第3章 專家控制

1、智能控制理論第第3 3章章 專家控制專家控制3.1 3.1 專家系統(tǒng)的基本概念專家系統(tǒng)的基本概念（1）專家系統(tǒng)的定義）專家系統(tǒng)的定義1）專家系統(tǒng)）專家系統(tǒng)(expert system) ：專家系統(tǒng)是一個智能：專家系統(tǒng)是一個智能計算機程序系統(tǒng)，是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問計算機程序系統(tǒng)，是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問題的計算機程序系統(tǒng)。題的計算機程序系統(tǒng)。2）專家系統(tǒng)是一個智能計算機程序系統(tǒng)，其內(nèi)部含專家系統(tǒng)是一個智能計算機程序系統(tǒng)，其內(nèi)部含有大量的某個領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R與經(jīng)驗，能夠利有大量的某個領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R與經(jīng)驗，能夠利用人類專家的知識和解決問題的方法來處理該領(lǐng)域用人類專家的知識和解決問題

2、的方法來處理該領(lǐng)域問題。也就是說，專家系統(tǒng)是一個具有大量的專門問題。也就是說，專家系統(tǒng)是一個具有大量的專門知識與經(jīng)驗的程序系統(tǒng)，它應(yīng)用人工智能技術(shù)和計知識與經(jīng)驗的程序系統(tǒng)，它應(yīng)用人工智能技術(shù)和計算機技術(shù)，根據(jù)某領(lǐng)域一個或多個專家提供的知識算機技術(shù)，根據(jù)某領(lǐng)域一個或多個專家提供的知識3.1 3.1 專家系統(tǒng)的基本概念專家系統(tǒng)的基本概念 和經(jīng)驗，進行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，和經(jīng)驗，進行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，以便解決那些需要人類專家處理的復(fù)雜問題，簡而言以便解決那些需要人類專家處理的復(fù)雜問題，簡而言之，專家系統(tǒng)是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問題的計之，專家系統(tǒng)是一種模擬人類專家

3、解決領(lǐng)域問題的計算機程序系統(tǒng)。算機程序系統(tǒng)。 3）基于知識的專家：專家系統(tǒng)是廣泛應(yīng)用專門知識以）基于知識的專家：專家系統(tǒng)是廣泛應(yīng)用專門知識以解決人類專家水平問題和人工智能的一個分支。專家解決人類專家水平問題和人工智能的一個分支。專家系統(tǒng)又稱為基于知識的專家系統(tǒng)。系統(tǒng)又稱為基于知識的專家系統(tǒng)。（2）專家系統(tǒng)的發(fā)展）專家系統(tǒng)的發(fā)展 專家系統(tǒng)是人工智能中最重要的也是最活躍的一專家系統(tǒng)是人工智能中最重要的也是最活躍的一個應(yīng)用領(lǐng)域，它實現(xiàn)了人工智能從理論研究走向?qū)嶋H個應(yīng)用領(lǐng)域，它實現(xiàn)了人工智能從理論研究走向?qū)嶋H 應(yīng)用、從一般推理策略探討轉(zhuǎn)向運用專門知識的重大應(yīng)用、從一般推理策略探討轉(zhuǎn)向運用專門知識的重大

4、 3.1 3.1 專家系統(tǒng)的基本概念專家系統(tǒng)的基本概念 突破。突破。20世紀(jì)世紀(jì)60年代初，出現(xiàn)了運用邏輯學(xué)和模擬心年代初，出現(xiàn)了運用邏輯學(xué)和模擬心理活動的一些通用問題求解程序，它們可以證明定理理活動的一些通用問題求解程序，它們可以證明定理和進行邏輯推理。但是這些通用方法無法解決大的實和進行邏輯推理。但是這些通用方法無法解決大的實際問題，很難把實際問題改造成適合于計算機解決的際問題，很難把實際問題改造成適合于計算機解決的形式，并且對于解題所需的巨大的搜索空間也難于處形式，并且對于解題所需的巨大的搜索空間也難于處理。理。1965年，年，f.a.費根鮑費根鮑姆等人在總結(jié)通用問題求解系等人在總結(jié)通用

5、問題求解系統(tǒng)的成功與失敗經(jīng)驗的基礎(chǔ)上統(tǒng)的成功與失敗經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合化學(xué)領(lǐng)域的專門結(jié)合化學(xué)領(lǐng)域的專門知識知識，研制了世界上第一個專家系統(tǒng)研制了世界上第一個專家系統(tǒng)dendral ，可以推可以推斷化學(xué)分子結(jié)構(gòu)。斷化學(xué)分子結(jié)構(gòu)。 20多年來，知識工程的研究，專家多年來，知識工程的研究，專家系統(tǒng)的理論和技術(shù)不斷發(fā)展，應(yīng)用滲透到幾乎各個領(lǐng)系統(tǒng)的理論和技術(shù)不斷發(fā)展，應(yīng)用滲透到幾乎各個領(lǐng)域，包括化學(xué)、數(shù)學(xué)、物理、生物、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、氣域，包括化學(xué)、數(shù)學(xué)、物理、生物、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、氣3.1 3.1 專家系統(tǒng)的基本概念專家系統(tǒng)的基本概念 象、地質(zhì)勘探、軍事、工程技術(shù)、法律、商業(yè)、空間象、地質(zhì)勘探、軍事、工程技術(shù)、

6、法律、商業(yè)、空間技術(shù)、自動控制、計算機設(shè)計和制造等眾多領(lǐng)域，開技術(shù)、自動控制、計算機設(shè)計和制造等眾多領(lǐng)域，開發(fā)了幾千個的專家系統(tǒng)，其中不少在功能上已達到，發(fā)了幾千個的專家系統(tǒng)，其中不少在功能上已達到，甚至超過同領(lǐng)域中人類專家的水平，并在實際應(yīng)用中甚至超過同領(lǐng)域中人類專家的水平，并在實際應(yīng)用中產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。 專家系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)歷了專家系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)歷了3 3個階段個階段，正向第四代正向第四代過渡和發(fā)展。第一代專家系統(tǒng)（過渡和發(fā)展。第一代專家系統(tǒng)（dendraldendral、macsymamacsyma等）等）以高度專業(yè)化、求解專門問題的能力強為特點。但在以高度專業(yè)

7、化、求解專門問題的能力強為特點。但在體系結(jié)構(gòu)的完整性、可移植性等方面存在缺陷體系結(jié)構(gòu)的完整性、可移植性等方面存在缺陷，求解求解問題的能力弱。第二代專家系統(tǒng)（問題的能力弱。第二代專家系統(tǒng)（mycinmycin、casnetcasnet、prospectorprospector、hearsayhearsay等）屬單學(xué)科專業(yè)型、應(yīng)用型系等）屬單學(xué)科專業(yè)型、應(yīng)用型系3.1 3.1 專家系統(tǒng)的基本概念專家系統(tǒng)的基本概念 統(tǒng)，其體系結(jié)構(gòu)較完整，移植性方面也有所改善，而統(tǒng)，其體系結(jié)構(gòu)較完整，移植性方面也有所改善，而且在系統(tǒng)的人機接口、解釋機制、知識獲取技術(shù)、不且在系統(tǒng)的人機接口、解釋機制、知識獲取技術(shù)、不確

8、定推理技術(shù)、增強專家系統(tǒng)的知識表示和推理方法確定推理技術(shù)、增強專家系統(tǒng)的知識表示和推理方法的啟發(fā)性、通用性等方面都有所改進。第三代專家系的啟發(fā)性、通用性等方面都有所改進。第三代專家系統(tǒng)屬多學(xué)科綜合型系統(tǒng)，采用多種人工智能語言，綜統(tǒng)屬多學(xué)科綜合型系統(tǒng)，采用多種人工智能語言，綜合采用各種知識表示方法和多種推理機制及控制策略，合采用各種知識表示方法和多種推理機制及控制策略，并開始運用各種知識工程語言、骨架系統(tǒng)及專家系統(tǒng)并開始運用各種知識工程語言、骨架系統(tǒng)及專家系統(tǒng)開發(fā)工具和環(huán)境來研制大型綜合專家系統(tǒng)。在總結(jié)前開發(fā)工具和環(huán)境來研制大型綜合專家系統(tǒng)。在總結(jié)前三代專家系統(tǒng)的設(shè)計方法和實現(xiàn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，已開

