Tài liệu Xây dựng chuyên gia hỗ trợ chuẩn đoán và điều trị các bệnh lý tim mạch

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG --------------------------------------- HOÀNG TRƯỜNG GIANG XÂY DỰNG CHUYÊN GIA HỖ TRỢ CHẨN ĐOÁN VÀ ĐIỀU TRỊ CÁC BỆNH LÝ TIM MẠCH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) HÀ NỘI – 2019 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG --------------------------------------- HOÀNG TRƯỜNG GIANG XÂY DỰNG CHUYÊN GIA HỖ TRỢ CHẨN ĐOÁN VÀ ĐIỀU TRỊ CÁC BỆNH LÝ TIM MẠCH Chuyên ngành : Hệ thống thông tin Mã số : 8.48.01.04 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Lê Hữu Lập HÀ NỘI – 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Tác giả luận văn Hoàng Trường Giang ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ban Giám đốc, Học viện công nghệ bưu chính viễn thông luôn tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Lê Hữu Lập, những người thầy có nhiều kiến thức, kinh nghiệm đã tận tình giảng dạy và hướng dẫn tôi trong suốt quá trình học tập, thực hiện đề tài cũng như hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám đốc Bệnh viện Bạch Mai, đã cho phép tôi được tiến hành nghiên cứu, cung cấp các thông tin đầy đủ và trung thực cho nghiên cứu này, luôn tạo điều kiện, quan tâm và động viên tôi hoàn thành luận văn này. Hà Nội, ngày 14 tháng 11 năm 2018 Tác giả luận văn Hoàng Trường Giang iii DANH MỤC CHỮ VIÊT TẮT Viết tắt Tiếng anh Bộ y tế BYT CF Tiếng việt Certainty Factor Thừa số chắc chắn Hệ chuyên gia hỗ trợ chẩn đoán bệnh tim mạch. HCGTM HIS Hopital information systerm Hệ thống quản lý bệnh viện LIS Laboratory Information System Hệ thống quản lý xét nghiệm Huyết áp HA HATT Huyết áp tâm thu HATTr Huyết áp tâm trương. Tăng huyết áp THA User profile Hồ sơ đặc trưng người dùng Patient profile Hồ sơ bệnh nhân iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ii DANH MỤC CHỮ VIÊT TẮT .............................................................................. iii DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. vi DANH MỤC BẢNG ................................................................................................vii MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài: ......................................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu: ..........................................................................................2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: ......................................................................2 4. Phương pháp nghiên cứu: ....................................................................................3 5. Nội dung luận văn được trình bày ở 3 chương chính ..........................................3 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ CHUYÊN GIA HỖ TRỢ TRONG Y KHOA ..................................................................................................................... 5 1.1. Giới thiệu chung ............................................................................................5 1.2. Định nghĩa hệ chuyên gia ..............................................................................5 1.3. Cấu trúc hệ chuyên gia. .................................................................................6 1.3.1. Cơ sở tri thức (Knowledge Base) ........................................................................ 6 1.3.2. Mô tơ suy luận. .................................................................................................... 8 1.4. Hoạt động của hệ chuyên gia. ......................................................................10 1.4.1.Nguyên tắc hoạt động. ........................................................................................ 