблемам. В качестве альтернативы, если есть уже известный пример подобной ситуации, но проблемы, которые необходимо решить, довольно разные, то необходимо определить, была ли новая ситуация решена справедливым образом. Например, на переговорах по заключению контакта посредник может сформировать предложение по заработной плате и прежде, чем предложить его, сравнит предлагаемую им заработную плату с заработными платами других сотрудников и определит, соответствует ли предлагаемая заработная плата текущим прецедентам.

Чтобы проверить надежность решения, можно также предложить гипотетические ситуации. Еще один способ, критикующий предложенное решение – моделирование ситуации (с высоким или низким уровнем точности) и проверка результатов.

Критика может привести к необходимости извлечения дополнительных прецедентов и также может привести к проведению дополнительной адаптации, теперь уже исправления предыдущей адаптации.

Основные проблемы включают в себя стратегии оценки используемых прецедентов, стратегии извлечения прецедента для дальнейшего использования в интерпретации, оценке и обосновании; образование соответствующих гипотетических ситуаций и стратегий для их использования; также присвоение статуса доверия и недоверия прецедентам в базе знаний.

3.5. Оценка

На данном этапе результаты рассуждения будут опробованы в реальном мире. Будет получена и проанализирована ответная реакция реальных прецедентов, которые произошли во время или в результате выполнения полученного решения. Если результаты подтвердились, то дальнейший анализ не нужен, но если ожидаемые и реальные результаты различны, то объяснение полученных результатов необходимо. Для этого следует выяснить, что послужило причиной аномалии и что нужно сделать для предотвращения подобной ситуации. Иногда выяснить причину можно благодаря рассуждению по прецедентам.

Этот этап является наиболее важным для рассуждения по прецедентам. Благодаря оценке полученных решений в реальной мире формируется обратная связь, которая позволяет учиться на своих ошибках. Обратная связь позволяет также замечать последствия своих рассуждений. Это, в свою очередь, облегчает анализ рассуждения и объяснения вещей, которые идут не так, как планировалось. Этот анализ позволяет предвидеть и избежать ошибок, которые можно объяснить, и заметить ранее непредвиденные возможности, которые можно в дальнейшем использовать.

Оценка — это процесс суждения о доброкачественности предложенного решения. Иногда оценка осуществляется в контексте предыдущих прецедентов, иногда основывается на обратной связи от внешней среды, иногда основана на мысленном или реальном моделировании. Оценка включает в себя объяснение различий (например, между тем, что ожидалось и тем, что на самом деле произошло), обоснование различий (например, между предлагаемым решением и тем, которое использовалось в прошлом), проекцию результатов, также сравнение и ранжирование альтернативных возможностей. Результатом оценки может быть дополнительная адаптация или исправление предложенного решения.

3.6. Обновление памяти

На этом этапе новый прецедент надлежащим образом заносится в базу знаний для использования в будущем. Прецедент состоит из проблемы, решения этой проблемы, а также каких-либо основных фактов, подтверждающих то, что система знает, как воспользоваться прецедентом, и результатов рассуждения. Наиболее важный процесс на этом этапе – это выбор способа «индексирования» нового прецедента в памяти. Индексы должны быть выбраны таким образом, чтобы имелась возможность извлечь новый прецедент во время последующего рассуждения в то время, когда он может быть особенно полезным. Прецеденты не должны быть чрезмерно индексированным, так как нежелательно, чтобы прецеденты беспорядочно извлекались. Это означает, что механизм рассуждений по прецедентам должен быть в состоянии предвидеть важность прецедента для последующего рассуждения. Структура организации и индексации памяти также корректируется на этом этапе.

Для решения проблемы индексации необходимо выбрать соответствующие индексы для нового прецедента, используя правильную терминологию, и в то же время убедиться, что все остальные элементы останутся доступными, поскольку в базу знаний добавился новый прецедент.