9、三代專家系統(tǒng)的設(shè)計方法和實現(xiàn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，已開始采用大型多專家協(xié)作系統(tǒng)、多種知識表示、綜合知始采用大型多專家協(xié)作系統(tǒng)、多種知識表示、綜合知識庫、自組織解題機制、多學(xué)科協(xié)同解題與并行識庫、自組織解題機制、多學(xué)科協(xié)同解題與并行3.1 3.1 專家系統(tǒng)的基本概念專家系統(tǒng)的基本概念 推理、專家系統(tǒng)工具與環(huán)境、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識獲取推理、專家系統(tǒng)工具與環(huán)境、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識獲取及學(xué)習(xí)機制等最新人工智能技術(shù)來實現(xiàn)具有多知識庫、及學(xué)習(xí)機制等最新人工智能技術(shù)來實現(xiàn)具有多知識庫、多主體的第四代專家系統(tǒng)。多主體的第四代專家系統(tǒng)。 （3）專家系統(tǒng)的四個要素）專家系統(tǒng)的四個要素 1) 1) 應(yīng)用于某專門領(lǐng)域。應(yīng)用于某專

10、門領(lǐng)域。 2) 2) 擁有專家級知識。擁有專家級知識。 3) 3) 能模擬專家的思維。能模擬專家的思維。 4) 4) 能達到專家級水平。能達到專家級水平。 （4）專家系統(tǒng)的知識表達方式）專家系統(tǒng)的知識表達方式 為了使計算機能運用專家的領(lǐng)域知識，必須要采為了使計算機能運用專家的領(lǐng)域知識，必須要采3.1 3.1 專家系統(tǒng)的基本概念專家系統(tǒng)的基本概念 用一定的方式表示知識用一定的方式表示知識 。目前常用的知識表示方式有。目前常用的知識表示方式有狀狀態(tài)空間法、問題歸約法、謂詞演算法、語義網(wǎng)絡(luò)法、框架態(tài)空間法、問題歸約法、謂詞演算法、語義網(wǎng)絡(luò)法、框架表示法、面向?qū)ο蟊硎痉?、劇本表示法、過程表示法。表示法

11、、面向?qū)ο蟊硎痉?、劇本表示法、過程表示法。 基于規(guī)則的產(chǎn)生式系統(tǒng)是目前實現(xiàn)知識運用最基本的方基于規(guī)則的產(chǎn)生式系統(tǒng)是目前實現(xiàn)知識運用最基本的方法。產(chǎn)生式系統(tǒng)由綜合數(shù)據(jù)庫、知識庫和推理機法。產(chǎn)生式系統(tǒng)由綜合數(shù)據(jù)庫、知識庫和推理機3個主要部分個主要部分組成，綜合數(shù)據(jù)庫包含求解問題的世界范圍內(nèi)的事實和斷組成，綜合數(shù)據(jù)庫包含求解問題的世界范圍內(nèi)的事實和斷言。知識庫包含所有用言。知識庫包含所有用“如果：前提，于是：結(jié)果如果：前提，于是：結(jié)果”形式表達的知識規(guī)則。推理機（又稱規(guī)則解釋器）的任務(wù)是形式表達的知識規(guī)則。推理機（又稱規(guī)則解釋器）的任務(wù)是運用控制策略找到可以應(yīng)用的規(guī)則。正向鏈的策略是尋找出運用控制策

12、略找到可以應(yīng)用的規(guī)則。正向鏈的策略是尋找出前提可以同數(shù)據(jù)庫中的事實或斷言相匹配的那些規(guī)則，并運前提可以同數(shù)據(jù)庫中的事實或斷言相匹配的那些規(guī)則，并運3.1 3.1 專家系統(tǒng)的基本概念專家系統(tǒng)的基本概念用沖突的消除策略，從這些都可滿足的規(guī)則中挑選出一個用沖突的消除策略，從這些都可滿足的規(guī)則中挑選出一個執(zhí)行，從而改變原來數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容。這樣反復(fù)地進行尋執(zhí)行，從而改變原來數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容。這樣反復(fù)地進行尋找，直到數(shù)據(jù)庫的事實與目標(biāo)一致即找到解答，或者到?jīng)]找，直到數(shù)據(jù)庫的事實與目標(biāo)一致即找到解答，或者到?jīng)]有規(guī)則可以與之匹配時才停止。逆向鏈的策略是從選定的有規(guī)則可以與之匹配時才停止。逆向鏈的策略是從選定的目標(biāo)出

13、發(fā)，尋找執(zhí)行后果可以達到目標(biāo)的規(guī)則；如果這條目標(biāo)出發(fā)，尋找執(zhí)行后果可以達到目標(biāo)的規(guī)則；如果這條規(guī)則的前提與數(shù)據(jù)庫中的事實相匹配，問題就得到解決；規(guī)則的前提與數(shù)據(jù)庫中的事實相匹配，問題就得到解決；否則把這條規(guī)則的前提作為新的子目標(biāo)，并對新的子目標(biāo)否則把這條規(guī)則的前提作為新的子目標(biāo)，并對新的子目標(biāo)尋找可以運用的規(guī)則，執(zhí)行逆向序列的前提，直到最后運尋找可以運用的規(guī)則，執(zhí)行逆向序列的前提，直到最后運用的規(guī)則的前提可以與數(shù)據(jù)庫中的事實相匹配，或者直到用的規(guī)則的前提可以與數(shù)據(jù)庫中的事實相匹配，或者直到3.1 3.1 專家系統(tǒng)的基本概念專家系統(tǒng)的基本概念沒有規(guī)則再可以應(yīng)用時，系統(tǒng)便以對話形式請求用戶回答沒有

14、規(guī)則再可以應(yīng)用時，系統(tǒng)便以對話形式請求用戶回答并輸入必需的事實。并輸入必需的事實。 專家系統(tǒng)和常規(guī)程序的區(qū)別：專家系統(tǒng)和常規(guī)程序的區(qū)別： 常規(guī)程序常規(guī)程序=數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法；專家系統(tǒng)算法；專家系統(tǒng)=知識知識+推理。推理。 常規(guī)程序?qū)⑵渲R組織為兩級：數(shù)據(jù)級，程序級。專家常規(guī)程序?qū)⑵渲R組織為兩級：數(shù)據(jù)級，程序級。專家系統(tǒng)將其知識組織為三級：數(shù)據(jù)級，知識庫級，控制級。系統(tǒng)將其知識組織為三級：數(shù)據(jù)級，知識庫級，控制級。 常規(guī)程序一般是通過查找或計算來求取問題的答案，基常規(guī)程序一般是通過查找或計算來求取問題的答案，基本上是面向數(shù)值計算和數(shù)據(jù)處理的，而且給出了問題的求本上是面向數(shù)值計算和數(shù)據(jù)處理

15、的，而且給出了問題的求解步驟；而專家系統(tǒng)是通過推理來求取問題的答案或證明解步驟；而專家系統(tǒng)是通過推理來求取問題的答案或證明某個假設(shè)，給出的是要求解的問題，本質(zhì)上是面向符號處某個假設(shè)，給出的是要求解的問題，本質(zhì)上是面向符號處3.1 3.1 專家系統(tǒng)的基本概念專家系統(tǒng)的基本概念理的，其推理過程隨著情況的變化而變化，具有不確定性理的，其推理過程隨著情況的變化而變化，具有不確定性和靈活性。和靈活性。 常規(guī)程序處理的數(shù)據(jù)多是精確的，對數(shù)據(jù)的檢索是基于常規(guī)程序處理的數(shù)據(jù)多是精確的，對數(shù)據(jù)的檢索是基于模式的布爾匹配；而專家系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)及知識大多是不模式的布爾匹配；而專家系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)及知識大多是不精確的、