11 1.4.2. Mô tơ suy luận (Máy suy diễn) .......................................................................... 12 1.4.3. Hệ thống giao tiếp với người sử dụng ............................................................... 17 1.5. Đặc tính hệ chuyên gia ................................................................................18 1.6. Một số hệ chuyên gia chẩn đoán bệnh. ...........................................................19 1.6.1. Hệ chuyên gia chẩn đoán về bệnh phổi ............................................................. 19 1.6.2. Ứng dụng logic mờ xây dựng hệ trợ giúp chẩn đoán bệnh thần kinh – Tâm thần ..................................................................................................................................... 19 Kết luận chương 1 ................................................................................................... 19 CHƯƠNG 2 - HỆ CHUYÊN GIA HỖ TRỢ CHẨN ĐOÁN, .............................. 21 ĐIỀU TRỊ BỆNH TIM MẠCH .............................................................................. 21 v 2.1. Dữ liệu y khoa về bệnh tim mạch ...................................................................21 2.1.1. Sơ lược về bệnh tim mạch ................................................................................. 21 2.1.2. Nguyên nhân và triệu chứng .............................................................................. 22 2.1.3. Các bệnh tim mạch thường gặp. ........................................................................ 23 2.2. Xây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ bệnh tim mạch ..............................................34 2.2.1. Tổng quan .......................................................................................................... 34 2.2.2. Cơ sở tri thức về bệnh tim mạch. ....................................................................... 35 2.2.3. Mô tả quá trình chẩn đoán bệnh lý tim mạch. ................................................... 39 2.2.3. Cơ sở tri thức. .................................................................................................... 41 2.2.4. Mô tơ suy luận. .................................................................................................. 42 2.2.5. Module giải thích ............................................................................................... 44 2.2.6. Module quản lý Profile bệnh nhân. .................................................................... 44 Kết luận chương 2 ................................................................................................... 48 CHƯƠNG 3 - THỬ NGHIỆM HỆ CHUYÊN GIA VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ .......................................................................................................................... 50 3.1. Giới thiệu chung .............................................................................................50 3.2.Thử nghiệm chẩn đoán và điều trị ...................................................................50 3.2.1. Quá trình Chẩn đoán .......................................................................................... 50 3.2.2. Đánh giá ý nghĩa profile .................................................................................... 51 3.3. Đánh giá kết quả chẩn đoán ............................................................................54 Kết luận chương 3 ................................................................................................... 