 

4. Применимость метода рассуждений по прецедентам

4.1. Область применимости и пригодность в реальном мире

Начнем с рассмотрения вопроса, почему врач или кто-нибудь другой, кто обучался практике принятия логических решений, будет делать выводы на основе прецедентов. В конце концов, доктор обучен использовать факты и знания, а рассуждение по прецедентам можно интерпретировать как рассуждение, основанное на слухах. Ответ прост. Доктор обучен обособленно распознавать расстройства в организме и распространенные сочетания расстройств. Он также знает этиологию нарушений, т.е. как они прогрессируют. Но невозможно научить распознавать все существующие комбинации расстройств, а применение имеющихся знаний отнимает много времени при генерации правдоподобного диагноза. Если однажды он использовал свои знания для решения нелегкой задачи, то имеет смысл сохранить это решение таким образом, чтобы имелась возможность использовать его повторно. Таким образом, как только он научился распознавать новую комбинацию расстройств и запомнил этот опыт, то сможет признать его снова, но уже без особых усилий, в отличие от первого раза. Дальнейшее логическое медицинское суждение должно определить, есть ли предложенный набор заболеваний у пациента на самом деле.

Точно так же, невозможно ожидать, что компьютерная программа будет снабжена всеми возможными комбинациями проблем, с которыми может столкнуться. И не стоит ожидать, что программа имеет эффективные алгоритмы, способные создавать правдоподобные решения каждый раз с нуля. Модельная система устранения неисправностей, к примеру, является довольно эффективной, но это вовсе не означает, что она может легко сгенерировать любое решение проблемы, особенно, когда неисправность возможна в любое время. Аналогичным образом, в то время, как причинно-следственная модель может оказаться полезной при проверке некоторого проекта, она не может предоставить достаточно информации, чтобы была возможность разрабатывать проекты при наличии определенных ограничений. Точно так же, как рассуждение по прецедентам помогает людям легко производить решения определённых проблем, оно также предоставляет способ компьютерной программе эффективно предлагать решение проблемы, когда ранее подобных ситуаций не возникало. Но это вовсе не означает, что причинно-следственное рассуждение не имеет заслуг. Наоборот, оно должно присутствовать в тот момент, к примеру, когда доктор анализирует полученное решение. Система причинно-следственной модели должна функционировать наряду с системой рассуждений по прецедентам для выявления изменений, которые должны быть произведены в извлеченном прецеденте для обеспечения обоснованных адаптаций и для проверки предложенных решений проблемы. Действительно, «CASEY» (Koton 1988) и «KRITIK» (Goel and Chandrasekaran 1989) работают подобным образом, «CASEY» при диагностировании сердечной недостаточности, а «KRITIK» при проектировании элементарных машинных объектов. Таким образом, рассуждение по прецедентам полезно и людям, и автоматизированным системам, которым содержат много знаний в какой-то области, потому что предоставляется возможность многократно использовать некоторое рассуждение, сформированное в прошлом. Однако, оно также полезно и для тех, кто имеет довольно мало знаний о какой-либо проблеме или области.

Рассмотрим, к примеру, человека, который никогда не планировал званный ужин для гостей. Его собственный опыт не поможет ему. Но если бы он когда-либо бывал на званных банкетах, то у него есть возможность начать свое планирование. Если бы он запомнил те блюда, которые были поданы при условиях, подобным тем, которые нужно выполнить ему, он мог бы использовать эту информацию в своих целях.     Например, если бы он составил список банкетов, на которых присутствовал, то мог бы выяснить для каждого банкета сложность приготовления, стоимость ингредиентов и адаптировать полученную информацию для соответствия своей ситуации.

Рассуждение по прецедентам может быть также полезным, когда знания являются неполными, а доказательства недостаточными. Логические системы испытывают затруднения при контакте с любой из этих ситуаций, потому что предпочитают основывать свои ответы на том, что является известным и нормальным. Более традиционные системы искусственного интеллекта используют определенные факторы и другие методы неточного рассуждения в борьбе с этими проблемами, решения которых требуют значительного усилия со стороны компьютера и не внушают особого доверия. Рассуждение по прецедентам предоставляет еще один способ борьбы с неполным знанием. Механизм рассуждений по прецедентам совершает допущения для того, чтобы заполнить несовершенные или недостающие знания, основываясь на том, что предоставляет ему его собственный опыт. Решения, генерируемые подобным образом, не всегда буду оптимальными или даже правильными, но если учитывать оценку предложенных ответов, то предоставляется возможность легко производить ответы на соответствующие вопросы.