16、模糊的、知識的模式匹配也多是不精確的，需要精確的、模糊的、知識的模式匹配也多是不精確的，需要為其設(shè)定閾值。為其設(shè)定閾值。 常規(guī)程序一般不具有解釋功能，而專家系統(tǒng)一般具有解常規(guī)程序一般不具有解釋功能，而專家系統(tǒng)一般具有解釋機構(gòu)，可對自己的行為和結(jié)論作出解釋。釋機構(gòu)，可對自己的行為和結(jié)論作出解釋。 兩者具有不同的體系結(jié)構(gòu)。兩者具有不同的體系結(jié)構(gòu)。3.1 3.1 專家系統(tǒng)的基本概念專家系統(tǒng)的基本概念（5）專家系統(tǒng)的特點專家系統(tǒng)的特點 1 1）從處理的問題性質(zhì)看）從處理的問題性質(zhì)看, , 專家系統(tǒng)善于解決那些不專家系統(tǒng)善于解決那些不確定性的、確定性的、 非結(jié)構(gòu)化的、沒有算法解或雖有算法解但非結(jié)構(gòu)化的、

17、沒有算法解或雖有算法解但在現(xiàn)有的機器上無法實施的困難問題。例如在現(xiàn)有的機器上無法實施的困難問題。例如, ,醫(yī)療診斷、醫(yī)療診斷、地質(zhì)勘探、天氣預(yù)報、市場預(yù)測、管理決策、軍事指地質(zhì)勘探、天氣預(yù)報、市場預(yù)測、管理決策、軍事指揮等領(lǐng)域的問題。揮等領(lǐng)域的問題。 2 2）從處理問題的方法看）從處理問題的方法看, ,專家系統(tǒng)則是靠知識和推理專家系統(tǒng)則是靠知識和推理來解決問題來解決問題( (不像傳統(tǒng)軟件系統(tǒng)使用固定的算法來解決不像傳統(tǒng)軟件系統(tǒng)使用固定的算法來解決問題問題), ), 所以所以, , 專家系統(tǒng)是基于知識的智能問題求解系專家系統(tǒng)是基于知識的智能問題求解系統(tǒng)。統(tǒng)。3.1 3.1 專家系統(tǒng)的基本概念專家

18、系統(tǒng)的基本概念 3 3）從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來看）從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來看, , 專家系統(tǒng)則強調(diào)知識與推理的專家系統(tǒng)則強調(diào)知識與推理的分離分離, , 因而系統(tǒng)具有很好的靈活性和可擴充性。因而系統(tǒng)具有很好的靈活性和可擴充性。 4 4）專家系統(tǒng)一般還具有解釋功能）專家系統(tǒng)一般還具有解釋功能, , 即在運行過程中一即在運行過程中一方面能回答用戶提出的問題方面能回答用戶提出的問題, ,另一方面還能對最后的輸另一方面還能對最后的輸出出( (結(jié)論結(jié)論) )或處理問題的過程作出解釋?；蛱幚韱栴}的過程作出解釋。 5 5）有些專家系統(tǒng)還具有）有些專家系統(tǒng)還具有“自學(xué)習(xí)自學(xué)習(xí)”能力能力, , 即不斷對自即不斷對自己的知識進行擴充

19、、完善和提煉。這一點是傳統(tǒng)系統(tǒng)己的知識進行擴充、完善和提煉。這一點是傳統(tǒng)系統(tǒng)所無法比擬的。所無法比擬的。 6 6）專家系統(tǒng)不像人那樣容易疲勞、遺忘）專家系統(tǒng)不像人那樣容易疲勞、遺忘, ,易受環(huán)境、易受環(huán)境、情緒等的影響情緒等的影響, , 它可始終如一地以專家級的高水平求它可始終如一地以專家級的高水平求3.1 3.1 專家系統(tǒng)的基本概念專家系統(tǒng)的基本概念 解問題。因此解問題。因此, , 從這種意義上講從這種意義上講, ,專家系統(tǒng)可以超過專專家系統(tǒng)可以超過專家本人。家本人。3.1.1 專家系統(tǒng)的定義與一般結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的定義與一般結(jié)構(gòu) 專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)的計算機程序系統(tǒng)有著完全不同專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)的計算機

20、程序系統(tǒng)有著完全不同的體系結(jié)構(gòu)，通常它由知識庫、推理機、綜合數(shù)據(jù)庫、的體系結(jié)構(gòu)，通常它由知識庫、推理機、綜合數(shù)據(jù)庫、知識獲取機制、解釋機制和人機接口等幾個基本的、知識獲取機制、解釋機制和人機接口等幾個基本的、獨立的部分所組成，其中尤以知識庫與推理機相互分獨立的部分所組成，其中尤以知識庫與推理機相互分離而別具特色。專家系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)隨專家系統(tǒng)的類離而別具特色。專家系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)隨專家系統(tǒng)的類型、功能和規(guī)模的不同，而有所差異。型、功能和規(guī)模的不同，而有所差異。 3.1.1 3.1.1 專家系統(tǒng)的定義與一般結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的定義與一般結(jié)構(gòu)（1）專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)接口知識庫解釋器計劃議程中間解調(diào)

21、度器協(xié)調(diào)器執(zhí)行器用戶黑板推理機知識庫推理機專家知識輸入或提問答案理想專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖專家系統(tǒng)的簡化結(jié)構(gòu)圖3.1.1 3.1.1 專家系統(tǒng)的定義與一般結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的定義與一般結(jié)構(gòu)1）專家系統(tǒng)的）專家系統(tǒng)的概念概念結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)3.1.1 3.1.1 專家系統(tǒng)的定義與一般結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的定義與一般結(jié)構(gòu)2）專家系統(tǒng)的）專家系統(tǒng)的理想理想結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)3.1.1 3.1.1 專家系統(tǒng)的定義與一般結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的定義與一般結(jié)構(gòu)3）專家系統(tǒng)的）專家系統(tǒng)的實際結(jié)構(gòu)示例實際結(jié)構(gòu)示例 3.1.1 3.1.1 專家系統(tǒng)的定義與一般結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的定義與一般結(jié)構(gòu)4）地質(zhì)圖件繪制智能輔助系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）地質(zhì)圖件繪制智能輔助系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 3.1.

22、1 3.1.1 專家系統(tǒng)的定義與一般結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的定義與一般結(jié)構(gòu)5）專家系統(tǒng)的）專家系統(tǒng)的黑板結(jié)構(gòu)黑板結(jié)構(gòu) 3.1.1 3.1.1 專家系統(tǒng)的定義與一般結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的定義與一般結(jié)構(gòu)6）網(wǎng)絡(luò)與分布式結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)與分布式結(jié)構(gòu)3.1.1 3.1.1 專家系統(tǒng)的定義與一般結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的定義與一般結(jié)構(gòu)（2）專家系統(tǒng)的主要組成部分專家系統(tǒng)的主要組成部分1）知識庫（）知識庫（knowledge base） 知識庫用于存儲某領(lǐng)域?qū)＜蚁到y(tǒng)的專門知知識庫用于存儲某領(lǐng)域?qū)＜蚁到y(tǒng)的專門知識，包括事實、可行操作與規(guī)則等。為了建立知識識，包括事實、可行操作與規(guī)則等。為了建立知識庫，要解決知識獲取和知識表示問題。知識獲取涉庫，

23、要解決知識獲取和知識表示問題。知識獲取涉及知識工程師及知識工程師(konwledge engineer)如何從專家如何從專家那里獲得專門知識的問題；知識表示則要解決如何那里獲得專門知識的問題；知識表示則要解決如何用計算機能夠理解的形式表達和存儲知識的問題。用計算機能夠理解的形式表達和存儲知識的問題。 2）綜合數(shù)據(jù)庫（）綜合數(shù)據(jù)庫（global database） 綜合數(shù)據(jù)庫又稱全局數(shù)據(jù)庫或總數(shù)據(jù)庫，它用綜合數(shù)據(jù)庫又稱全局數(shù)據(jù)庫或總數(shù)據(jù)庫，它用于存儲領(lǐng)域或問題的初始數(shù)據(jù)和推理過程中得到的于存儲領(lǐng)域或問題的初始數(shù)據(jù)和推理過程中得到的3.1.1 3.1.1 專家系統(tǒng)的定義與一般結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的定義與一

