Le raisonnement à partir de cas (RàPC) ou case

Plan
Le raisonnement à partir de cas
(RàPC) ou case-based reasonning:
(CBR)
Support de cours
M2 Robotique (EFREI)
N. Abchiche
[email protected]
1. Sources et principes de base du
RàPC.
2. Phases du cycle RàPC (élaboration,
Remémoration, Adaptation, Révision,
Mémorisation).
3. Exemples d’applications et d’utilisation
4. Problèmes liés à la conception de
RàPC
janvier 2011
1.Sources et principes de base du RàPC.
• Les Frames, cadres ou schémas
(Minsky 74 et charniak 77-78)
• Les scripts (Shank 75 & Abelson 75):
encadrements d’évènements
• Les objets
1.Sources et principes de base du RàPC
Granularité importante : connaissances structurées relatives à un objet,
concept ou situation
Le mode de raisonnement privilégié utilisant les frames est la
classification, qui consiste à faire correspondre les individus avec des
stéréotypes.
Exemple 1 : les frame de Minsky
<frame vin :
sorte de : boisson
appellation :
(domaine : AOC/vin de pays)
(defaut: vin de pays)
(si besoin : demander appellation)
nature : (domaine : sec/demi-sec/doux/liquoreux/corsé)
degré alcool :
(intervalle : 9 à 15)
(défaut : 12)
producteur :
(si besoin : trouver nom sur étiquette)
robe : ... >
1.Sources et principes de base du RàPC
Les Frames
Pourquoi utiliser les Frames ?
Exemple 2 : Une personne a acheté une maison pourrait se traduire par le
triplet : (bought person house) ou bien par un réseau sémantique
house
Person
instance
Person-1
instance
(instance person person-1)
(instance house house-1)
(bought person-1 house-1)
house-1
bought
Inconvénient : l’unité de la connaissance n’est pas suffisamment en valeur
On définit le Frame
(transaction
(actor person?)
(object house?))
(transaction-13 = (transaction
(actor person-1)
(object house-1))
L’événement d'une transaction peut être représentée par un "event-token":
Astuce:
(instance transaction-13 transaction)
(actor transaction-13 person-1)
(object transaction-13 house-1)
(instance person person-1)
(instance house house-1)
(event event-1
(transaction
(actor person?)
(object house?)))
1.Sources et principes de base du RàPC
Les Frames
1.Sources et principes de base du RàPC
Les Frames
Convention d’écriture
(frame
(slot1
(facet 1 valeur 1)
(facet 2 valeur 2)
…
(facet n valeur n)
)
(slotq
(facet 1 valeur 1)
(facet 2 valeur 2)
…
(facet p valeur p)
)
)
1.Sources et principes de base du RàPC
Les Frames
•Situations typiques (scénarios
de la vie courante)
•Connaissance déclarative et
procédurale
•Valeurs par défaut
•Situation atypique
•Facettes des propriétés
•Démons
(airbus
(est-un avion)
(couleur
(domaine (b w r))
(defaut (w))
)
(dimension
(si-besoin (demander « quelle
est la longueur »))
(si-connu (calculer envergure))
)
(propriétaire (une société
(si besoin (demander "nom
société"))
(defaut (AF)))
)
(matricule (si-ajout (verif-format)))
)
Exemple d‘instanciation
(A320 (couleur (b))
(dimension (30m))
(propriétaire (AF))
(matricule (7689HG99))
)
1.Sources et principes de base du RàPC
Les Frames
• Incluent à la fois des connaissances déclaratives et
procédurales
• Gestion de valeurs par défaut
• Spécification d’exceptions (ou cas anormaux)
• Les valeurs des propriétés peuvent être spécifiées de
façon déclarative ou procédurale.
• Chaque attribut comporte des aspects particuliers
(facette) de la description des concepts qu’ils
représentent
• Les fonctions ou démons sont des procédures
attachées à un attribut (invoqués lorsque la valeur de
l’attribut est manipulée)
1.Sources et principes de base du RàPC
Minsky, un modèle de mémoire : principe
« quand on rencontre une nouvelle situation
(décrite comme un changement substantiel à
un problème en cours), on sélectionne dans
la mémoire une structure appelée "cadre"
(frame). Il s’agit d’une structure remémorée
qui doit être adaptée pour correspondre à la
réalité en changeant les détails
nécessaires. »
1.Sources et principes de base du RàPC
• Minsky: un modèle de mémoire
1.Sources et principes de base du RàPC
Les cadres
Minsky, un modèle de mémoire : les cadres
• Les informations contenues dans un cadre
sont de 3 sortes:
– Celle qui concerne son usage
– Celle qui indique ce qui peut arriver ensuite
– Celle qui indique ce qu’il convient de faire
en cas d’échec (ce qui est prévisible
n’arrive pas)
1.Sources et principes de base du RàPC
Les cadres
Minsky, un modèle de mémoire : processus
1.Sources et principes de base du RàPC
Schanck, auteur de l’expression “Case-Based
Reasonning"
– Sélectionner un cadre (frame)
– Tenter d’appliquer le cadre (faire le bilan des buts non
atteints)
– Appliquer une technique d’adaptation-correction
– Synthétiser l’expérience pour l’ajouter à la bibliothèque de
techniques de correction
• « comprendre c’est expliquer »
• Problématique de la compréhension de
textes en langage naturel
• Utilisation des scripts pour expliquer
des situations
• Utiliser l’expérience concrète lors de la
construction des scripts
1.Sources et principes de base du RàPC
1.Sources et principes de base du RàPC
Des scripts à la mémoire dynamique
Des scripts à la mémoire dynamique
• Les cadres sont des situations "idéales" regroupées
en hiérarchie et sont reliés par les différences qui les
séparent
• Processus :
commerçant
enter
s’installer
restaurant
payer
commander
Être servi
magasin
restaurant
À sa place
classique
Être placé
sortir
magasin
Au comptoir
• Dans une mémoire d’expériences organisée en
hiérarchie de généralisation,
• On recherche ce qui est le plus près du problème
courant
• On réutilise le script trouvé en le spécialisant dans le
contexte courant
• On réorganise la mémoire pour y intégrer le nouvel
épisode.
