工學(xué)安徽大學(xué)高級(jí)人工智能課件

人工智能

ArtificialIntelligence

1/11/20231安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院第五章專家系統(tǒng)5.1專家系統(tǒng)概述5.5新型專家系統(tǒng)5.2基于規(guī)則的專家系統(tǒng)5.6專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.3基于框架的專家系統(tǒng)5.7專家系統(tǒng)開發(fā)工具5.4基于模型的專家系統(tǒng)5.8專家系統(tǒng)實(shí)例1/11/20232安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院5.1專家系統(tǒng)概述專家系統(tǒng)(expertsystem)是人工智能應(yīng)用探討最活躍和最廣泛的課題之一定義：是一個(gè)含有大量的某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜宜降膶W(xué)問與閱歷的智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，能夠利用人類專家的學(xué)問和解決問題的方法來處理該領(lǐng)域問題1/11/20233安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院5.1.1專家系統(tǒng)特點(diǎn)專家系統(tǒng)具有一些共同的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)專家系統(tǒng)具有下列3個(gè)特點(diǎn)：?jiǎn)l(fā)性透亮性靈敏性專家系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)存在八個(gè)方面(P201)

1/11/20234安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院5.1.2專家系統(tǒng)的類型

說明專家系統(tǒng)預(yù)料專家系統(tǒng)診斷專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)規(guī)劃專家系統(tǒng)監(jiān)視專家系統(tǒng)限制專家系統(tǒng)調(diào)試專家系統(tǒng)教學(xué)專家系統(tǒng)修理專家系統(tǒng)1/11/20235安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1.說明專家系統(tǒng)

(expertsystemforinterpretation)任務(wù)通過對(duì)過去和現(xiàn)在已知狀況的分析，推斷將來可能發(fā)生的狀況特點(diǎn)數(shù)據(jù)量很大，常不精確、有錯(cuò)誤、不完全能從不完全的信息中得出說明，并能對(duì)數(shù)據(jù)做出某些假設(shè)推理過程可能很困難和很長(zhǎng)例子語音理解、圖象分析、系統(tǒng)監(jiān)視、化學(xué)結(jié)構(gòu)分析和信號(hào)說明等1/11/20236安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2.預(yù)料專家系統(tǒng)

(expertsystemforprediction)任務(wù)通過對(duì)已知信息和數(shù)據(jù)的分析與說明，確定它們的涵義。特點(diǎn)系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)隨時(shí)間變更，且可能是不精確和不完全系統(tǒng)須要有適應(yīng)時(shí)間變更的動(dòng)態(tài)模型例子有氣象預(yù)報(bào)、軍事預(yù)料等1/11/20237安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院3.診斷專家系統(tǒng)

(expertsystemfordiagnosis)任務(wù)依據(jù)視察到的狀況(數(shù)據(jù))來推斷出某個(gè)對(duì)象機(jī)能失常(即故障)的緣由特點(diǎn)能夠了解被診斷對(duì)象或客體各組成部分的特性以及它們之間的聯(lián)系能夠區(qū)分一種現(xiàn)象及其所掩蓋的另一種現(xiàn)象能夠向用戶提出測(cè)量的數(shù)據(jù)，并從不精確信息中得出盡可能正確的診斷例子有醫(yī)療診斷、故障診斷等1/11/20238安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院4.設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)

(expertsystemfordesign)任務(wù)找尋出某個(gè)能夠達(dá)到給定目標(biāo)的動(dòng)作序列或步驟特點(diǎn)從多種約束中得到符合要求的設(shè)計(jì)系統(tǒng)須要檢索較大的可能解空間能試驗(yàn)性地構(gòu)造出可能設(shè)計(jì)，易于修改能夠運(yùn)用已有設(shè)計(jì)來說明當(dāng)前新的設(shè)計(jì)例子VAX計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)等1/11/20239安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院5.規(guī)劃專家系統(tǒng)

(expertsystemforplanning)任務(wù)找尋出某個(gè)能夠達(dá)到給定目標(biāo)的動(dòng)作序列或步驟特點(diǎn)所要規(guī)劃的目標(biāo)可能是動(dòng)態(tài)的或靜態(tài)的，須要對(duì)將來動(dòng)作做出預(yù)料所涉及的問題可能很困難例子軍事指揮調(diào)度系統(tǒng)、ROPES機(jī)器人規(guī)劃專家系統(tǒng)、汽車和火車運(yùn)行調(diào)度專家系統(tǒng)等。1/11/202310安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院6.監(jiān)視專家系統(tǒng)