55 KẾT LUẬN .............................................................................................................. 56 HƯỚNG PHÁT TRIỂN.......................................................................................... 57 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................... 58 vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc hệ chuyên gia............................................................................................ 6 Hình 1.2 Cấu trúc hệ chuyên gia.......................................................................................... 11 Hình 1.3 Quá trình suy luận của máy suy diễn. ................................................................... 12 Hình 1.4 Giao tiếp giữa người sử dụng và máy. .................................................................. 17 Hình 2.1. Sơ đồ tổng quát hệ chuyên gia về bệnh tim mạch. .............................................. 35 Hình 2.2. Các bước xây dựng tri thức HCGTM .................................................................. 38 Hình 2.3. Sơ đồ quá trình chẩn đoán tổng quát ................................................................... 40 Hình 2.4. Sơ đồ quá trình thu thập thông tin ....................................................................... 40 Hình 2.5. Sơ đồ quá trình chẩn đoán ................................................................................... 41 Hình 2.6. Khởi tạp profile. ................................................................................................... 46 Hình 2.7. Lịch sử điều trị ..................................................................................................... 47 Hình 2.8. Thông tin Profile bệnh nhân đái tháo đường được điều trị .................................. 47 Hình 2. 9. Hồ sơ tóm tắt quá trình điều trị .......................................................................... 48 Hình 2.10. Chi tiết các đợt điều trị....................................................................................... 48 Hình 3.1. Dữ liệu tri thức tháng 1/2017 ............................................................................... 51 Hình 3. 2. Dữ liệu tri thức 07/2018 ...................................................................................... 51 Hình 3.3. Thử nghiệm HCGTM .......................................................................................... 55 vii DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Các ngưỡng huyết áp dùng để chẩn đoán theo cách đo........................................ 27 Bảng 2.2 Các ngưỡng HA áp dụng để chẩn đoán THA theo cách đo. ................................ 28 Bảng 2.3 Tăng huyết áp phòng khám đơn độc (Tăng huyết áp áo choàng trắng) ............... 29 Bảng 2.4 Phân độ tăng huyết áp .......................................................................................... 29 Bảng 2.5. Đánh giá ban đầu về bệnh nhân tăng huyết áp .................................................... 30 Bảng 2.6. Đánh giá nguy cơ, tổn thương cơ quan đích và tình trạng lâm sáng kết hợp ở bệnh nhân tăng huyết áp. ..................................................................................................... 31 Bảng 2.7. Xử trí THA theo phân độ nguy cơ tim mạch ....................................................... 32 Bảng 2.8. Thuốc và liều lượng điều trị huyết áp ................................................................. 33 Bảng 3.1. Bảng kết quả đánh giá chức năng hỏi bệnh ......................................................... 53 Bảng 3.2. Bảng kết quả đánh giá chức năng hỏi bệnh ......................................................... 