Помимо вышесказанного преимущества рассуждение по прецедентам также полезно даже тогда, когда решение определенной проблемы в прошлом не соответствует новой проблеме. Существует две перспективы развития подобной ситуации. Те свойства, которые должны быть исключены из извлеченного прецедента, могут быть добавлены к его описанию в качестве нежелательных свойств, в дальнейшем следует заново извлечь новый прецедент. Также извлеченный прецедент может служить отправной точкой в создании нового решения. Когда существует значительное взаимодействие между определенными частями решения и при этом придется многократно адаптировать решения для соответствия новой ситуации, это все же лучше, чем создавать решение с нуля. Ведь прецедент предоставляет что-то конкретное для рассуждения. Многие люди считают этот стиль рассуждения более предпочтительным.

4.2. Преимущества CBR

Рассуждение по прецедентам предоставляет различные преимущества для лица, принимающего решение:

• Метод рассуждений по прецедентам позволяет быстро формировать решения, избегая время, необходимое для получения этих решений с нуля. Данное преимущество особенно полезно для доктора, который вспоминает прошлый диагноз или методику лечения. Оценивая полученное решение, как это делает любой механизм рассуждений или рассуждающий человек, механизм рассуждений по прецедентам получает преимущество, т.к. благодаря оценкам способен легко производить решение проблемы. Это преимущество исключает необходимость трудоемких расчетов и выводов и полезно для решения практически для всех проблем, включающих в себя решение проблемы, планирование, пояснение и диагностику. И, действительно, при оценке программы «CASEY» (Koton 1988) было установлено, что коэффициент быстродействия увеличивается на два порядка, если определенная проблема уже была замечена в прошлом.

• Метод рассуждения по прецедентам позволяет формировать решения проблем не только в тех областях, которые хорошо изучены. Многие области невозможно полностью понять, потому что зачастую обстоятельства зависят от непредсказуемого поведения людей, например, в экономике. Некоторые, к примеру, до сих пор не понимают, как протекают различные болезни и как действуют на организм определенные препараты. Часто необходимо принимать решение, не имея при этом достаточно знаний и опыта. Метод рассуждений по прецедентам позволяет нам извлекать предположения и предсказания, основанным на прошлом опыте, при этом не требует от нас особого понимания проблемы.

• Метод рассуждений по прецедентам предоставляет возможность оценить решения, когда не доступны алгоритмические методы оценивания. Использование прецедентов для помощи в оценке особенно полезно, когда не все известно о проблеме, а какой-либо другой метод оценивая не доступен или слишком сложен. Решения могут быть повторно оценены в контексте предыдущих аналогичных ситуаций.

• Прецеденты особенно полезны в интерпретации неокончательных или недостаточно определенный концепций. Как было сказано выше, интерпретацией пользуются адвокаты. Но также это применимо и в повседневных ситуациях. В первоначальном примере были использованы прецеденты для определения того, что включает в себя концепция «Анна не хочет рыбу на ужин». Действие программы «PROTOS» (Bareiss 1989), классифицирующей нарушение слуха в условиях недостатка информации, показывает, что методология рассуждения по прецедентам при интерпретации может быть более точной, чем метод, основанный на обобщении, когда классификации плохо определены. «PROTOS» является более эффективной и точной программой, чем системы классификации, основанные на более традиционных методах классифицирования.

• Запоминание предыдущего опыта особенно полезно для предупреждения о наличии потенциальных проблем, которые встречались в прошлом. Благодаря этому предоставляется возможность принять меры для того, чтобы избежать повторения прошлых ошибок. Но как это работает? Прошлые ситуации могут быть как успешными, так и неудачными, т.е. теми ситуациями, в которых результат оказался не запланированным. Рассмотрим снова пример с планированием приготовления ужина для гостей. Было бы гораздо проще планировать приготовление блюд, если заранее знать, какие блюда просты в приготовлении и недорогие, какие ингредиенты достаточно трудно приобрести в промышленной продукции, чем каждый раз заново начинать планирование с нуля. Теперь человек, планирующий приготовление ужина, предупрежден благодаря прошлому прецеденту о том, что следует избежать добавления определенных ингредиентов или убедиться, что они имеются в наличии.

