SISTEM BERBASIS PENGETAHUAN (Minggu 3)

1

SISTEM BERBASIS PENGETAHUAN (Minggu 3)

S1 Sistem Informasi

REPRESENTASI PENGETAHUAN

2

Pendahuluan

Representasi pengetahuan adalah suatu teknik untuk merepresentasikan basis pengetahuan yang diperoleh ke dalam suatu skema/diagram tertentu sehingga dapat diketahui relasi/keterhubungan antara suatu data dengan data yang lain.

Teknik ini membantu knowledge engineer dalam memahami struktur pengetahuan yang akan dibuat sistem pakarnya.

3

Pendahuluan

Pengetahuan yang diakuisisi direpresentasikan dengan suatu representasi formal.

Hal ini dilakukan agar pengetahuan bisa dimanipulasi dengan komputer sesuai dengan kebutuhan domain permasalahan.

Representasi pengetahuan yang bisa dipakai untuk SBP dan SP adalah rule system dan frames/object system.

4

Pendahuluan

Terdapat beberapa teknik representasi pengetahuan yang biasa digunakan dalam pengembangan suatu sistem pakar, yaitu1. Rule-Based Knowledge

Pengetahuan direpresentasikan dalam suatu bentuk fakta (facts) dan aturan (rules). Bentuk representasi ini terdiri atas premise dan kesimpulan.

2. Frame-Based Knowledge

Pengetahuan direpresentasikan dalam suatu bentuk hirarki atau jaringan frame.

5

Pendahuluan

3. Object-Based Knowledge

Pengetahuan direpresentasikan sebagai jaringan dari obyek-obyek. Obyek adalah elemen data yang terdiri dari data dan metoda (proses).

4. Case-Base Reasoning

Pengetahuan direpresentasikan dalam bentuk kesimpulan kasus (cases).

6

Representasi Pengetahuan

• Logical: logika proposisi, kalkulus predikat

• Prosedural: sekumpulan instruksi if..then

• Jaringan: jaringan semantik, graf konseptual, ontologi

• Terstruktur: perluasan jaringan, dimana node berupa struktur data yang kompleks, bisa berisi nilai, pointer, prosedur/fungsi (frame, script)

Representasi Pengetahuan

• Logical: logika proposisi, kalkulus predikat

• Prosedural: sekumpulan instruksi if..then

• Jaringan: jaringan semantik, graf konseptual, ontologi

• Terstruktur: perluasan jaringan, dimana node berupa struktur data yang kompleks, bisa berisi nilai, pointer, prosedur/fungsi (frame, script)

I. Representasi Prosedural

Pengetahuan dikodekan dalam kumpulan instruksi (bisa dalam fungsi dan prosedur)

Contoh 1 function Person(X) return boolean is if (X = ``Socrates'') or (X = ``Hillary'') then return true else return false;

function Mortal(X) return boolean is return person(X);

Contoh 2 Rule 1: If headlights do not come on then test the battery. Rule 2: If the battery is faulty then replace the battery.

• Merepresentasikan pengetahuan sebagai struktur simpul (node) dan busur (link)

• Simpul merepresentasikan objek dan deskripsi tentang objek

• Busur merepresentasikan relasi antar objek

• Objek dapat berupa konsep, kejadian, aksi

• Atribut dari objek dapat juga berupa simpul

II. Jaringan Semantik

Jaringan Semantik

birdcan fly, has wings

salmonlays eggs; swims upstream,

is pink

ostrichruns fast, cannot fly,

is tall

canarycan sing, is yellow

fishhas fins

animal

has skin

is-a

is-a

is-a

is-a

is-a

Konsep:

Gambar 1. Contoh Jaringan Semantik

Jaringan Semantik

has-wings

can-sings

can-fly

canary

bird fish

is-yellow

has-skin

has-fins

animal

prop

prop

prop

propprop

prop

is-ais-a

is-a

Jaringan Semantik untuk gambar 1, tanpa ostrich dan salmon

Link pada Jaringan Semantik

Link utama pada jaringan semantik:– Is-a: merepresentasikan hubungan inklusi sebuah

objek pada objek lain

– Has-part: sebuah objek digambarkan dengan objek lain

– Instance: antara tipe dan token

Domain specific relation– Has-color, lays, triggers, dll

Contoh (1)

Game

Spurs Fixture 5

Is_a

3 - 1

Score

Norwich

Home_team

Away_team

score (Norwich, Spurs, 3 – 1)

Contoh (2)