53 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài: Theo số liệu thống kê của Tổ chức y tế thế giới, hàng năm có khoảng 17,5 triệu người tử vong do các bệnh có liên quan đến tim mạch. Tại Việt Nam, theo dự báo của hội Tim mạch Việt Nam, khoảng 20% dân số nước ta mắc bệnh về tim mạch và tăng huyết áp. Ngoài ra, tính chất của bệnh lý tim mạch là tiến triển âm thầm, ít có triệu chứng đặc trưng trong giai đoạn đầu nên muốn chẩn đoán được bệnh tim mạch sớm cần phải theo dõi bệnh sử của bệnh nhân. Hơn thế nữa, khi biết được bệnh sử thì bác sĩ có thể tiên đoán được hiện trạng của bệnh nhân, từ đó bác sĩ chỉ cần kiểm tra một vài triệu chứng hay dấu hiệu bất thường là có thể chẩn đoán được bệnh. Như vậy tùy vào bệnh sử của mỗi bệnh nhân mà bác sĩ sẽ có cách hỏi bệnh khác nhau. Mặt khác, hiện nay phần lớn các bệnh viện ở nước ta không có khoa tim mạch, chưa có hệ thống đào tạo chuyên sâu ngành tim mạch, thiếu các bác sĩ chuyên khoa tim mạch ngay cả trong các bệnh viện lớn ở Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh . Thống kê cho thấy mỗi năm Bệnh viện Bạch Mai phải khám và điều trị nội trú cho khoảng 270000 người bị mắc bệnh liên quan đến tim mạch và số lượng bệnh nhân hàng năm vẫn tăng từ 7 đến 10%. Do vậy, từ khó khăn thực tế tại đơn vị, học viên xin chọn đề tài luận văn cao học của mình là “ Xây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ chẩn đoán và điều trị các bệnh lý tim mạch”. Khi hệ thống hoàn chỉnh không những là công cụ trợ giúp đắc lực cho các y bác sỹ các bệnh viện nói chung cũng như bệnh viện Bạch Mai nói riêng (đặc biệt là các bác sỹ mới ra trường) trong việc chuẩn đoán và điều trị bệnh tim mạch, đồng thời có thể giúp bệnh nhân tìm hiểu được thực trạng bệnh tình của mình. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu: Trong thập niên của thế kỷ trước, một nhóm các nhà nghiên cứu khoa học tại trường Đại học Tổng hợp Stanford, Hoa Kỳ, làm việc dưới sự chủ trì của giáo sư Ed Feigenbaum, đã xây dựng giả thuyết rằng sự thông minh (intelligence) được căn cứ trên sự lưu trữ những khối lượng lớn về tri thức. Họ đã tìm ra kỹ thuật “biểu diễn tri thức” và tiến hành thực hiện dự án lập trình nghiệm suy (HPP: Heuristic Programming Project). 2 Hệ chuyên gia Mycin ra đời trong khoảng thời gian 1973-1978 là một chương trình tra cứu, cung cấp cho các thầy thuốc những ý kiến chữa trị liên quan đến liệu pháp kháng sinh. Đây là một sản phẩm ứng dụng tiêu biểu của chương trình nghiên nghiên cứu về hệ chuyên gia trong lĩnh vực y khoa trên thế giới. Vào cuối những năm 80, tại Viện Công nghệ Thông tin đã bước đầu xây dựng hệ trợ giúp khám chữa bệnh nội khoa, châm cứu và chẩn trị đông y, đã có tiếp cận ra quyết định trong việc chẩn đoán lâm sàng,… Phần mềm Y khoa 2.0 cung cấp tự điển các thuốc thường dùng, thông tin cần thiết về các bệnh thường gặp, kết quả các xét nghiệm thường quy, tự điển các triệu chứng, hội chứng bệnh,… Trong những thời gian gần đây ở Việt Nam đã có một số hệ chuyên gia tiếp tục được phát triển để hỗ trợ giúp việc chẩn đoán và điều trị các bệnh trong y khoa, tuy nhiên chưa thấy có hệ thống được thương mại hóa. 2. Mục đích nghiên cứu: - Xây dựng hệ hỗ trợ bác sĩ và bệnh nhân chẩn đoán và theo dõi bệnh tim mạch để hạn chế tình trạng chấn đoán thiếu chính xác. Giảm tải thời gian khám chữa bệnh của bác sĩ và hài lòng người bệnh. - Theo dõi diễn biến của bệnh nhân theo từng tháng năm. - Chẩn đoán bệnh thuận tiện hơn vì dựa trên bệnh sử của bệnh nhân. Ví dụ lần chẩn đoán trước bệnh nhân cho biết là đã bị bệnh tăng huyết áp thì lần sau không hỏi bệnh nhân có tăng huyết áp nữa. Đặc biệt, trong trường hợp cấp cứu cần phải có các thông tin của bệnh nhân nhanh, hơn thế nữa bệnh nhân có thể không cung cấp vì bị hôn mê thì hồ sơ bệnh nhân sẽ rất có ý nghĩa. - Từ các thông tin có trong patient profile, hệ thống suy diễn ra hiện trạng của bệnh nhân, từ đó sẽ xác định các thông tin cần hỏi cho lần chẩn đoán hiện tại. - Sử dụng profile của các bệnh nhân từng chẩn đoán trước đây để hỗ trợ quá trình hỏi bệnh cho bệnh nhân hiện tại nhằm hạn chế tình trạng cung cấp thiếu thông tin. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Để đạt được các mục tiêu trên luận văn nghiên cứu các vấn đề sau: 3 - Bệnh lý tim mạch và các bệnh có liên quan, cách chẩn đoán Bệnh lý tim mạch , biểu hiện của bệnh và Bệnh tim mạch, nguyên nhân dẫn đến Bệnh tim mạch . - Tìm hiểu các vấn đề liên quan đến user profile trong các hệ thống thích nghi cá nhân để từ đó xây dựng profile cho bệnh nhân: + Cấu trúc profile + Khởi tạo profile + Cập nhật profile - Tìm hiểu hệ chuyên gia và các kỹ thuật sử dụng trong các hệ chuyên gia, đặc biệt là các hệ chuyên gia chẩn đoán bệnh: + Phương pháp biểu diễn tri thức. + Phương pháp biểu diễn thông tin. + Phương pháp suy diễn ra kết luận dựa vào tập tri thức đã có. Hiện thực những mục tiêu được đặt ra cho đề tài, luận văn tập trung nghiên cứu trong phạm vi sau: Xây dựng một số lượng vừa đủ các tập được rút trích từ các kiến thức y khoa căn bản. Hệ thống đáp ứng bước đầu khả năng chẩn đoán và chữa trị ở mức độ cơ bản nhất 4. Phương pháp nghiên cứu: - Tìm hiểu cơ sở lý thuyết hệ chuyên gia hỗ trợ chẩn đoán bệnh y khoa. - Phát triển thử nghiệm hệ chuyên gia hỗ trợ chẩn đoán và điều trị bệnh tiểu đường dựa trên một tập dữ liệu hiện có sẵn 5. Nội dung luận văn được trình bày ở 3 chương chính Chương 1: Cơ sở lý thuyết về hệ chuyên gia hỗ trợ trong y khoa. Chương 2: Hệ chuyên gia hỗ trợ chẩn đoán và điều trị bệnh lý tim mạch. Chương này trình bày về dữ liệu y khoa của bệnh bệnh tim mạch và xây dựng thử nghiệm hệ chuyên gia hỗ trợ chẩn đoán bệnh tim mạch. Chương 3: Thử nghiệm hệ chuyên gia và đánh giá kết quả. Mặc dù có nhiều cố gắng nhưng thời gian và năng lực còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những khiếm khuyết. Kính mong thầy cô và đồng nghiệp 4 thông cảm, cho ý kiến đóng góp. Trân trọng cảm ơn ! Tác giả Hoàng Trường Giang 5 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ CHUYÊN GIA HỖ TRỢ TRONG Y KHOA 1.1. Giới thiệu chung Hệ chuyên gia là một lĩnh vực của trí tuệ nhân tạo ra đời từ giữa thập niên 60. Ngay từ khi ra đời, hệ chuyên gia đã được sự quan tâm và phát triển mạnh mẽ, trở thành lĩnh vực đầu tiên của trí tuệ nhân tạo có ứng dụng thương mại. DENDRAL (1965) dùng để xác định cấu trúc phân tử trong chương trình vũ trụ của Mỹ, được xem là hệ chuyên gia đầu tiên và trở thành nền tảng để xây dựng các hệ chuyên gia sau đó. Ngày nay hệ chuyên gia đã được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như y khoa, kinh tế, nông nghiệp… Trong đó y khoa là một trong những lĩnh vực đươc áp dụng từ những năm đầu phát triển, đặc biệt vào những năm 80 của thế kỷ trước. Khảo sát của Waterman (1986) cho thấy số lượng hệ chuyên gia dùng trong y khoa chiếm hơn 30% trong tổng số các hệ chuyên gia được tạo ra. Một số ví dụ về hệ chuyên gia dùng trong y khoa là: MYCIN (1973) một hệ chuyên gia nổi tiếng để chẩn đoán nhiễm trùng máu [7], PUFF (1982) dùng để phân tích kết quả xét nghiệm chức năng phổi , PSG-Expert (2000) chẩn đoán bệnh mất ngũ , BI-RADS(2007) chẩn đoán ung thư vú , Naser xây dựng một hệ chuyên gia chẩn đoán bệnh về da (2008) 1.2. Định nghĩa hệ chuyên gia Có nhiều định nghĩa về hệ chuyên gia (HCG) và định nghĩa đầu tiên được Edward Feigenbaum