EM4J - an explanation module toolbox for Jess

Abstract

Erklärungen sind ein integraler Bestandteil unseres täglichen Lebens. Menschen geben und erhalten sie kontinuierlich, um Informationen zu verarbeiten. In vielen Fällen ist diese Information für den Menschen sonst nicht wahrnehmbar. In ähnlichem Umfang sind Erklärungen ebenso ein essentieller Teil in der Kommunikation zwischen wissensbasierten Systemen und ihren Benutzern. Jedes wissensbasierte System benötigt Erklärungen, um ungenaue Domänen sowie komplexe Mechanismen genauer darzustellen.<br />Sie werden ebenfalls gebraucht, um den Entscheidungsprozess des Benutzers, ob die Empfehlung des Systems korrekt ist oder nicht, zu unterstützen. Entscheidungsträger müssen dem System und ihren Empfehlungen vertrauen. Falls der Prozess beziehungsweise die Empfehlung nicht verstanden wird, ist es unwahrscheinlich, dass diese vom Benutzer akzeptiert wird. Somit spielen Erklärungen eine entscheidende Rolle für die Akzeptanz wissensbasierter Systeme.<br />Diese Diplomarbeit präsentiert EM4J, einen Werkzeugkasten zur Erstellung von Erklärungen für das Intelligent Geo-Risk Evaluation System (InGES).<br />Zusätzlich unterstützt EM4J die Erstellung von wissensbasierten Systemen. Es wird vom Institut für Geodäsie und Geophysik, sowie der Arbeitsgruppe Wissensbasierte Systeme (Institut für Informationssysteme) der Technischen Universität Wien, dem Institut für digitale Bildverarbeitung am Joanneum Research und dem Institut für Geologie an der Universität Bern, Schweiz, entwickelt. Die Aufgabe dieses Systems ist es, Risikostufen für untersuchte Landschaftsgebiete abzuschätzen. Da InGES in einer Umgebung arbeitet, die sich durch sehr hohe Kosten für Fehlentscheidungen auszeichnet, war es das Ziel, eine technische transparente prozess-orientierte Anwendung zu implementieren. Diese soll den Schlussfolgerungsmechanismus genau beleuchten. Dieser Ansatz soll dem Benutzer die Entscheidung, ob eine Empfehlung von InGES angenommen oder abgelehnt werden soll, erleichtern.<br />EM4J basiert auf der Theorie von Wick et al. Es ist eine prozess- sowie verifizierungsorientierte Erklärungskomponente entstanden, die eine sehr hohe Kopplung zum Folgerungsmechanismus hat. Somit ist EM4J auf eine hochqualifizierte Benutzergruppe zugeschnitten. Die Entwicklung selbst war geteilt in vier Phasen: die Implementierungs-, die Test-, die Integrations- und die Evaluationsphase.<br />

Explanations are an essential part of everybody's life. People continuously give and receive them in order to process information which in some cases would not be apprehend to them. Similarly, explanations are also a crucial part within the communication between knowledge based systems (KBSs) and their users. Every KBS needs to give explanations because of imprecise domains and the use of complex mechanisms. They are also needed to support the user in its decision making process whether the recommendation is valid or not. Decision makers have to trust the recommendation as well as the system itself. If they do not understand the process as well as the conclusion it is unlikely that they will accept it. Therefore explanations play a vital role in the acceptance of KBSs.<br />This thesis presents an explanation module toolbox (EM4J) for the Intelligent Geo-Risk Evaluation System (InGES), developed by the Institute of Geodesy and Geophysics and the Knowledge Based Systems Group (Institute of Information Systems) at the Vienna University of Technology, the Institute of Digital Image Processing at the Joanneum Research and the Institute of Geological Sciences at the University of Bern, Switzerland. Additionally EM4J supports the development of KBSs.<br />The purpose of InGES is to compute risk levels for geological sites (e.g., hillsides). Since it works in a high failure cost environment the objective is to implement a highly technically transparent process oriented application highlighting the reasoning mechanism. This should support the user in accepting respectively refusing the recommendation given by InGES.<br />EM4J is based on the approach of Wick et al. The design is process and verification oriented with a highly coupling of the inference engine.<br />Therefore EM4J is tailored to a highly skilled user group. The development was divided into four phases - the implementation, the test, the integration and the evaluation.