نظام الاستدلال

في مجال تكنولوجيا المعلومات، يُعد نظام الاستدلال نظامًا برمجيًا يُولّد استنتاجات من المعرفة المتاحة باستخدام تقنيات منطقية كالاستنتاج والاستقراء . وتلعب أنظمة الاستدلال دورًا هامًا في تطبيق الذكاء الاصطناعي والأنظمة القائمة على المعرفة .

بحسب التعريف الشائع، تُعتبر جميع أنظمة الحاسوب أنظمة استدلالية لأنها جميعًا تُؤتمت نوعًا من المنطق أو اتخاذ القرارات. مع ذلك، في الاستخدام الشائع في مجال تكنولوجيا المعلومات ، يُستخدم هذا المصطلح عادةً للإشارة إلى الأنظمة التي تُجري أنواعًا أكثر تعقيدًا من الاستدلال. على سبيل المثال، لا يُستخدم للإشارة إلى الأنظمة التي تُجري أنواعًا بسيطة من الاستدلال، مثل حساب ضريبة المبيعات أو خصم العميل، بل للإشارة إلى الأنظمة التي تُجري استنتاجات منطقية حول تشخيص طبي أو نظرية رياضية. تأتي أنظمة الاستدلال بنمطين: التفاعلي والمعالجة الدفعية. تتفاعل الأنظمة التفاعلية مع المستخدم لطرح أسئلة توضيحية أو السماح له بتوجيه عملية الاستدلال. أما الأنظمة الدفعية، فتستقبل جميع المعلومات المتاحة دفعة واحدة وتُنتج أفضل إجابة ممكنة دون أي تدخل أو توجيه من المستخدم. ^{[ 1 ]}

تتمتع أنظمة الاستدلال بمجال واسع من التطبيقات يشمل الجدولة ، ومعالجة قواعد العمل ، وحل المشكلات ، ومعالجة الأحداث المعقدة ، واكتشاف الاختراقات ، والتحليلات التنبؤية ، والروبوتات ، ورؤية الكمبيوتر ، ومعالجة اللغة الطبيعية .

كانت أنظمة الاستدلال الأولى هي أنظمة إثبات النظريات، وهي أنظمة تمثل البديهيات والعبارات في منطق الرتبة الأولى، ثم تستخدم قواعد منطقية مثل قاعدة الاستدلال المنطقي (modus ponens) لاستنتاج عبارات جديدة. ومن أنواع أنظمة الاستدلال المبكرة الأخرى أنظمة حل المشكلات العامة، مثل نظام حل المشكلات العامة الذي صممه نيويل وسيمون . سعت أنظمة حل المشكلات العامة إلى توفير محرك تخطيط عام قادر على تمثيل المشكلات المهيكلة وحلها. وقد عملت هذه الأنظمة عن طريق تقسيم المشكلات إلى مشكلات فرعية أصغر وأسهل في التعامل، ثم حل كل مشكلة فرعية على حدة ، وتجميع الإجابات الجزئية في إجابة نهائية واحدة. ومن الأمثلة الأخرى على أنظمة حل المشكلات العامة عائلة أنظمة SOAR .

عمليًا، نادرًا ما كانت برامج إثبات النظريات وحلول المشكلات العامة مفيدة للتطبيقات العملية، وكانت تتطلب مستخدمين متخصصين ذوي معرفة بالمنطق. كان أول تطبيق عملي للاستدلال الآلي هو أنظمة الخبراء . ركزت أنظمة الخبراء على مجالات محددة بدقة أكبر من حل المشكلات العامة، مثل التشخيص الطبي أو تحليل الأعطال في الطائرات. كما ركزت أنظمة الخبراء على تطبيقات محدودة للمنطق. فبدلًا من محاولة تطبيق النطاق الكامل للتعبيرات المنطقية، ركزت عادةً على قاعدة القياس المنطقي (modus-ponens) المُطبقة عبر قواعد "إذا-ثم". أدى التركيز على مجال محدد والسماح فقط بمجموعة فرعية محدودة من المنطق إلى تحسين أداء هذه الأنظمة، مما جعلها عملية للاستخدام في العالم الحقيقي، وليس مجرد عروض توضيحية بحثية كما كانت عليه معظم أنظمة الاستدلال الآلي السابقة. يُطلق على المحرك المستخدم للاستدلال الآلي في أنظمة الخبراء عادةً اسم محركات الاستدلال . أما تلك المستخدمة للاستدلال المنطقي الأكثر عمومية فتُسمى عادةً برامج إثبات النظريات . ^{[ 2 ]}

مع ازدياد شعبية أنظمة الخبراء، طُبقت أنواعٌ عديدةٌ من الاستدلال الآلي على مشكلاتٍ متنوعةٍ في القطاعين الحكومي والصناعي. بعضها، كالاستدلال القائم على الحالات، كان نتاجًا لأبحاث أنظمة الخبراء. بينما تأثرت أنواعٌ أخرى، كخوارزميات إرضاء القيود، بمجالاتٍ مثل تكنولوجيا اتخاذ القرار والبرمجة الخطية. كما أثبت نهجٌ مختلفٌ تمامًا، لا يعتمد على الاستدلال الرمزي بل على نموذجٍ ترابطي، فعاليته الكبيرة. هذا النوع الأخير من الاستدلال الآلي مناسبٌ بشكلٍ خاص لمشكلات مطابقة الأنماط واكتشاف الإشارات، كالبحث في النصوص ومطابقة الوجوه.