24、般結(jié)構(gòu) 中間數(shù)據(jù)中間數(shù)據(jù)(信息信息)，即被處理對象的一些當(dāng)前事實。，即被處理對象的一些當(dāng)前事實。 3）推理機（）推理機（reasoning machine） 推理機用于記憶所采用的規(guī)則和控制策略的程序，推理機用于記憶所采用的規(guī)則和控制策略的程序，使整個專家系統(tǒng)能夠以邏輯方式協(xié)調(diào)地工作。推理機能使整個專家系統(tǒng)能夠以邏輯方式協(xié)調(diào)地工作。推理機能夠根據(jù)知識進行推理和導(dǎo)出結(jié)論，而不是簡單地搜索現(xiàn)夠根據(jù)知識進行推理和導(dǎo)出結(jié)論，而不是簡單地搜索現(xiàn)成的答案。成的答案。4）解釋器（）解釋器（explanator） 解釋器能夠向用戶解釋專家系統(tǒng)的行為，包括解解釋器能夠向用戶解釋專家系統(tǒng)的行為，包括解釋釋推理結(jié)論

25、的正確性以及系統(tǒng)輸出其它候選解的原因。推理結(jié)論的正確性以及系統(tǒng)輸出其它候選解的原因。 3.1.1 3.1.1 專家系統(tǒng)的定義與一般結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的定義與一般結(jié)構(gòu) 5）接口（）接口（interface） 接口是人與系統(tǒng)進行信息交流的媒介，它為接口是人與系統(tǒng)進行信息交流的媒介，它為用戶提供了直觀方便的交互作用手段。接口的功能是用戶提供了直觀方便的交互作用手段。接口的功能是識別與解釋用戶向系統(tǒng)提供的命令、問題和數(shù)據(jù)等信識別與解釋用戶向系統(tǒng)提供的命令、問題和數(shù)據(jù)等信息，并把這些信息轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的內(nèi)部表示形式。另一息，并把這些信息轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的內(nèi)部表示形式。另一方面，接口也將系統(tǒng)向用戶提出的問題、得出的結(jié)果方

26、面，接口也將系統(tǒng)向用戶提出的問題、得出的結(jié)果和作出的解釋以用戶易于理解的形式提供給用戶。和作出的解釋以用戶易于理解的形式提供給用戶。3.1.2 3.1.2 專家系統(tǒng)的建造步驟專家系統(tǒng)的建造步驟一、一、專家系統(tǒng)的建造步驟專家系統(tǒng)的建造步驟 成功地建立系統(tǒng)的關(guān)鍵成功地建立系統(tǒng)的關(guān)鍵在于盡可能早地著手建立系在于盡可能早地著手建立系統(tǒng)，從一個比較小的系統(tǒng)開統(tǒng)，從一個比較小的系統(tǒng)開始，逐步擴充為一個具有相始，逐步擴充為一個具有相當(dāng)規(guī)模和日臻完善的試驗系當(dāng)規(guī)模和日臻完善的試驗系統(tǒng)。統(tǒng)。 3.1 專家系統(tǒng)的基本概念3.1.2 3.1.2 專家系統(tǒng)的建造步驟專家系統(tǒng)的建造步驟（1）設(shè)計初始化知識庫設(shè)計初始化知

27、識庫 1 1）問題知識化）問題知識化 即辨別所研究問題的實質(zhì)，如要解決的任務(wù)是什即辨別所研究問題的實質(zhì)，如要解決的任務(wù)是什么，它是如何定義的，可否把它分解為子問題或子任么，它是如何定義的，可否把它分解為子問題或子任務(wù)，包含哪些典型數(shù)據(jù)等。務(wù)，包含哪些典型數(shù)據(jù)等。 2 2）知識概念化）知識概念化 即概括知識表示所需要的關(guān)鍵概念及其關(guān)系，如即概括知識表示所需要的關(guān)鍵概念及其關(guān)系，如數(shù)據(jù)類型、已知條件（狀態(tài)）和目標(biāo)（狀態(tài)）、提出數(shù)據(jù)類型、已知條件（狀態(tài)）和目標(biāo)（狀態(tài)）、提出的假設(shè)以及控制策略等。的假設(shè)以及控制策略等。 3.1.2 3.1.2 專家系統(tǒng)的建造步驟專家系統(tǒng)的建造步驟 3 3）概念形式化）

28、概念形式化 即確定用來組織知識的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)用人工即確定用來組織知識的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)用人工智能中各種知識表示方法把與概念化過程有關(guān)的關(guān)鍵智能中各種知識表示方法把與概念化過程有關(guān)的關(guān)鍵概念、子問題及信息流特性等變換為比較正式的表達，概念、子問題及信息流特性等變換為比較正式的表達，包括假設(shè)空間、過程模型和數(shù)據(jù)特性等。包括假設(shè)空間、過程模型和數(shù)據(jù)特性等。 4 4）形式規(guī)則化）形式規(guī)則化 即編制規(guī)則、把形式化了的知識變換為由編程語即編制規(guī)則、把形式化了的知識變換為由編程語言表示的可供計算機執(zhí)行的語句和程序。言表示的可供計算機執(zhí)行的語句和程序。 5 5）規(guī)則合法化規(guī)則合法化 即確認規(guī)則化了的知識的

29、合理性，檢驗規(guī)則的有即確認規(guī)則化了的知識的合理性，檢驗規(guī)則的有3.1.2 3.1.2 專家系統(tǒng)的建造步驟專家系統(tǒng)的建造步驟 效性。效性。 （2）原型機的開發(fā)與試驗原型機的開發(fā)與試驗 在選定知識表達方法之后，即可著手建立整個系在選定知識表達方法之后，即可著手建立整個系統(tǒng)所需要的試驗子集，它包括整個模型的典型知識，統(tǒng)所需要的試驗子集，它包括整個模型的典型知識，而且只涉及與試驗有關(guān)的足夠簡單的任務(wù)和推理過程。而且只涉及與試驗有關(guān)的足夠簡單的任務(wù)和推理過程。（3）知識庫的改進與歸納知識庫的改進與歸納 反復(fù)對知識庫及推理規(guī)則進行改進試驗，歸納反復(fù)對知識庫及推理規(guī)則進行改進試驗，歸納出更完善的結(jié)果。出更完

30、善的結(jié)果。3.1.2 3.1.2 專家系統(tǒng)的建造步驟專家系統(tǒng)的建造步驟二、知識庫設(shè)計舉例二、知識庫設(shè)計舉例 醫(yī)療診斷知識庫層次結(jié)構(gòu)醫(yī)療診斷知識庫層次結(jié)構(gòu)3.1.2 3.1.2 專家系統(tǒng)的建造步驟專家系統(tǒng)的建造步驟三、專家系統(tǒng)的設(shè)計技巧三、專家系統(tǒng)的設(shè)計技巧 設(shè)計系統(tǒng)的許多工作，是由知識工程師來負擔(dān)設(shè)計系統(tǒng)的許多工作，是由知識工程師來負擔(dān)的，知識工程師要抽取專家的知識，把它表示成適合的，知識工程師要抽取專家的知識，把它表示成適合于計算機儲存的形式。雖然這個問題始終是一個技巧，于計算機儲存的形式。雖然這個問題始終是一個技巧，但也有一些對指導(dǎo)建立初始的實驗系統(tǒng)有用的準(zhǔn)則。但也有一些對指導(dǎo)建立初始的實

31、驗系統(tǒng)有用的準(zhǔn)則。這些準(zhǔn)則有：這些準(zhǔn)則有： (1) 設(shè)計系統(tǒng)時，首先集中精力研究一小部分假設(shè)，以設(shè)計系統(tǒng)時，首先集中精力研究一小部分假設(shè)，以及下述的觀測或觀察，也就是說，在設(shè)計實驗系統(tǒng)時，及下述的觀測或觀察，也就是說，在設(shè)計實驗系統(tǒng)時，先不要考慮那些不十分確定的事物。使用一部分結(jié)論，先不要考慮那些不十分確定的事物。使用一部分結(jié)論，只取那些確實可信的觀察和肯定的規(guī)則。只取那些確實可信的觀察和肯定的規(guī)則。 (2) 挑選那些最有利于區(qū)別各個假設(shè)的觀測。也就是挑選那些最有利于區(qū)別各個假設(shè)的觀測。也就是3.1.2 3.1.2 專家系統(tǒng)的建造步驟專家系統(tǒng)的建造步驟 說，應(yīng)用這些觀測可以把各種假設(shè)完全區(qū)分開

