“Inductive logic programming”

Heri Arum Nugroho232 133 46

Neural Algorithms and Machine Learning

• Pengenalan ILP

• FOIL

• Inverse Resolution

• Aplikasi

• Referensi

• Istilah Inductive Logic Programming pertama kali diperkenalkan oleh Stephen Muggleton pada tahun 1991.

• Inductive Logic Programming (ILP)Inductive machine learning + Logic programming

• Komponen E+ : Contoh positifE- : Contoh negativB : Latar belakang pengetahuan (Backgroud Knowledge)H : Hipothesis.

Skema: E + + E- + B => H

PENGENALAN

• Contoh Positif (E+): grandfather (henry, john) ←grandfather (henry, alice) ←

• Contoh negatif (E-)← grandfather (john, henry) ← grandfather (alice, john)

• Latar belakang pengetahuan (B):grandfather (X, Y) ← father (X, Z), parent(Z, Y) father (henry, jane) ←mother (jane. john) ←mother (jane, alice) ←

Contoh Hubungan keluarga

• Hipotesis yang mungkin H1 ∈ H parent (X, Y) ← mother (X, Y)

• H adalah himpunan hipothesis yang berisi jumlah spekulasi individu yang sesuai dengan latar belakang pengetahuan dan contoh

• Kondisi yang harus dipenuhi oleh hipotesis• Terkait antara konsistensi dan kelengkapan dengan contoh dan latar belakang pengetahuan

• Konsistensi:• Pertama kali, cek solusi dari permasalahan:

B ∪ E- □ ⊭ (prior satisfiability)• Jika terdapat salah satu contoh negatif yang terbukti benar dari latar belakang informasi, maka setiap

hipotesis yang ditemukan tidak akan dapat mengkompensasi hal ini.• B dan H konsisten dengan E-:

B ∪ H ∪ E- □ (⊭ posterior satisfiability) • Setelah menambah hipotesis seharusnya masih tidak mungkin untuk membuktikan contoh negatif.

• Kelengkapan:• H diperbolehkan untuk menjelaskan E+ relatif terhadap B:

B ∪ H E⊧ + (posterior sufficiency) • Artinya H harus sesuai dengan contoh positif yang diberikan.

First Order Inductive Learner (FOIL; Quinlan 1990).

Ide:

• Aturan dalam membangun mencakup

– beberapa contoh positif

– tetapi tidak ada contoh negatif.

Setelah aturan ditemukan, akan menghapus aturah positif dan melanjutkan proses.

• Membangun Aturan:

– menambahkan literal ke body sampai tidak ada contoh negative

- jika literal memperkenalkan variabel baru, memperpanjang contoh ke semua konstanta yang mungkin

FOIL

Algoritm FOIL

1. Inverse resolution2. Relative last general generalisations (rlggs)3. Inverse implication4. Inverse entailment

Teori

• Memberikan klausa C1, C2, disimpulkan menjadi C

Inverse resolution

• Melakukan pencarian, karena mungkin ada banyak pasang klausa yang menyebabkan C:

• Sistem ILP telah diterapkan untuk berbagai domain masalah. Banyak aplikasi manfaat membentuk deskripsi relasional yang dihasilkan oleh sistem ILP.

• Area aplikasi meliputi:

- aktivitas struktur batuk (obat untuk penyakit Alzheimer, untuk penghambatan E. Coli Dihydrofolate Reduktase, dalam analog suramin)

- pembelajaran prediksi mutagenesis;

- pembelajaran prediksi struktur sekunder protein;

- aturan dari database belajar catur;

- pembelajaran diagnostik untuk model kualitatif pasokan listrik satelit; dan

- pembelajaran model kualitatif dari sistem U-tube.

Aplikasi

• Memprediksi bentuk tiga dimensi protein dari urutan asam amino secara luas diyakini menjadi salah satu masalah tersulit dalam biologi molekuler.

• Menarik bagi perusahaan farmasi karena bentuk protein umumnya menentukan fungsinya sebagai enzim.