1.Sources et principes de base du RàPC
Analogie (carré de l’analogie)
2. Phases du cycle RàPC
Élaboration
Entrée
cible
Problème source
Problème cible
Sortie
Mémorisation
(cible,
Sol(cible))
Sol(cible)
corrigée
et validée
Remémoration
(srce,
sol(srce))
BaseDeCas
Solution source
Solution cible
Validation
Adaptation
Sol(cible)
2. Phases du cycle RàPC
• Elaboration
– Mettre en forme le problème
– Tenter d’inférer des informations
susceptibles de compléter sa description
– Anticiper l’adaptabilité du cas
– Filtrer la description du cas
2. Phases du cycle RàPC
• Remémoration
– Sélectionner un cas source de la base de cas
similaire au cas cible
– Similarité: degré d’appariement entre 2 cas
• Recherche de correspondances entre descripteurs
• Calcul du degré d’appariement entre descripteurs
• Pondération éventuelle des descripteurs dans le cas
– Mesures de similarités
• Prendre en compte la structure
• Mesures de comparaisons : similitudes et dissimilitudes
• Prendre en compte les historiques
– Aspects de la similarité
• K-plus proches voisins
• Agrégation
• Approches inductives
2. Phases du cycle RàPC
• Adaptation
– Résoudre la cible en s’appuyant sur le cas
remémoré (réutiliser la solution du cas proche)
– Deux approches :
• Générative : le cas trouvé retrace toutes les étapes ayant
mené à la solution. On substitue les éléments du
contexte du cas nouveau
• Transformationnelle : des éléments de la solution du cas
retrouvé sont modifiés, supprimés, ajoutés. Des écarts
de contexte observés entre cas source et cas cible
permettent d’appliquer des règles d’adaptation.
2. Phases du cycle RàPC
• Mémorisation : vers l’apprentissage
– Vérifier pertinence de stocker le nouveau cas (très
proche d’un cas de la base, existe déjà dans la
base)
– Les deux cas (cible et source) sont généralisables
en un seul
2. Phases du cycle RàPC
• Validation
– Une fois le problème cible résolu, on dispose d’un
nouveau cas (cible, Sol(cible))
– Vérifier cohérence globale de la base de cas
(simulateur, règles, …)
– Sol(cible) est-elle une solution correcte de la
cible? (retour du monde réel)
– Si la réponse est négative, le cas est réparé et le
processus recommence.
3. Exemples d’utilisation et de systèmes à
base de cas
• Planification : un état initial et un but à atteindre
• Prise de décision : aménagement du térritoire
urbain à partir de scénarios d’accident
• Diagnostic : trouver la cause d’un
comportement non souhaité
• Supervision industrielle
• Configuration : trouver la manière la plus
optimale qui permet l’exploitation d’un
ensemble de ressources
• Jurisprudence en droit
• Domaines des risques naturels
4. Problématiques de conception d’un
système à base de RàPC
Exemple d’un cas
• Représentation des cas
• Feu de forêt : espace problème
– Attributs décrivant la situation et relations entre les attributs
– Solution : étapes de raisonnement et justification
– Forme d’un cas : vecteur, graphe, objet
• Acquisition des cas
• Organisation des cas (indexation, partionnement de la
mémoire, extraction hiérarchique)
• Maintenance
–
–
–
–
– Indentification du feu (lieu et heure)
– Données météorologiques
– Données topographiques
– Observations
– Liste de situations
Vieillissement des cas
réorganisation en cas de baisse des performances
Périodique
Événementielle
• Implantation des différents modules du RàPC (choix de
règles de calcul de similarités, règles d’adaptation, etc.)
Exemple d’un cas
• Feu de forêt
– Pour chaque situation
• Composants généraux de l’intervention
• Organisation du commandement
– Causes présumées du feu
– Liste des facteurs influençant l’attaque
Références
• Minsky Marvin 1974, A framework for representing knowledge,
MIT, Cambridge Mass, Memo 306.
• Schank Roger 1975, The structure of episodes in memory,
Representation and understanding : Studies in cognitive
Science, Academic Press, New York, p. 237-272.
• Abelson Robert 1975, Representing mundane reality in plans,
Representation and understanding : Studies in cognitive
Science, Academic Press, New York, p. 185-210.
• Charniak Eugene 1977, A frame painting : the representation of
a common sense knowledge fragment, Cognitive science, 1, 4,
p. 355-394.
• Charniak Eugene 1978, On the use of frame knowledge for
language compréhension, Artificial Intelligence, 11.
Liens
• http://www.eisti.fr/~mma/HTMLRaPC/RaPC.html
• Olivier Steichen, http://www-ihpst.univparis1.fr/annuaire/webpage.php?id_fiche=19
&mode=these
Outils
• CBR-Works
• Remind
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• Radix
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