32、來。說，應(yīng)用這些觀測可以把各種假設(shè)完全區(qū)分開來。 (3) 在許多情況下，為得到許多所需的結(jié)論，可以有許在許多情況下，為得到許多所需的結(jié)論，可以有許多方式來組合觀測。在決定規(guī)則時，首先從確認或區(qū)多方式來組合觀測。在決定規(guī)則時，首先從確認或區(qū)分各種假設(shè)所需的數(shù)量最少的觀測組合開始。分各種假設(shè)所需的數(shù)量最少的觀測組合開始。 (4) 把那些并不具有很強的預(yù)測或區(qū)別能力的觀測組合把那些并不具有很強的預(yù)測或區(qū)別能力的觀測組合起來，以便通過觀測或結(jié)論之間的依賴關(guān)系來改善這起來，以便通過觀測或結(jié)論之間的依賴關(guān)系來改善這些觀測的區(qū)別能力。些觀測的區(qū)別能力。 (5) 建立中間假設(shè)。引入中間假設(shè)的目的是為了減少規(guī)建

33、立中間假設(shè)。引入中間假設(shè)的目的是為了減少規(guī)則數(shù)量和簡化推理過程。例如，由觀測的組合可以產(chǎn)則數(shù)量和簡化推理過程。例如，由觀測的組合可以產(chǎn)生中間假設(shè)組合生中間假設(shè)組合H1、H2和和H3。利用這些中間假設(shè)的。利用這些中間假設(shè)的組合合取組合合取(H1H2H3)可以減少產(chǎn)生式規(guī)則組合的可以減少產(chǎn)生式規(guī)則組合的增增3.1.2 3.1.2 專家系統(tǒng)的建造步驟專家系統(tǒng)的建造步驟 長率。同時，還可以采取以下的做法：先獨立地確定長率。同時，還可以采取以下的做法：先獨立地確定中間假設(shè)中間假設(shè)H，然后在進一步的推理中，利用，然后在進一步的推理中，利用H的肯定或的肯定或否定，而不是始終以事實來推理。否定，而不是始終以事

34、實來推理。 (6) 以各種事例來試驗所設(shè)計的系統(tǒng)。研究那些產(chǎn)生不以各種事例來試驗所設(shè)計的系統(tǒng)。研究那些產(chǎn)生不準(zhǔn)確結(jié)論的事例，并且確定系統(tǒng)可以做些什么修改以準(zhǔn)確結(jié)論的事例，并且確定系統(tǒng)可以做些什么修改以校正錯誤。修改系統(tǒng)后要檢驗系統(tǒng)對這些事例產(chǎn)生的校正錯誤。修改系統(tǒng)后要檢驗系統(tǒng)對這些事例產(chǎn)生的結(jié)果以及系統(tǒng)的這些修改對其它事例的影響。結(jié)果以及系統(tǒng)的這些修改對其它事例的影響。 四、四、專家系統(tǒng)的評價專家系統(tǒng)的評價 一個專家系統(tǒng)，在建立之后，必須經(jīng)過相當(dāng)長一個專家系統(tǒng)，在建立之后，必須經(jīng)過相當(dāng)長時間的運行檢驗，不斷對知識庫等進行改進，使系統(tǒng)時間的運行檢驗，不斷對知識庫等進行改進，使系統(tǒng)日臻完善。專家系

35、統(tǒng)的性能與效益如何，則通過對專日臻完善。專家系統(tǒng)的性能與效益如何，則通過對專家家3.1.2 3.1.2 專家系統(tǒng)的建造步驟專家系統(tǒng)的建造步驟 系統(tǒng)的評價，作出結(jié)論。下面討論專家系統(tǒng)的評價問系統(tǒng)的評價，作出結(jié)論。下面討論專家系統(tǒng)的評價問題。題。 (1) 評價專家系統(tǒng)的方法評價專家系統(tǒng)的方法 從本質(zhì)上說，試驗和評價專家系統(tǒng)與試驗及評從本質(zhì)上說，試驗和評價專家系統(tǒng)與試驗及評價專家是相同的。這是一個非常困難的問題?；旧蟽r專家是相同的。這是一個非常困難的問題?；旧嫌袃煞N方法。有兩種方法。第一種是簡單地啟發(fā)式地利用一組例子說明系統(tǒng)第一種是簡單地啟發(fā)式地利用一組例子說明系統(tǒng)的性能。描述在哪些情況下系統(tǒng)工

36、作良好。這和人們的性能。描述在哪些情況下系統(tǒng)工作良好。這和人們常?？恳恍┽t(yī)生成功地治愈的疑難病癥來說明醫(yī)生的常常靠一些醫(yī)生成功地治愈的疑難病癥來說明醫(yī)生的醫(yī)術(shù)非常相象。醫(yī)術(shù)非常相象。3.1.2 3.1.2 專家系統(tǒng)的建造步驟專家系統(tǒng)的建造步驟 第二種方法是實驗的方法。這種方法強調(diào)用實第二種方法是實驗的方法。這種方法強調(diào)用實驗的方法來評價系統(tǒng)在處理各種儲存在數(shù)據(jù)庫中的問驗的方法來評價系統(tǒng)在處理各種儲存在數(shù)據(jù)庫中的問題事例時的性能。題事例時的性能。 (2) 評價專家系統(tǒng)的內(nèi)容評價專家系統(tǒng)的內(nèi)容 當(dāng)專家系統(tǒng)完成時，應(yīng)對系統(tǒng)的各個方面都作當(dāng)專家系統(tǒng)完成時，應(yīng)對系統(tǒng)的各個方面都作出正式的評價，其中包括：

37、出正式的評價，其中包括：(a) 系統(tǒng)所作的決定和建議的質(zhì)量系統(tǒng)所作的決定和建議的質(zhì)量(b) 所用推理技術(shù)的正確性所用推理技術(shù)的正確性 (c) 人和計算機之間對話的質(zhì)量人和計算機之間對話的質(zhì)量 (d) 效率效率 (e) 成本效果成本效果(或工程經(jīng)濟分析或工程經(jīng)濟分析) 3.2 3.2 專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu)（1）專家系統(tǒng)的類型專家系統(tǒng)的類型1 1）按用途分類）按用途分類, ,專家系統(tǒng)可分為：診斷型、解釋型、預(yù)專家系統(tǒng)可分為：診斷型、解釋型、預(yù)測型、決策型、設(shè)計型、規(guī)劃型、控制型、調(diào)度型等測型、決策型、設(shè)計型、規(guī)劃型、控制型、調(diào)度型等幾種類型。幾種類型。2 2）按輸出

38、結(jié)果分類）按輸出結(jié)果分類, , 專家系統(tǒng)可分為分析型和設(shè)計型。專家系統(tǒng)可分為分析型和設(shè)計型。按知識表示分類按知識表示分類, ,可分為基于產(chǎn)生式規(guī)則的專家系統(tǒng)、可分為基于產(chǎn)生式規(guī)則的專家系統(tǒng)、基于一階謂詞的專家系統(tǒng)、基于框架的專家系統(tǒng)、基基于一階謂詞的專家系統(tǒng)、基于框架的專家系統(tǒng)、基于語義網(wǎng)絡(luò)的專家系統(tǒng)等。于語義網(wǎng)絡(luò)的專家系統(tǒng)等。3 3）按知識分類）按知識分類, , 專家系統(tǒng)又可分為精確推理型和不精確專家系統(tǒng)又可分為精確推理型和不精確3.2 3.2 專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu) 推理型推理型( (如模糊專家系統(tǒng)如模糊專家系統(tǒng)) )兩類。兩類。4 4）按采用的技術(shù)分類）按采