phát biểu như sau (1977): “HCG là một chương trình máy tính thông minh sử dụng tri thức (knowledge) và các thủ tục suy luận (inference procedures) để giải quyết các vấn đề khó cần đến kiến thức chuyên môn của các chuyên gia về lĩnh vực đó.” Theo Jackson phát biểu vào năm 1990 thì: “Một HCG là một chương trình máy tính thể hiện và suy luận với tri thức của các chuyên gia để giải quyết vấn đề hay đưa ra lời khuyên.” Turban cho rằng: Một HCG là một chương trình máy tính áp dụng các phương pháp hay tri thức trong một lĩnh vực cụ thể để đưa ra lời khuyên như một người chuyên gia. (1995) 6 Tóm lại, HCG có thể được định nghĩa như sau: HCG là một chương trình máy tính mô hình hoá khả năng giải quyết của chuyên gia. 1.3. Cấu trúc hệ chuyên gia. Hình 1.1 Cấu trúc hệ chuyên gia Tri thức là sự hiểu biết về lĩnh vực cần biểu diễn nghiên cứu hay tri thức là những kiến thức mà một người có thể biết và hiểu được. Để giải quyết một vấn đề thì con người cần phải có tri thức về vấn đề đó nên tri thức rất quan trọng và được xem là sức mạnh của một người. HCG mô hình hóa khả năng giải quyết vấn đề của con người nên phải có được tri thức về lĩnh vực đang xét như một người chuyên gia. Do đó tri thức cũng là thành phần quan trọng nhất trong một HCG. Dù là một người hay một chương trình thì tri thức cũng quyết định nên giá trị của người đó hay của chương trình đó. Các chuyên gia có được tri thức nhờ vào quá trình học hỏi, trau dồi kinh nghiệm. 1.3.1. Cơ sở tri thức (Knowledge Base) Cơ sở tri thức trong hệ chuyên gia là tri thức về một lĩnh vực cụ thể nào đó . Là tập hợp các cơ sở lập luận, các qui trình thủ tục được tổ chức thành các lược đồ nhằm cung cấp để giải vấn đề thuộc lính vực đó. Cơ sở tri thức bao gồm tri thức tổng quát (General Knowledge) cũng như thông tin của một tình huống cụ thể (case specific). Cơ sở tri thức thường được biểu diễn dưới dạng luật IF-THEN. Tri thức trong các HCG được thu thập từ sách, tri thức thuộc về kinh nghiệm, phán đoán của các chuyên gia hay được rút ra thông qua quá trình học. Các tri thức này được lưu vào một bộ phận của HCG thông qua một số kỹ thuật thể hiện tri thức. Như vậy cơ sở tri thức của một HCG chứa tri thức chuyên sâu về lĩnh vực mà HCG này đang thực hiện 7 Biểu diễn tri thức là phương pháp sử dụng thuật toán và mã hoá tri thức về đối tượng cần nghiên cứu vào cơ sở tri thức của hệ thống. Có nhiều phương pháp dùng để biểu diễn tri thức như: Luật dẫn, mạng ngữ nghĩa, khung (frame), logic mệnh đề, bộ ba đối tượng – thuộc tính – giá trị (O-A-V),…. Mỗi phương pháp chỉ nhấn mạnh vào một khía cạnh nào đó của vấn đề nên mỗi phương pháp đều có ưu điểm và nhược điểm đối với một loại tri thức cụ thể. Phương pháp thể hiện tri thức bằng luật dẫn là phổ biến nhất thường được áp dụng trong các HCG vì phương pháp này có các ưu điểm sau: - Biểu diễn tri thức một cách tự nhiên, dễ hiểu - Cơ sở tri thức có thể tách rời với phần suy diễn - Tri thức là các luật có tính độc lập cao nên dễ dàng cập nhật và bổ sung tri thức - Dễ dàng thể hiện và suy luận với tri thức không chắc chắn - Có thể thêm tri thức heuristic - Dễ dàng giải thích kết quả đạt được Bên cạnh các ưu điểm nêu trên thì phương pháp này cũng có khuyết điểm như: khó bảo trì tri thức đối với các hệ thống lớn có quá nhiều luật Luật là một cấu trúc tri thức dùng để liên kết thông tin đã biết với các thông tin khác, các thông tin có thể được suy luận để người ta hiểu biết thêm. Các chuyên gia thường phát biểu tri thức dưới dạng “Nếu…thì…” nên luật là tri thức thường được sử dụng nhất để biểu diễn tri thức trong các HCG. Cấu trúc của một luật gồm một hay nhiều giả thiết trong phần IF với một hay nhiều