• Прецеденты помогают сосредоточить внимание на           важных аспектах проблемы, указывая на то, какие характеристики проблемы наиболее важные. То, что было важным в предыдущих ситуациях, как правило, будет иметь большое значение в новых ситуациях. Таким образом, если в предыдущем прецеденте некоторый набор характеристик был причастен к неудачному результату, то следует сосредоточить свое внимание именно на этих характеристиках для того, чтобы убедиться, что неисправность больше не повторится. Аналогичным образом, если некоторые характеристики сопутствуют удаче, то на них следует обратить особое внимание. Данное преимущество доступно и при решении проблемы, и при интерпретации ситуации. В интерпретирующем методе рассуждений по прецедентам обоснование и критика формируются на основе тех характеристик, которые оказались ответственными за успехи и неудачи в прошлом. Адвокат, к примеру, уделяет особое внимание тем аспектам новой ситуации, которые имели значения в прошлых ситуациях. При решении проблемы имеется возможность адаптировать решение таким образом, чтобы оно содержало в себе больше свойств, ответственных за успешный результат и меньше тех, которые могут привести к неудаче. 

4.3. Трудности

Конечно, при использовании метода рассуждений по прецедентам существуют определенные трудности. Существует вероятность использовать предыдущий прецедент вслепую, т.е. опираться на предыдущий опыт, не проверив его воздействие на новую ситуацию. Иногда прецеденты могут оказать слишком большое влияние на процесс решения новой проблемы. И зачастую такое случается с новичками, которые не осведомлены о наиболее подходящих прецедентах, применимых в определенной ситуации (Holyoak 1985, Gentner 1989). Однако, люди воспринимают рассуждение по прецедентам в качестве естественного способа рассуждения. Стремление объяснить процессы, вовлеченные в технологию рассуждения по прецедентам, может помочь объяснить то, как научить людей рассуждать лучше благодаря прецедентам. Кроме того, технология внесения прецедентов в память, возможно, позволит сформировать систему поддержки принятия решений, которая улучшит человеческую память путем предоставления соответствующих прецедентов, в то же время позволяя человеку рассуждать естественным и привычным способом.

 

5. Когнитивная модель или методология построения экспертных систем?

Рассуждение по прецедентам – это моделирование человеческого рассуждения или методология построения интеллектуальных систем? При попытке ответить на этот вопрос были опрошены люди, работающие в этой сфере, и рассмотрены программы, использующие метод рассуждений по прецедентам. Проведенные исследования показали, что рассуждение по прецедентам является одновременно и способом, благодаря которому люди могут решить свои проблемы, и методом рассуждения, который можно автоматизировать.

5.1. Рассуждение по прецедентам и люди

Существует много доказательств того, что люди, на самом деле, используют рассуждение по прецедентам в своем повседневном рассуждении. Некоторые из доказательств основаны на слухах – мы сами их наблюдаем. Другие доказательства являются экспериментальными. Исследователь Росс (Ross 1986, Ross 1989), к примеру, доказал, что люди, обучающиеся новым навыкам, часто ссылаются на предыдущие проблемы, чтобы освежить свои воспоминания о том, как они решили проблему тогда. Исследования, проведенные в нашей лаборатории, показывают, что и новички, и опытные автомеханики используют собственный опыт для формирования гипотезы о том, что послужило причиной неисправности, распознавания проблемы (например, проверка сломанного аппарата) и напоминания о том, как обнаруживать различные неисправности (Lancaster and Kolodner 1988, Redmond 1989). Другие исследования показывают, что врачи используют прецеденты для того, чтобы формировать гипотезы о диагнозе пациента, интерпретировать результаты испытаний и выбирать метод лечения, когда некоторые не поняты до конца (Kolodner, неопубликованное). Аналогичным образом, архитекторы и владельцы гостиниц извлекают, соединяют и адаптируют прошлые планы проектирования для создания новых.    