39、用的技術(shù)分類, , 專家系統(tǒng)可分為符號推理專家系專家系統(tǒng)可分為符號推理專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)。統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)。5 5）按規(guī)模分類）按規(guī)模分類, , 可分為大型協(xié)同式專家系統(tǒng)和微專家系可分為大型協(xié)同式專家系統(tǒng)和微專家系統(tǒng)。統(tǒng)。6 6）按結(jié)構(gòu)分類可分為集中式和分布式）按結(jié)構(gòu)分類可分為集中式和分布式, , 單機型和網(wǎng)絡(luò)型單機型和網(wǎng)絡(luò)型( (即網(wǎng)上專家系統(tǒng)即網(wǎng)上專家系統(tǒng)) )等。等。3.2 3.2 專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu) 一、一、 解釋專家系統(tǒng)解釋專家系統(tǒng)解釋專家系統(tǒng)的任務(wù)是通過對已知信息和數(shù)據(jù)的解釋專家系統(tǒng)的任務(wù)是通過對已知信息和數(shù)據(jù)的分析與解釋，確定它們的涵

40、義。解釋專家系統(tǒng)具有下分析與解釋，確定它們的涵義。解釋專家系統(tǒng)具有下列特點：列特點：(a) 系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)量很大，而且往往是不準(zhǔn)確系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)量很大，而且往往是不準(zhǔn)確的、有錯誤的或不完全的。的、有錯誤的或不完全的。(b) 系統(tǒng)能夠從不完全的信息中得出解釋，并能系統(tǒng)能夠從不完全的信息中得出解釋，并能對數(shù)據(jù)做出某些假設(shè)。對數(shù)據(jù)做出某些假設(shè)。(c) 系統(tǒng)的推理過程可能很復(fù)雜和很長，因而要求系統(tǒng)的推理過程可能很復(fù)雜和很長，因而要求系統(tǒng)具有對自身的推理過程作出解釋的能力。系統(tǒng)具有對自身的推理過程作出解釋的能力。3.2 3.2 專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu) 作為解釋專家系統(tǒng)的例子

41、有語音理解、圖象分析、系作為解釋專家系統(tǒng)的例子有語音理解、圖象分析、系統(tǒng)監(jiān)視、化學(xué)結(jié)構(gòu)分析和信號解釋等。例如，衛(wèi)星圖統(tǒng)監(jiān)視、化學(xué)結(jié)構(gòu)分析和信號解釋等。例如，衛(wèi)星圖象象(云圖等云圖等)分析、集成電路分析、分析、集成電路分析、DENDRAL化學(xué)結(jié)化學(xué)結(jié)構(gòu)分析、構(gòu)分析、ELAS石油測井?dāng)?shù)據(jù)分析、染色體分類、石油測井?dāng)?shù)據(jù)分析、染色體分類、PROSPECTOR地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)解釋和丘陵找水等實用地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)解釋和丘陵找水等實用系統(tǒng)。系統(tǒng)。 二、預(yù)測專家系統(tǒng)二、預(yù)測專家系統(tǒng) 預(yù)測專家系統(tǒng)的任務(wù)是通過對過去和現(xiàn)在已知狀況預(yù)測專家系統(tǒng)的任務(wù)是通過對過去和現(xiàn)在已知狀況的分析，推斷未來可能發(fā)生的情況。預(yù)測專家系統(tǒng)具的

42、分析，推斷未來可能發(fā)生的情況。預(yù)測專家系統(tǒng)具有下列特點：有下列特點： 3.2 3.2 專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu) (a) 系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)隨時間變化，而且可能是不準(zhǔn)系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)隨時間變化，而且可能是不準(zhǔn)確和不完全的。確和不完全的。 (b) 系統(tǒng)需要有適應(yīng)時間變化的動態(tài)模型，能夠從不系統(tǒng)需要有適應(yīng)時間變化的動態(tài)模型，能夠從不完全和不準(zhǔn)確的信息中得出預(yù)報，并達到快速響應(yīng)的完全和不準(zhǔn)確的信息中得出預(yù)報，并達到快速響應(yīng)的要求。要求。預(yù)測專家系統(tǒng)的例子有氣象預(yù)報、軍事預(yù)測、人預(yù)測專家系統(tǒng)的例子有氣象預(yù)報、軍事預(yù)測、人口預(yù)測、交通預(yù)測、經(jīng)濟預(yù)測和谷物產(chǎn)量預(yù)測等。例口預(yù)測、交通預(yù)測

43、、經(jīng)濟預(yù)測和谷物產(chǎn)量預(yù)測等。例如，惡劣氣候如，惡劣氣候(包括暴雨、颶風(fēng)、冰雹等包括暴雨、颶風(fēng)、冰雹等)預(yù)報、戰(zhàn)場預(yù)報、戰(zhàn)場前景預(yù)測和農(nóng)作物病蟲害預(yù)報等專家系統(tǒng)。前景預(yù)測和農(nóng)作物病蟲害預(yù)報等專家系統(tǒng)。 三、診斷專家系統(tǒng)三、診斷專家系統(tǒng)3.2 3.2 專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu) 診斷專家系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)觀察到的情況診斷專家系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)觀察到的情況(數(shù)據(jù)數(shù)據(jù))來來推斷出某個對象機能失常推斷出某個對象機能失常(即故障即故障)的原因。診斷專家系統(tǒng)的原因。診斷專家系統(tǒng)具有下列特點：具有下列特點： (a) 能夠了解被診斷對象或客體各組成部分的特性以能夠了解被診斷對象或客體各組成

44、部分的特性以及它們之間的聯(lián)系。及它們之間的聯(lián)系。 (b) 能夠區(qū)分一種現(xiàn)象及其所掩蓋的另一種現(xiàn)象。能夠區(qū)分一種現(xiàn)象及其所掩蓋的另一種現(xiàn)象。 (c) 能夠向用戶提出測量的數(shù)據(jù)，并從不確切信息中能夠向用戶提出測量的數(shù)據(jù)，并從不確切信息中得出盡可能正確的診斷。得出盡可能正確的診斷。診斷專家系統(tǒng)的例子特別多，有醫(yī)療診斷，電子機診斷專家系統(tǒng)的例子特別多，有醫(yī)療診斷，電子機械和軟件故障診斷以及材料失效診斷等。用于抗生素治械和軟件故障診斷以及材料失效診斷等。用于抗生素治療的療的MYCIN、肝功能檢驗的、肝功能檢驗的PUFF、青光眼治療的、青光眼治療的3.2 3.2 專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的主要類

45、型及其結(jié)構(gòu) CASNET、內(nèi)科疾病診斷的、內(nèi)科疾病診斷的INTERNIST-I和血清蛋白和血清蛋白診斷等醫(yī)療診斷專家系統(tǒng)，診斷等醫(yī)療診斷專家系統(tǒng)，IBM公司的計算機故障診斷公司的計算機故障診斷系統(tǒng)系統(tǒng)DART/DASD，火電廠鍋爐給水系統(tǒng)故障檢測與診，火電廠鍋爐給水系統(tǒng)故障檢測與診斷系統(tǒng)、雷達故障診斷系統(tǒng)和太空站熱力控制系統(tǒng)的故斷系統(tǒng)、雷達故障診斷系統(tǒng)和太空站熱力控制系統(tǒng)的故障檢測與診斷系統(tǒng)等、都是國內(nèi)外頗有名氣的實例。障檢測與診斷系統(tǒng)等、都是國內(nèi)外頗有名氣的實例。 四、設(shè)計專家系統(tǒng)四、設(shè)計專家系統(tǒng)設(shè)計專家系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)設(shè)計要求，求出滿足設(shè)設(shè)計專家系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)設(shè)計要求，求出滿足設(shè)計問題約

46、束的目標(biāo)配置。設(shè)計專家系統(tǒng)具有如下特點：計問題約束的目標(biāo)配置。設(shè)計專家系統(tǒng)具有如下特點： 3.2 3.2 專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu) (a) 善于從多方面的約束中得到符合要求的設(shè)善于從多方面的約束中得到符合要求的設(shè)計結(jié)果。計結(jié)果。 (b) 系統(tǒng)需要檢索較大的可能解空間。系統(tǒng)需要檢索較大的可能解空間。 (c) 善于分析各種子問題，并處理好子問題間的相善于分析各種子問題，并處理好子問題間的相互作用?；プ饔谩?(d) 能夠試驗性地構(gòu)造出可能設(shè)計，并易于對所能夠試驗性地構(gòu)造出可能設(shè)計，并易于對所得設(shè)計方案進行修改。得設(shè)計方案進行修改。 (e) 能夠使用已被證明是正確的設(shè)計來解