Aplikasi: Prediksi struktur sekunder protein

[Muggleton S., King R.D., and Sternberg M.J.E. (1992)].

• Asumsikan sepuluh kereta api: lima bepergian ke timur dan lima bepergian ke barat; setiap kereta api terdiri dari lokomotif yang menarik gerbong; kereta yang bepergian ke arah timur atau ke arah barat dengan ditentukan beberapa sifat dari kereta api.

Aplikasi: Michalski’s train problem

Tugas: Tentukan kereta mana yang mengarah ke timur dan ke barat?

Michalski’s train problem (2)

• Permasalahan kereta Michalski’s = Klasifikasi pekerjaan: tujuanya untuk menghasilkan classifier (teori) yang dapat mengklasifikasikan kereta sebagai Eastbound atau Westbound

• Latar belakang pengetahuan dari setiap kereta: bagian kereta, bentuknya, banyak roda, apakah itu terbuka (yaitu tidak memiliki atap) atau tertutup, apakah itu panjang atau pendek, menyerupai mobil.

• Selain itu, pasangan gerbong terhubung, pengetahuan yang satu di depan yang lain dapat diekstraksi.

Michalski’s train problem (3)

• Contoh kereta arah ke timur• Positive examples:

eastbound(east1).eastbound(east2).eastbound(east3).eastbound(east4).eastbound(east5).

• Negative examples:eastbound(west6).eastbound(west7).eastbound(west8).eastbound(west9).eastbound(west10).

Michalski’s train problem (4)• Latar belakang pengalaman kereta east1. Identifikasi : car_xy, dimana x nomor kereta dan y adalah

posisi. Contoh car_12 berarti kereta kedua dibelakang lokomotif kereta pertama

• short(car_12). short(car_14).• long(car_11). long(car_13).• closed(car_12).• open(car_11). open(car_13). open(car_14).• infront(east1,car_11). infront(car_11,car_12).• infront(car_12,car_13). infront(car_13,car_14).• shape(car_11,rectangle). shape(car_12,rectangle).• shape(car_13,rectangle). shape(car_14,rectangle).• load(car_11,rectangle,3). load(car_12,triangle,1).• load(car_13,hexagon,1). load(car_14,circle,1).• wheels(car_11,2). wheels(car_12,2).• wheels(car_13,3). wheels(car_14,2).• has_car(east1,car_11). has_car(east1,car_12).• has_car(east1,car_13). has_car(east1,car_14).

Michalski’s train problem (5)

• Hipotesis yang dihasilkan dari ILP systems yaitu:

eastbound(A) ← has_car(A,B), not(open(B)), not(long(B)).

• Duce = menggunakan enam aturan inferensi induktif, empat diantaranya didefinisikan sebagai klausul logika proposisional.

• CIGOL = membalikkan resolusi klausa dalam urutan pertama predikat logika.

• Golem = didasarkan pada Relative last general generalisations (rlggs).

• Progol = menerapkan kerangka inverting entailment

IMPLEMENTATIONS

• FOIL

• Inthelex (Incremental Theory Learner for Example)

• Lime

• MIO

• MIS (Model Inference System)

• RSD

• Warmr

• 1BC dan 1BC2: Klasifikasi Bayesian

• ACE (A Combined Enggine)

• Alep

• Atom

• Claudien

• DL-Learner

• Dmax

• S.H. Muggleton. Inductive Logic Programming. New Generation Computing, 8(4):295-318, 1991.

• S.H. Muggleton and L. De Raedt. Inductive logic programming: Theory and methods. Journal of Logic Programming, 19,20:629-679, 1994.

• Lavrac, N.; Dzeroski, S. (1994). Inductive Logic Programming: Techniques and Applications. New York. http://www-ai.ijs.si/SasoDzeroski/ILPBook

• http://www.doc.ic.ac.uk/~shm/ilp.html diakses tanngal 12 Nopember 2014

• Use the Progol input file for Michalski's train problem: http://www.comp.rgu.ac.uk/staff/chb/teaching/cmm510/michalski_train_data

Referensi