kết luận trong phần THEN. Cấu trúc một luật có dạng: IF….. THEN….. Hay IF….. THEN…..ELSE…. Phần giả thiết của một luật có thể gồm nhiều giả thiết nhỏ kết hợp với nhau thông qua phép logic AND hay OR hay cả hai. Ví dụ: IF họng của bệnh nhân bị đau AND họng của bệnh nhân bị đỏ AND bệnh nhân bị ho THEN bệnh nhân bị viêm họng. 8 Cấu trúc thứ hai ít được sử dụng hơn vì các lý do: khó kiểm tra, luôn đưa ra kết luận nên có thể cho ra kết quả không như mong đợi. Hơn thế nữa, cấu trúc luật có phần ELSE có thể dễ dàng tách làm 2 luật không có ELSE. Đối với các hệ thống dựa trên luật, các tri thức về lĩnh vực được thu thập và thể hiện duới dạng các luật. Các luật này được lưu trong cơ sở tri thức của hệ thống. Hệ thống dùng các luật này cùng với các thông tin có được trong bộ nhớ để giải bài toán. Một luật có phần IF khớp (match) với thông tin có trong bộ nhớ sẽ được kích hoạt (fire) và các thủ tục trong phần THEN được thực hiện hay thông tin mới được sinh ra được bổ sung vào bộ nhớ. Thông tin mới này có thể làm cho các luật khác được kích hoạt. Các loại tri thức trong thực tế : Tri thức thủ tục : Diễn tả cách giải quyết vấn đề. Loại tri thức thủ tục phương hướng thực hiện các hoạt động. Các luật, các chiến lược, các lịch và các thủ tục là các dạng đặc trưng của tri thức thủ tục Tri thức mô tả : Cho biết vấn đề giải quyết như thế nào .Tri thức mô tả bao gồm các khẳng định đơn giản ,nhận giá trị chân lí đúng hai sai . Tri thức Meta : Là tri thức của tri thức. Tri thức Meta dùng mô tả rõ hơn cho tri thức đã có. Các chuyên gia dùng tri thức Meta để tăng hiệu quả các giải quyết vấn đề bằng cách hướng lập luận về miền tri thức có khả năng hơn cả . Tri thức may rủi : Diễn tả luật may rủi hay cung cách may rủi để dẫn dắt quá trình lập luận. Tri thức may rủi không đảm bảo tính khoa học, tính chính xác . Tri thức may rủi xuất phát từ kinh nghiệm, từ tri thức giải quyết các vấn đề trong quá khứ . Tri thức cấu trúc : Diễn tả các cấu trúc của tri thức. Tri thức cấu trúc trong hệ chuyên gia là thể hiện cách tổ chức tri thức, mô hình về các tri thức . 1.3.2. Mô tơ suy luận. Mô tơ suy luận làm việc dựa trên các sự kiện trong bộ nhớ làm việc và tri thức về lĩnh vực trong cơ sở tri thức để rút ra thông tin mới. Một cách cụ thể hơn, mô tơ suy diễn áp dụng tri thức cho việc giải quyết các bài toán thực tế. Về căn bản nó là 9 trình thông dịch cho cơ sở tri thức . Con người giải quyết bài toán bằng cách kết hợp các sự kiện của bài toán với tri thức để rút ra kết luận. Quá trình này được gọi là lập luận. Lập luận có thể được phát biểu lại như sau: Lập luận là quá trình làm việc với tri thức, sự kiện và các chiến lược giải bài toán để rút ra kết luận [1]. Có nhiều kỹ thuật lập luận: Lập luận theo cách suy diễn, lập luận quy nạp, lập luận phỏng đoán, lập luận tương tự…Trong các kỹ thuật lập luận đó thì kỹ thuật lập luận suy diễn là kỹ thuật được dùng phổ biến nhất. Hệ chuyên gia sử dụng kỹ thuật này để mô hình hóa quá trình lập luận của con người gọi là suy luận. Suy luận là quá trình rút ra thông tin mới từ thông tin đã có. Mô tơ suy luận là bộ phận xử lý của hệ chuyên gia. Bộ phận này sử dụng các thông tin thu thập từ người dùng kết hợp với cơ sở tri thức đã có để rút ra kết luận về vấn đề [1]. Hai loại suy luận thường được áp dụng trong hệ chuyên gia là suy luận tiến và suy luận lùi: - Suy luận tiến (Forward chaining): Là quá trình bắt đầu bằng tập sự kiện đã biết, rút ra các sự kiện mới nhờ vào các luật có phần giả thiết khớp với cá sự kiện đã biết. Quá trình cứ tiếp tục cho đến khi thấy trạng thái đích hay không còn luật nào có giả thiết khớp với các sự kiện đã biết [1]. Suy luận lùi (Backward