47、釋當(dāng)前的能夠使用已被證明是正確的設(shè)計來解釋當(dāng)前的(新的新的)設(shè)計。設(shè)計。 設(shè)計專家系統(tǒng)涉及電路設(shè)計專家系統(tǒng)涉及電路(如數(shù)字電路和集成電路如數(shù)字電路和集成電路)設(shè)計、土木建筑工程設(shè)計、計算機結(jié)構(gòu)設(shè)計、機械產(chǎn)設(shè)計、土木建筑工程設(shè)計、計算機結(jié)構(gòu)設(shè)計、機械產(chǎn)3.2 3.2 專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu) 品設(shè)計和生產(chǎn)工藝設(shè)計等。比較有影響的專家設(shè)計品設(shè)計和生產(chǎn)工藝設(shè)計等。比較有影響的專家設(shè)計系統(tǒng)有系統(tǒng)有VAX計算機結(jié)構(gòu)設(shè)計專家系統(tǒng)計算機結(jié)構(gòu)設(shè)計專家系統(tǒng)R1(XCOM)、浙、浙江大學(xué)的花布立體感圖案設(shè)計和花布印染專家系統(tǒng)、江大學(xué)的花布立體感圖案設(shè)計和花布印染專家系統(tǒng)、大規(guī)模集成電路

48、設(shè)計專家系統(tǒng)以及齒輪加工工藝設(shè)計大規(guī)模集成電路設(shè)計專家系統(tǒng)以及齒輪加工工藝設(shè)計專家系統(tǒng)等。專家系統(tǒng)等。 五、規(guī)劃專家系統(tǒng)五、規(guī)劃專家系統(tǒng)規(guī)劃專家系統(tǒng)的任務(wù)在于尋找出某個能夠達到給規(guī)劃專家系統(tǒng)的任務(wù)在于尋找出某個能夠達到給定目標(biāo)的動作序列或步驟。規(guī)劃專家系統(tǒng)的特點如下：定目標(biāo)的動作序列或步驟。規(guī)劃專家系統(tǒng)的特點如下： (a) 所要規(guī)劃的目標(biāo)可能是動態(tài)的或靜態(tài)的，因而所要規(guī)劃的目標(biāo)可能是動態(tài)的或靜態(tài)的，因而需要對未來動作做出預(yù)測。需要對未來動作做出預(yù)測。3.2 3.2 專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu) (b) 所涉及的問題可能很復(fù)雜，要求系統(tǒng)能抓住重所涉及的問題可能很復(fù)雜，要求

49、系統(tǒng)能抓住重點，處理好各子目標(biāo)間的關(guān)系和不確定的數(shù)據(jù)信息，點，處理好各子目標(biāo)間的關(guān)系和不確定的數(shù)據(jù)信息，并通過試驗性動作得出可行規(guī)劃。并通過試驗性動作得出可行規(guī)劃。規(guī)劃專家系統(tǒng)可用于機器人規(guī)劃、交通運輸調(diào)度、規(guī)劃專家系統(tǒng)可用于機器人規(guī)劃、交通運輸調(diào)度、工程項目論證、通信與軍事指揮以及農(nóng)作物施肥方案工程項目論證、通信與軍事指揮以及農(nóng)作物施肥方案規(guī)劃等。比較典型的規(guī)劃專家系統(tǒng)的例子有規(guī)劃等。比較典型的規(guī)劃專家系統(tǒng)的例子有3界界3號軍號軍事指揮調(diào)度系統(tǒng)、事指揮調(diào)度系統(tǒng)、ROPES機器人規(guī)劃專家系統(tǒng)、汽車機器人規(guī)劃專家系統(tǒng)、汽車和火車運行調(diào)度專家系統(tǒng)以及小麥和水稻施肥專家系和火車運行調(diào)度專家系統(tǒng)以及小

50、麥和水稻施肥專家系統(tǒng)等。統(tǒng)等。六、監(jiān)視專家系統(tǒng)六、監(jiān)視專家系統(tǒng)3.2 3.2 專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu) 監(jiān)視專家系統(tǒng)的任務(wù)在于對系統(tǒng)、對象或過程的行監(jiān)視專家系統(tǒng)的任務(wù)在于對系統(tǒng)、對象或過程的行為進行不斷觀察，并把觀察到的行為與其應(yīng)當(dāng)具有的為進行不斷觀察，并把觀察到的行為與其應(yīng)當(dāng)具有的行為進行比較，以發(fā)現(xiàn)異常情況，發(fā)出警報。監(jiān)視專行為進行比較，以發(fā)現(xiàn)異常情況，發(fā)出警報。監(jiān)視專家系統(tǒng)具有下列特點：家系統(tǒng)具有下列特點：(a) 系統(tǒng)應(yīng)具有快速反應(yīng)能力，在造成事故之前系統(tǒng)應(yīng)具有快速反應(yīng)能力，在造成事故之前及時發(fā)出警報。及時發(fā)出警報。(b) 系統(tǒng)發(fā)出的警報要有很高的準(zhǔn)確性。在需

51、要系統(tǒng)發(fā)出的警報要有很高的準(zhǔn)確性。在需要發(fā)出警報時發(fā)警報，在不需要發(fā)出警報時不得輕易發(fā)發(fā)出警報時發(fā)警報，在不需要發(fā)出警報時不得輕易發(fā)警報警報(假警報假警報)。 (c) 系統(tǒng)能夠隨時間和條件的變化而動態(tài)地處理其系統(tǒng)能夠隨時間和條件的變化而動態(tài)地處理其輸入信息。輸入信息。3.2 3.2 專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu) 監(jiān)視專家系統(tǒng)可用于核電站的安全監(jiān)視、防空監(jiān)視監(jiān)視專家系統(tǒng)可用于核電站的安全監(jiān)視、防空監(jiān)視與警報、國家財政的監(jiān)控、傳染病疫情監(jiān)視及農(nóng)作物與警報、國家財政的監(jiān)控、傳染病疫情監(jiān)視及農(nóng)作物病蟲害監(jiān)視與警報等。粘蟲測報專家系統(tǒng)是監(jiān)視專家病蟲害監(jiān)視與警報等。粘蟲測報專家系統(tǒng)

52、是監(jiān)視專家系統(tǒng)的一個實例。系統(tǒng)的一個實例。 七、控制專家系統(tǒng)七、控制專家系統(tǒng)控制專家系統(tǒng)的任務(wù)是自適應(yīng)地管理一個受控對控制專家系統(tǒng)的任務(wù)是自適應(yīng)地管理一個受控對象或客體的全面行為，使之滿足預(yù)期要求。象或客體的全面行為，使之滿足預(yù)期要求。 控制專家系統(tǒng)的特點為：能夠解釋當(dāng)前情況，控制專家系統(tǒng)的特點為：能夠解釋當(dāng)前情況，預(yù)測未來可能發(fā)生的情況，診斷可能發(fā)生的問題及其預(yù)測未來可能發(fā)生的情況，診斷可能發(fā)生的問題及其原因，不斷修正計劃，并控制計劃的執(zhí)行。也就是說，原因，不斷修正計劃，并控制計劃的執(zhí)行。也就是說，3.2 3.2 專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu) 控制專家系統(tǒng)具有解釋、預(yù)

53、報、診斷、規(guī)劃和執(zhí)控制專家系統(tǒng)具有解釋、預(yù)報、診斷、規(guī)劃和執(zhí)行等多種功能。行等多種功能?？罩薪煌ü苤啤⑸虡I(yè)管理、自主機器人控制、作空中交通管制、商業(yè)管理、自主機器人控制、作戰(zhàn)管理、生產(chǎn)過程控制和生產(chǎn)質(zhì)量控制等都是控制專戰(zhàn)管理、生產(chǎn)過程控制和生產(chǎn)質(zhì)量控制等都是控制專家系統(tǒng)的潛在應(yīng)用方面。例如，已經(jīng)對海、陸、空自家系統(tǒng)的潛在應(yīng)用方面。例如，已經(jīng)對海、陸、空自主車、生產(chǎn)線調(diào)度和產(chǎn)品質(zhì)量控制等課題進行控制專主車、生產(chǎn)線調(diào)度和產(chǎn)品質(zhì)量控制等課題進行控制專家系統(tǒng)的研究。家系統(tǒng)的研究。 八、調(diào)試專家系統(tǒng)八、調(diào)試專家系統(tǒng) 調(diào)試專家系統(tǒng)的任務(wù)是對失靈的對象給出處理調(diào)試專家系統(tǒng)的任務(wù)是對失靈的對象給出處理意見和方