(expertsystemformonitoring)任務(wù)對(duì)系統(tǒng)、對(duì)象或過程的行為進(jìn)行不斷視察，并把視察到的行為與其應(yīng)當(dāng)具有的行為進(jìn)行比較，以發(fā)覺異樣狀況，發(fā)出警報(bào)特點(diǎn)系統(tǒng)應(yīng)具有快速反應(yīng)實(shí)力系統(tǒng)發(fā)出的警報(bào)要有很高的精確性系統(tǒng)能夠動(dòng)態(tài)地處理其輸入信息例子防空監(jiān)視、蟲害測(cè)報(bào)專家系統(tǒng)1/11/202311安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院7.限制專家系統(tǒng)

(expertsystemforcontrol)任務(wù)自適應(yīng)地管理一個(gè)受控對(duì)象或客體的全面行為，使之滿足預(yù)期要求特點(diǎn)限制專家系統(tǒng)具有說明、預(yù)報(bào)、診斷、規(guī)劃和執(zhí)行等多種功能例子空中交通管制、商業(yè)管理、自主機(jī)器人限制、作戰(zhàn)管理、生產(chǎn)過程限制和生產(chǎn)質(zhì)量限制等1/11/202312安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院8.調(diào)試專家系統(tǒng)

(expertsystemfordebugging)

任務(wù)對(duì)失靈的對(duì)象給出處理看法和方法特點(diǎn)同時(shí)具有規(guī)劃、設(shè)計(jì)、預(yù)報(bào)和診斷等專家系統(tǒng)的功能例子在這方面的實(shí)例還比較少見。程序調(diào)試。1/11/202313安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院9.教學(xué)專家系統(tǒng)

(expertsystemforinstruction)任務(wù)依據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)，以適當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)和輔導(dǎo)特點(diǎn)同時(shí)具有診斷和調(diào)試等功能具有良好的人機(jī)界面例子MACSYMA符號(hào)積分與定理證明系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言和物理智能計(jì)算機(jī)幫助教學(xué)系統(tǒng)等1/11/202314安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院10.修理專家系統(tǒng)

(expertsystemforrepair)

任務(wù)對(duì)發(fā)生故障的對(duì)象(系統(tǒng)或設(shè)備)進(jìn)行處理，使其復(fù)原正常工作功能有診斷、調(diào)試、支配和執(zhí)行等功能例子電視維護(hù)修理系統(tǒng)1/11/202315安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院5.1.3專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和建立步驟專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)定義：指專家系統(tǒng)各組成部分的構(gòu)造方法和組織形式學(xué)問庫推理機(jī)專家知識(shí)輸入或提問答案圖5.1專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1/11/202316安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院志向?qū)＜蚁到y(tǒng)圖5.2則為志向?qū)＜蚁到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖接口用戶事實(shí)規(guī)則支配議程中間解黑板學(xué)問庫說明器執(zhí)行器調(diào)度器協(xié)調(diào)器1/11/202317安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院一般應(yīng)用程序與專家系統(tǒng)的區(qū)分：一般應(yīng)用程序

專家系統(tǒng)把問題求解的學(xué)問隱含地編入程序。把學(xué)問組織為兩級(jí)：數(shù)據(jù)級(jí)和程序級(jí)。把其應(yīng)用領(lǐng)域的問題求解學(xué)問單獨(dú)組成一個(gè)實(shí)體。即為學(xué)問庫。將學(xué)問組織成三級(jí)；數(shù)據(jù)、學(xué)問庫和限制。1/11/202318安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)問化問題圖5.3建立專家系統(tǒng)的步驟合法化概念化形式化規(guī)則化學(xué)問概念結(jié)構(gòu)形式規(guī)則再設(shè)計(jì)改進(jìn)重新闡述2.專家系統(tǒng)的建立步驟1/11/202319安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院建立系統(tǒng)的一般步驟如下設(shè)計(jì)初始學(xué)問庫問題學(xué)問化學(xué)問概念化概念形式化形式規(guī)則化規(guī)則合法化原型機(jī)（prototype）的開發(fā)與試驗(yàn)學(xué)問庫的改進(jìn)與歸納