chaining ): Suy luận lùi dùng để chứng minh một giả thiết là đúng hay sai bằng cách thu thập thông tin trong quá trình suy luận [1] Quá trình suy luận lùi như sau: Đầu tiên bộ nhớ làm việc được kiểm tra để xem đích cần chứng minh đã có hay chưa. Nếu chưa có thì mô tơ suy luận tìm xem luật nào có phần THEN chứa đích Mô tơ suy luận xem phần giả thiết của luật này có trong bộ nhớ làm việc không. Các giả thiết không có trong bộ nhớ làm việc gọi là các đích mới hay đích con cần được chứng minh. Các đích con được cung cấp hay được chứng minh nhờ vào các luật khác Quá trình cứ tiếp tục cho đến khi thấy một giả thiết không được luật nào cung cấp thì hệ thống sẽ yêu cầu người sử dụng cung cấp thông tin. Hệ thống dùng các thông tin này để giải đích con và đích ban đầu. 10 Các chuyên gia thường đánh giá suy xét khi giải vấn đề. Thông tin về vấn đề có thể không đầy đủ và không chính xác. Các chuyên gia cần phải thích nghi với trình trạng này và tiếp tục suy luận. Lý thuyết xác suất có thể áp dụng trong trường hợp này. Dù kỹ thuật này chặt chẽ về mặt toán học nhưng đòi hỏi phải có cơ sở thống kê mà ít bài toán đáp ứng được nên kỹ thuật này được sử dụng rất hạn chế trong các hệ chuyên gia. Để khắc phục tình trạng này, một kỹ thuật khác thường được sử dụng là thêm một thừa số chắc chắn CF để thể hiện thông tin không chắc chắn [1] [7]. Ngoài ra, các chuyên gia còn sử dụng lẽ thông thường để giải vấn đề khi họ gặp các bài toán với thuật ngữ mơ hồ. Ví dụ “ Nhiệt độ cơ thể bệnh nhân cao trên 37◦C thì bật quạt nhanh”. Để xử xý dạng thông tin không rõ ràng như trong trường hợp này thì lý thuyết logic mờ được áp dụng [1]. 1.4. Hoạt động của hệ chuyên gia. Một HCG có hai thành phần chính: Thành phần thứ nhất chứa tri thức để giải quyết vấn đề được gọi là cơ sở tri thức và thành phần thứ hai sử dụng tri thức đó để suy luận ra kết quả được gọi là môtơ suy luận. Ngoài hai thành phần chính trên thì trong một HCG có thể có thêm các thành phần phụ khác như: Tiện ích giải thích dùng để giải thích kết quả suy luận, giao diện để tương tác với người sử dụng, bộ nhớ làm việc dùng để chứa thông tin do người sử dụng cung cấp hay thông tin mới được hệ thống suy luận ra. Đặc biệt trong các HCG dựa trên luật còn có thêm một thành phần có tên gọi là agenda chứa các luật được sắp xếp theo độ ưu tiên mà có phần giả thiết khớp (match) với thông tin có trong bộ nhớ làm việc. Cơ sở tri thức chứa các tri thức để từ đó, máy suy diễn tạo ra câu trả lời cho người sử dụng thông qua hệ thống giao tiếp. 11 1.4.1. Nguyên tắc hoạt động. Hình 1.2 Cấu trúc hệ chuyên gia - Cơ sở tri thức (Knowledge base): Gồm các phần tử (hay đơn vị) tri thức thông thường được gọi là luật (Rule), được tổ chức như một cơ sở dữ liệu. - Máy suy diễn (Inference Egine): Công cụ (chương trình, hay bộ xử lý) - Tạo ra sự suy luận bằng cách sẽ quyết định xem những luật nào sẽ làm thỏa mãn các sự kiện, các đối tượng, chọn ưu tiên các luật có tính ưu tiên cao nhất. - Lịch công việc (agenda): Danh sách các luật ưu tiên do máy suy diễn tạo ra thỏa mãn các sự kiện, các đối tượng có mặt trong bộ nhớ làm việc. - Bộ nhớ làm việc (working memory): Cơ sở dữ liệu toàn cục chứa các sự kiện phục vụ cho các luật. - Khả năng giải thích (explaination facility): Giải nghĩa cách lập luận của hệ thống cho người sử dụng. - Khả năng thu nhận tri thức (explaination facility): Cho phép người sử dụng bổ sung các tri thức vào hệ thống một cách tự động thay vì tiếp nhận tri thức vào hệ thống một cách tự động thay vì tiếp nhận tri thức vào hệ thống bằng cách mã hóa tri thức một cách tường minh. Khả năng thu nhận tri thức là yếu tố mặc nhiên của nhiều hệ chuyên gia.