Программы, которые мы разрабатываем, являются попыткой понять процессы, вовлечённые в рассуждение по прецедентам. Есть несколько важных потенциальных применений понимания того, как люди решают свое проблемы естественным образом. Во-первых, мы можем создать систему поддержки принятия решений, которая поможет им извлечь лучшие прецеденты. Психологи обнаружили, что людям комфортно использовать прецеденты, чтобы принимать решение, но они не всегда помнят только полезные ситуации. Компьютер может быть использован в качестве поискового инструмента для расширения памяти людей. Во-вторых, мы можем разработать стратегии обучения и создания учебных пособий, которые будут обучать, основываясь на хороших примерах. Если людям удобно использовать примеры для решения проблем и знания того, как лучше решить проблему, то нашей обязанностью в качестве учителя является научить их правильным вещам. В-третьих, если мы понимаем, какие этапы процесса рассуждения трудно выполнить должным образом, то можем научить людей тому, как лучше рассуждать по прецедентам. Одно из критических замечаний, к примеру, состоит в том, что люди склонны предполагать, что ответ от предыдущего прецедента обязательно правильный, не обосновывая его в новой ситуации. Это говорит нам о том, что мы должны научить людей обосновывать полученные решения и дать понять то, что обоснование и оценка крайне важны для принятия правильного решения. Если мы сможем отделить проблемы, которые люди решают с помощью прецедентов, то сумеем подобным образом научить их решать проблемы более эффективно.

5.2.  Разработка механизма рассуждений по прецедентам

В качестве способа построения интеллектуальных систем метод рассуждений по прецедентам имеет особенную привлекательность, т.к. кажется относительно простым и естественным. Довольно трудно найти экспертов, которые расскажут все, что знают о решении проблем. На самом деле, некоторые люди, разрабатывающие экспертные системы рассуждения по прецедентам, обнаружили, что их гораздо проще разрабатывать, чем традиционные системы (Barletta and Hennessy 1989, Goodman 1989). Значительной проблемой рассуждения в экспертных областях является высокая степень неопределенности и неполноты знаний. Метод рассуждений по прецедентам рассматривает подобные проблемы благодаря знаниям о прошлых ситуациях. Прецедентные системы также обеспечивают высокую эффективность. В то время, как другие системы решения проблем каждый раз тратят огромное количество времени на поиск решения с нуля, прецедентные системы были признаны более быстродействующими (Koton 1988).

Существует несколько различных типов систем рассуждений по прецедентам, которые можно разработать. Это полностью автоматизированные и поисковые системы. Полностью автоматизированные системы решают проблемы самостоятельно и имеют некоторые средства взаимодействия с окружающим миром, чтобы иметь обратную связь. Поисковые системы работают в интерактивном режиме с пользователем для решения проблемы. Она предназначены для совершенствования памяти человека и обеспечивают прецеденты, чтобы учитывать то, что человек не может все знать, но должен принять решение и несет за это ответственность. Кроме того, существует целый ряд промежуточных систем, некоторые из которых требуют больше внимания со стороны человека, некоторые меньше.

Есть также несколько назначений систем рассуждений по прецедентам, одним из которые является обслуживание. В обслуживающей системе предоставляется возможность решать проблемы, предлагать конкретные ответы на проблемные вопросы, наводить на правильный ответ, при этом не говоря его (т.е. давать абстрактные советы) или просто функционировать в качестве базы знаний, которая может извлекать частично совпадающие прецеденты. Подобно тому, как работают системы управления базами данных, системы рассуждений по прецедентам также могут взаимодействовать с человеком или прочей программой. При взаимодействии с человеком программы могут формировать стратегическое планирование какого-либо процесса с использованием прецедентов для получения или оценки решения. Программа «The CSI Battle Planner» (Goodman 1989), к примеру, обеспечивает планирование определённой битвы. Или можно представить обучающую систему, которая имеет доступ к библиотеке примеров, чтобы использовать их в обучении.

Для простейших систем рассуждений по прецедентам требуется библиотека прецедентов, которая охватывает множество проблем, возникающих в определенной области. В эту библиотеку должны быть включены как успешные, так и неудачные прецеденты. Также они должны быть проиндексированы соответствующим образом. Библиотеку прецедентов, наряду с благоприятным и удобным интерфейсом, обеспечивает прирост человеческой памяти. И на вершине этой системы постепенно могут быть созданы автоматизированные процессы.