54、法。調(diào)試專家系統(tǒng)的特點是同時具有規(guī)劃、意見和方法。調(diào)試專家系統(tǒng)的特點是同時具有規(guī)劃、設(shè)計、預(yù)報和診斷等專家系統(tǒng)的功能。調(diào)試專家系統(tǒng)設(shè)計、預(yù)報和診斷等專家系統(tǒng)的功能。調(diào)試專家系統(tǒng)可可3.2 3.2 專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu) 用于新產(chǎn)品或新系統(tǒng)的調(diào)試，也可用于維修站進用于新產(chǎn)品或新系統(tǒng)的調(diào)試，也可用于維修站進行被修設(shè)備的調(diào)整、測量與試驗。在這方面的實例還行被修設(shè)備的調(diào)整、測量與試驗。在這方面的實例還很少見。很少見。 九、教學(xué)專家系統(tǒng)九、教學(xué)專家系統(tǒng)教學(xué)專家系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)學(xué)生的特點、弱點和教學(xué)專家系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)學(xué)生的特點、弱點和基礎(chǔ)知識，以最適當(dāng)?shù)慕贪负徒虒W(xué)方法對學(xué)生

55、進行教基礎(chǔ)知識，以最適當(dāng)?shù)慕贪负徒虒W(xué)方法對學(xué)生進行教學(xué)和輔導(dǎo)。學(xué)和輔導(dǎo)。教學(xué)專家系統(tǒng)的特點為：教學(xué)專家系統(tǒng)的特點為：(a) 同時具有診斷和調(diào)試等功能。同時具有診斷和調(diào)試等功能。(b) 具有良好的人機界面。具有良好的人機界面。 3.2 3.2 專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu) 已經(jīng)開發(fā)和應(yīng)用的教學(xué)專家系統(tǒng)有美國麻省理工已經(jīng)開發(fā)和應(yīng)用的教學(xué)專家系統(tǒng)有美國麻省理工學(xué)院的學(xué)院的MACSYMA符號積分與定理證明系統(tǒng)，我國一符號積分與定理證明系統(tǒng)，我國一些大學(xué)開發(fā)的計算機程序設(shè)計語言和物理智能計算機些大學(xué)開發(fā)的計算機程序設(shè)計語言和物理智能計算機輔助教學(xué)系統(tǒng)以及聾啞人語言訓(xùn)練專家系統(tǒng)等。

56、輔助教學(xué)系統(tǒng)以及聾啞人語言訓(xùn)練專家系統(tǒng)等。十、修理專家系統(tǒng)十、修理專家系統(tǒng)修理專家系統(tǒng)的任務(wù)是對發(fā)生故障的對象修理專家系統(tǒng)的任務(wù)是對發(fā)生故障的對象(系統(tǒng)或系統(tǒng)或設(shè)備設(shè)備)進行處理，使其恢復(fù)正常工作。修理專家系統(tǒng)具進行處理，使其恢復(fù)正常工作。修理專家系統(tǒng)具有診斷、調(diào)試、計劃和執(zhí)行等功能。美國貝爾實驗室有診斷、調(diào)試、計劃和執(zhí)行等功能。美國貝爾實驗室的的ACI電話和有線電視維護修理系統(tǒng)是修理專家系統(tǒng)電話和有線電視維護修理系統(tǒng)是修理專家系統(tǒng)的一個應(yīng)用實例。的一個應(yīng)用實例。 此外，還有決策專家系統(tǒng)和咨詢專家系統(tǒng)等。此外，還有決策專家系統(tǒng)和咨詢專家系統(tǒng)等。3.2.1 3.2.1 基于規(guī)則的專家系統(tǒng)基于規(guī)則

57、的專家系統(tǒng)(1) 基于規(guī)則專家系統(tǒng)的工作模型基于規(guī)則專家系統(tǒng)的工作模型知識庫 （規(guī)則）工作存儲器（事實）推理機3.2.1 3.2.1 基于規(guī)則的專家系統(tǒng)基于規(guī)則的專家系統(tǒng)1) 知識庫：知識庫：以一套規(guī)則建立人的長期存儲器模型。以一套規(guī)則建立人的長期存儲器模型。2）工作存儲器：）工作存儲器：建立人的短期存儲器模型，存放問建立人的短期存儲器模型，存放問題事實和由規(guī)則激發(fā)而推斷出的新事實。題事實和由規(guī)則激發(fā)而推斷出的新事實。3）推理機：）推理機：借助于把存放在工作存儲器內(nèi)的問題事借助于把存放在工作存儲器內(nèi)的問題事實和存放在知識庫內(nèi)的規(guī)則結(jié)合起來，建立人的推實和存放在知識庫內(nèi)的規(guī)則結(jié)合起來，建立人的推

58、理模型，以推斷出新的信息。理模型，以推斷出新的信息。 解釋器解釋器用戶界面用戶界面開發(fā)界面開發(fā)界面外部程序外部程序工作存儲器工作存儲器推理機知識庫知識庫用戶用戶知識工程師知識工程師3.2.1 3.2.1 基于規(guī)則的專家系統(tǒng)基于規(guī)則的專家系統(tǒng)(2) 基于規(guī)則專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基于規(guī)則專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)3.2.1 3.2.1 基于規(guī)則的專家系統(tǒng)基于規(guī)則的專家系統(tǒng)1） 用戶界面（接口）：用戶通過該界面來觀察系統(tǒng)，用戶界面（接口）：用戶通過該界面來觀察系統(tǒng)， 并與系統(tǒng)對話（交互）。并與系統(tǒng)對話（交互）。 2）開發(fā)界面：知識工程師通過該界面對專家系統(tǒng)進）開發(fā)界面：知識工程師通過該界面對專家系統(tǒng)進行開發(fā)。行開發(fā)。

59、 3）解釋器：對系統(tǒng)的推理提供解釋。）解釋器：對系統(tǒng)的推理提供解釋。4）外部程序：如數(shù)據(jù)庫、擴展盤和算法等，對專家）外部程序：如數(shù)據(jù)庫、擴展盤和算法等，對專家系統(tǒng)的工作起支持作用。系統(tǒng)的工作起支持作用。 3.2.1 3.2.1 基于規(guī)則的專家系統(tǒng)基于規(guī)則的專家系統(tǒng)3.2.1 3.2.1 基于規(guī)則的專家系統(tǒng)基于規(guī)則的專家系統(tǒng)（3）基于規(guī)則的專家系統(tǒng)舉例基于規(guī)則的專家系統(tǒng)舉例 使用事實和規(guī)則的使用事實和規(guī)則的AI推理技術(shù)的最成功應(yīng)用之一推理技術(shù)的最成功應(yīng)用之一是建立專家系統(tǒng)，專家系統(tǒng)包含了人類努力探索的一是建立專家系統(tǒng)，專家系統(tǒng)包含了人類努力探索的一個專門領(lǐng)域的知識，如醫(yī)療、教育、工程和商業(yè)等。個

60、專門領(lǐng)域的知識，如醫(yī)療、教育、工程和商業(yè)等。 EMYCIN中，采用的是逆向鏈深度優(yōu)先的控制策中，采用的是逆向鏈深度優(yōu)先的控制策略，它提供了專門的規(guī)則語言來表示領(lǐng)域知識，基本略，它提供了專門的規(guī)則語言來表示領(lǐng)域知識，基本的規(guī)則形式是：的規(guī)則形式是：(IF前提前提THEN行為行為ELSE行為行為) 當(dāng)前提為真時，該規(guī)則將前提與一個行為結(jié)合起當(dāng)前提為真時，該規(guī)則將前提與一個行為結(jié)合起來，否則與另一個行為結(jié)合起來，并且可以用一個來，否則與另一個行為結(jié)合起來，并且可以用一個-1到到+1之間的數(shù)字來表示在該前提下行為的可信程度。之間的數(shù)字來表示在該前提下行為的可信程度。如一條判斷細菌類別的規(guī)則可表示如下：