“John gave Mary the book”

Mary

John

Book

Book_69

Gave

Event 1 Agent Object

Action Instance

Patient

Perbaikan Jaringan Semantik :Partitioned Networks

Partitioned semantic network untuk merepresentasikan perbedaan deskripsi objek tunggal terhadap himpunan objek

Deskripsi untuk objek menggunakan quantifier

Ide: mengelompokkan simpul dan busur ke dalam unit yang disebut space

Setiap node dan busur berada pada satu atau lebih space

The dog (Danny) bit the postman (Peter)

Danny

bite

B

postman

Peter

is_a is_a is_a

agent patient

S1

Perbaikan Jaringan Semantik :Partitioned Networks

dog

Every dog has bitten a postman

gs (General Statement)

dog

D

bite

B

postman

P

is_a is_a is_aagent patient

S1

Gform

SA

Perbaikan Jaringan Semantik :Partitioned Networks

Every dog has bitten every postman

gs (General Statement)

dog

D

bite

B

postman

P

is_a is_a is_aagent patient

S1

Gform

SA

Perbaikan Jaringan Semantik :Partitioned Networks

Every dog in town has bitten the postman‘ako’ = ‘A Kind Of’

gs (General Statement) Town Dogs

D

bite

B

postman

P

is_a is_a is_aagent patient

S1

Gform

SADogs

ako

Perbaikan Jaringan Semantik :Partitioned Networks

Problem!Tidak ada semantik yang jelas untuk jaringan semantik

animalcan breathe, can eat,

has skin

birdcan fly, has wings,

has feathers

salmonlays eggs; swims upstream,

is pink, is edible

ostrichruns fast, cannot fly,

is tall

canarycan sing, is yellow

fishcan swim, has fins, has gills

EAT

is-a

is-a

EAT

is-a

Jaringan di atas identik dengan contoh sebelumnya, dengan interpretasi berbeda solusi: ontologi

III. Frame

Frame (Minsky, 1975) dipandang sebagai struktur data static yang digunakan untuk merepresentasikan situasi-situasi yang telah dipahami dan stereotype.

Frame digunakan untuk merepresentasikan pengetahuan stereotype atau pengetahuan yang didasarkan kepada karakteristik yang sudah dikenal yang merupakan pengalaman masa lalu.

22

Frame Ide sistem frame /object adalah merepresentasikan

pengetahuan sebagai kelas-kelas objek yang memiliki field-field tertentu.

Kaitan antar kelas didefinisikan dengan turunan. Dalam penggunaannya, dilakukan instansiasi objek

dengan karakteristik dan kelakuan seperti yang sudah didefinisikan pada kelasnya. Jika dibutuhkan, selain properti yang nilainya sama untuk semua objek sejenis, dimungkinkan property yang nilainya tidak sama.

23

Frame Sebuah frame terdiri dari sekumpulan slot. Setiap

slot dapat berisi sebuah fakta, sebuah pointer ke sebuah slot pada frame lain, sebuah rule untuk mengetahui sebuah nilai pada sebuah slot, atau sebuah prosedur untuk menghitung nilai

24

Value #1

Value #2

Value #3

Value #4

Slot # 1

Slot # 2

Slot # 3

Slot # 4

Frame Name

Frame

Setiap frame individual dapat dipandang sebagai struktur data yang mirip record, berisi informasi yang relevan dengan entitas-entitas stereotype . Slot-slot dalam frame dapat berisi:- Informasi identifikasi frame- Hubungan frame dengan frame lain- Penggambaran persyaratan yang dibutuhkan frame- Informasi prosedural untuk menggunakan struktur

yang digambarkan- Informasi default frame- Informasi terbaru

25

Contoh (1)

Frame PohonSpesialisasi dari : Tumbuhan

Jumlah batang : integer (default 1)

Jenis kulit : halus

Model daun : jenis pohon jarum, berganti daun

Bentuk daun : sederhana, berlekuk, campuran

Frame Pohon PerduSpesialisasi dari : Pohon

Jumlah batang : 3

Jenis kulit : halus

Model daun : berganti daun

Bentuk daun : sederhana, berlekuk26

Contoh (2)

Penguin

Opusmember

likes

subset

flight

Bill

Birds

Legs

flight

Animalsubset

vitality

subset

NoYes

2

flight No

Yes

Representasi Instansiasi

Contoh (3)

Pocketing the fifty pounds made Chris happy

Action Frame

Primitive

Agent

Object

Destination

Result

Move_Object

Chris

£50 Note

Pocket

State-Change Frame

Object

Destination

Chris’s_Mood

Happy

Contoh (4)

Action Frame

Primitive

Agent

Object

Destination

Move_Concept

Chris

AI

Students

Action Frame

Primitive

Agent

Result

Speak

HOD

The Head of Department asked Chris to deliver the AI lectures

Sebuah Aksi mengakibatkan Aksi Lain

Frame

Turunan digunakan untuk menghemat penyimpanan data karena turunan mewarisi beberapa sifat dari induknya.