يمكن استخدام مصطلح "نظام الاستدلال" للإشارة إلى أي نوع تقريبًا من أنظمة دعم القرار المتطورة ، كما يتضح من المجالات المحددة الموضحة أدناه. مع ذلك، فإن الاستخدام الأكثر شيوعًا لمصطلح "نظام الاستدلال" يشير إلى التمثيل الحاسوبي للمنطق. وتُظهر التطبيقات المختلفة تباينًا كبيرًا من حيث أنظمة المنطق والشكليات. تُطبّق معظم أنظمة الاستدلال أشكالًا مختلفة من المنطق الافتراضي والمنطق الرمزي ( المسند ). قد تكون هذه الأشكال تمثيلات دقيقة رياضيًا لأنظمة المنطق الرسمي (مثل منطق الرتبة الأولى )، أو نسخًا موسعة وهجينة من تلك الأنظمة (مثل منطق كورتيوس ^{[ 3 ]} ). قد تُطبّق أنظمة الاستدلال صراحةً أنواعًا إضافية من المنطق (مثل المنطق الموجه ، والمنطق الواجبي ، والمنطق الزمني ). مع ذلك، تُطبّق العديد من أنظمة الاستدلال تقريبات غير دقيقة وشبه رسمية لأنظمة المنطق المعروفة. تدعم هذه الأنظمة عادةً مجموعة متنوعة من التقنيات الإجرائية وشبه التصريحية لنمذجة استراتيجيات الاستدلال المختلفة. وهي تُركّز على البراغماتية أكثر من الشكليات، وقد تعتمد على امتدادات وملحقات مُخصصة لحل مشكلات واقعية.

تستخدم العديد من أنظمة الاستدلال الاستدلال الاستنتاجي لاستخلاص النتائج من المعرفة المتاحة. تدعم هذه الأنظمة الاستدلال الأمامي أو الخلفي للوصول إلى استنتاجات عبر قاعدة القياس المنطقي . تُسمى طرق الاستدلال التكراري التي تستخدمها هذه الأنظمة " التسلسل الأمامي " و" التسلسل الخلفي " على التوالي. على الرغم من أن أنظمة الاستدلال تدعم الاستدلال الاستنتاجي على نطاق واسع، إلا أن بعضها يستخدم الاستدلال الاستنباطي والاستقرائي والقابل للدحض وأنواعًا أخرى من الاستدلال. كما يمكن استخدام الأساليب الاستدلالية لتحديد حلول مقبولة للمشاكل المعقدة .

قد تستخدم أنظمة الاستدلال فرضية العالم المغلق (CWA) أو فرضية العالم المفتوح (OWA). غالبًا ما ترتبط فرضية العالم المفتوح بتمثيل المعرفة الأنطولوجية والويب الدلالي . تُظهر الأنظمة المختلفة مناهج متنوعة للنفي . فإلى جانب المكمل المنطقي أو المكمل الثنائي ، قد تدعم الأنظمة أشكالًا وجودية من النفي القوي والضعيف، بما في ذلك النفي كفشل والنفي "التضخمي" (نفي الذرات غير الأساسية ). وقد تدعم أنظمة الاستدلال المختلفة الاستدلال الرتيب أو غير الرتيب ، والتصنيف ، وتقنيات منطقية أخرى.

تُتيح العديد من أنظمة الاستدلال إمكانياتٍ للاستدلال في ظل عدم اليقين . وهذا أمرٌ بالغ الأهمية عند بناء وكلاء استدلالٍ ظرفيين ، والذين يتعين عليهم التعامل مع تمثيلاتٍ غير مؤكدة للعالم. توجد عدة مناهج شائعة للتعامل مع عدم اليقين، تشمل استخدام عوامل اليقين، والأساليب الاحتمالية مثل الاستدلال البايزي أو نظرية دمبستر-شيفر ، والمنطق متعدد القيم ( الضبابي )، ومناهج الاتصال المختلفة . ^{[ 4 ]}

يقدم هذا القسم تصنيفاً غير شامل وغير رسمي لأنواع أنظمة الاستدلال الشائعة. هذه التصنيفات ليست مطلقة، بل تتداخل إلى حد كبير وتشترك في عدد من التقنيات والأساليب والخوارزميات .