Selain itu, turunan memudahkan untuk melihat kaitan antar objek

30

Frame

Kelebihan sistem objek adalah mudah untuk merancang dan memahaminya karena sederhana. Selain itu sistem ini dapat merepresentasikan turunan dengan moduler.

Kekurangannya adalah tidak bisa merepresentasikan negasi, disjungsi, kuantifikasi. Masalah ini bisa ditangani dengan mengembangkan notasi sistem objek, misalnya dengan menggabungkannya dengan sistem rule dan/atau menambahkan procedural attachment.

31

IV. Script

Script (Schank & Abelson, Yale Univ) merupakan representasi terstruktur yang menggambarkan urutan stereotip dari kejadian-kejadian dalam sebuah konteks khusus.

Script mirip dengan frame , perbedaannya:

Frame menggambarkan objek,sedangkan Script menggambarkan urutan peristiwa.

Dalam menggambarkan urutan peristiwa, scipt menggunakan serangkaian slot yang berisi informasi tentang orang, objek dan tindakan-tindakan yang terjadi dalam suatu peristiwa.

32

Script

Elemen script yang tipikal: Kondisi masukan : menggambarkan situasi yang harus

dipenuhi sebelum terjadi suatu peristiwa yang ada dalam script

Prop: Mengacu kepada objek yang digunakan dalam urutan peristiwa yang terjadi

Role : mengacu kepada orang-orang yang terlibat dalam script

Hasil: kondisi yang ada sesudah peristiwa peristiwa dalam scipt berlangsung

Track : mengacu kepada variasi yang mungkin terjadi dalam script tertentu

scene: menggambarkan urutan peristiwa aktual yang terjadi33

Script

34

35

Script

Keistimewaan Script

Script menyediakan beberapa cara yang sangat alami untuk merepresentasikan “suatu informasi” yang lazim dengan masalah yang bersumber dari sistem AI dari awal

Script menyediakan struktur hirarki untuk merepresentasikan informasi melalui inklusi subscript terhadap script

36

ProblemJaringan semantik dan frame tidak mendukung:

negasi

disjungsi

kuantifikasi

Solusi: Graf konseptual

V. Graf Konseptual

 • Graf konseptual terdiri dari simpul konsep dan simpul relasi

• Simpul konsep merepresentasikan entitas, atribut, status, dan kejadian

 • Simpul relasi menunjukkan bagaimana konsep-konsep berinterkoneksi

• Konsep c1……cn terhubung dengan relasi konseptual untuk membentuk graf konseptual U

• N-adic: relasi konseptual yang memiliki n busur

Contoh

Mary gave John the boring book authored by Tom & Jerry① ② ③

Konseptual graf untuk frasa ①:

Person: Mary agent give

Person: John recipient

Graf konseptual untuk frasa ②:

book boring

Graf konseptual untuk frasa ③:

person: Tom

book author

person: Jerry

Contoh

Penamaan Simpul

Cat: Tom Colour brown

Cat: #999 Colour black

Name Sylvester

Cat: #999 Name Sugar Pie

Name Squidgy Bod

Cat: * Colour brown

Generalisasi-Spesialisasi

Generalisasi/spesialisasi terhadap graf yang telah terdefinisi dilakukan melalui 4 operasi:

copy, restrict, join, dan simplify

Girl Manner FastAgent Eat

Person: Sue Object PieAgent Eat

g1:

g2:

Generalisasi-Spesialisasi

Restriction terhadap g2:

Girl: Sue Object PieAgent Eat

g3:

Join g1 dan g3:

g4:

Girl:Sue Manner FastAgent Eat

Object PieAgent

Generalisasi-Spesialisasi

Simplify terhadap g4:

g5:

Girl: Sue Manner FastAgent Eat

Object Pie

Relasi dengan Proposisicontoh:

Tom believes that Jane likes pizza

person: Tom experiencer believe

object

person: Jane agent likes

objectpizzaproposisi

Negasi dan Universal Quantifiercontoh:

All dogs are non-pinkx y (dog(x) color(x,y) pink(y))

There are no pink dogs(x y (dog(x) color(x,y) pink(y)))

dog color pink

Proposisi

neg

Logika dan Himpunan

47

Diagram Venn

48

Diagram Venn

49

Operasi-Operasi Dasar

50

Operasi-Operasi Dasar

51

Operasi-Operasi Dasar

52

Logika Proposisi

53

Logika Proposisi

54

Logika Proposisi

55

56

Logika Proposisi

Logika Predikat

57

Logika Predikat

58

Logika Predikat

59

60

Logika Predikat

Universal Quantifier

61

Universal Quantifier

62

Universal Quantifier

63

Existensial Quantifier

64

Existensial Quantifier

65

Quantifier dan Sets

66

Quantifier dan Sets

67

68

TERIMA KASIH

69

Sistem Berbasis Pengetahuan

 • Logika dan jaringan bersifat statik

• Rule-based systems adalah prosedural

 • Rule-based system:- Kumpulan aturan produksi (IF..THEN)

- Tetapi tidak sama dengan bahasa pemrograman

- Pada bhs pemrograman: rules adalah sekumpulan instruksi yang dieksekusi secara berurutan

- Pada rule based systems: setiap rule merupakan potongan pengetahuan yang bersifat independen

- Biasanya digunakan pada sistem pakar

Arsitektur Sistem Pakar

Userinterface

Explanationsystem

Knowledgebase editor

Inferenceengine

Case-specific data

Knowledgebase

User

ex: NL interfaceMenerangkan bagaimana

penalaran dilakukan Forward/backwardchaining

Working memory

Aturan produksi

Shell sistem pakar

Contoh: Diagnosis Masalah MobilRule 1: if the engine is getting gas, and the engine turns over then the problem is spark plugs

Rule 4: if there is gas in the fuel tank and, there is gas in the carburator then the problem is getting gas

Rule 3: if the engine does not turn over, and the lights do come on then the problem is starter motor

Rule 2: if the engine does not turn over, and the lights do not come on then the problem is battery or cables

Backward Chaining (1)

the problem x

Rule 1

Rule 2

Rule 3

Rule 4

Production rules

Working memory

the engine isgetting gas

the engine willturn over

the problem isspark plugs

Rule 1

Rule 2

Rule 3

Rule 4

Production rules

Working memory

• Masukkan goal ke working memory

• Pilih rule yang konklusinya cocok dengan goal

• Contoh: fire rule 1 - X = spark plug

- Tambahkan semua premisnya ke

working memory sebagai subgoals

baru

• Temukan rule yang konklusinya cocok dengan goal (The engine is getting gas)

Rule 4

• Fire Rule 4

Backward Chaining (2)

gas in fuel tank

gas in carburator

the engine isgetting gas

the engine will turnover

the problem isspark plugs

Rule 1

Rule 2

Rule 3

Rule 4

Production rules

Working memory

• Contoh: fire rule 4

- Tambahkan semua premisnya ke

working memory sbg subgoals

baru• Working memory berisi 3 goal yang

semuanya tidak cocok dengan semua konklusi pada rule di BP

- there is gas in fuel tank

- there is gas in carburator

- the engine turns over• Tanyakan ke user tentang informasi

yang didapat• Jika jawaban ya, maka problemnya

“spark plug”. Jika tidak, temukan solusi lain

Forward Chaining (1)

• Inisial: working memory kosong

• Pilih rule dengan premis yang memerlukan informasi dari user

• Coba rule 1

Rule 1 gagal pada premis

the engine is getting gas

• Coba rule 2 - the engine does not turn over tanyakan ke user - Misalkan user menjawab tidak - Tambahkan fakta: the engine turns over

Rule 1

Rule 2

Rule 3

Rule 4

Production rules

Working memory

the engineturns over

Rule 1

Rule 2

Rule 3

Rule 4

Production rules

Working memory

Forward Chaining (2)

• Coba rule 3

- premis false

rule 3 gagal

Coba rule 4 - Misalkan user menjawab true untuk kedua premis - Masukkan kedua premis ke memory

• Coba rule 1 lagi - Semua premisnya true - Tambahkan konklusi ke memory - Fakta terbaru adalah goal

the engine isgetting gas

there is gas incarburator

there is gas infuel tank

the engineturns over

Rule 1

Rule 2

Rule 3

Rule 4

Production rules

Working memory