規(guī)則1/11/202320安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院5.2基于規(guī)則的專家系統(tǒng)學(xué)問庫（規(guī)則）工作存儲(chǔ)器（事實(shí)）推理機(jī)1.基于規(guī)則的專家系統(tǒng)的工作模型圖5.4基于規(guī)則的工作模型1/11/202321安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院基于規(guī)則的專家系統(tǒng)接受下列

模塊來建立產(chǎn)生式系統(tǒng)的模型：學(xué)問庫以一套規(guī)則建立人的長(zhǎng)期存儲(chǔ)器模型工作存儲(chǔ)器建立人的短期存儲(chǔ)器模型，存放問題事實(shí)和由規(guī)則激發(fā)而推斷出的新事實(shí)推理機(jī)借助于把存放在工作存儲(chǔ)器內(nèi)的問題事實(shí)和存放在學(xué)問庫內(nèi)的規(guī)則結(jié)合起來，建立人的推理模型，以推斷出新的信息1/11/202322安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2.基于規(guī)則專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)解釋器用戶界面開發(fā)界面外部程序工作存儲(chǔ)器推理機(jī)知識(shí)庫用戶知識(shí)工程師圖5.5基于規(guī)則專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1/11/202323安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院5.3基于框架的專家系統(tǒng)1.面對(duì)目標(biāo)編程與基于框架設(shè)計(jì)基于框架的專家系統(tǒng)建立在框架的基礎(chǔ)之上基于框架的專家系統(tǒng)接受面對(duì)目標(biāo)編程技術(shù)基于框架的設(shè)計(jì)和面對(duì)目標(biāo)的編程共享很多特征在設(shè)計(jì)基于框架系統(tǒng)時(shí)，專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者們把目標(biāo)叫做框架1/11/202324安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院特征名稱值側(cè)面規(guī)則目標(biāo)議程表人類男人女人約翰李勇麗達(dá)王紅類（class）槽(Slots)子類（subclass)例子(instances)規(guī)則(rules)目標(biāo)議程表(goalagenda)2.基于框架專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖5.6人類的框架分層結(jié)構(gòu)1/11/202325安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院3.基于框架專家系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法基于框架專家系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)步驟與基于規(guī)則的專家系統(tǒng)相像。主要差別在于如何看待和運(yùn)用學(xué)問在設(shè)計(jì)基于框架的專家系統(tǒng)時(shí)，把整個(gè)問題和每件事想像為編織起來的事物在辨識(shí)事物之后，找尋把這些事物組織起來的方法對(duì)于任何類型的專家系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)是個(gè)高度交互的過程1/11/202326安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院5.4基于模型的專家系統(tǒng)1.基于模型專家系統(tǒng)的提出關(guān)于人工智能的一個(gè)觀點(diǎn):人工智能是對(duì)各種定性模型的獲得、表達(dá)和運(yùn)用的計(jì)算方法進(jìn)行探討的學(xué)問。基于邏輯心理模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、定性物理模型、可視學(xué)問模型在諸多模型中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的應(yīng)用最為廣泛1/11/202327安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的專家系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型從學(xué)問表示、推理機(jī)制到限制方式，與目前專家系統(tǒng)中的基于邏輯的心理模型有本質(zhì)的區(qū)分三種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與專家系統(tǒng)集成模式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)支持專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)支持神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同式的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)1/11/202328安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)學(xué)問獲得學(xué)習(xí)示例網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)算法解釋器專家神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用戶知識(shí)庫推理機(jī)圖5.7神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1/11/202329安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)的幾個(gè)問題探討神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)問表示是一種隱式表示神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過實(shí)例學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)學(xué)問自動(dòng)獲得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的推理是個(gè)正向非線性數(shù)值計(jì)算過程，同時(shí)也是一種并行推理機(jī)制同一學(xué)問領(lǐng)域的幾個(gè)獨(dú)立的專家系統(tǒng)可組合成更大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)1/11/202330安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院5.5新型專家系統(tǒng)5.5.1新型專家系統(tǒng)的特征并行與分布處理多專家系統(tǒng)協(xié)同工作高級(jí)語言和學(xué)問語言描述具有自學(xué)習(xí)功能引入新的推理機(jī)制具有自糾錯(cuò)和自完善實(shí)力先進(jìn)的智能人機(jī)接口1/11/202331安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院5.5.2分布式專家系統(tǒng)主要目的：把一個(gè)專家系統(tǒng)的功能經(jīng)分解以后分布到多個(gè)處理器上去并行地工作，從而在總體上提高系統(tǒng)的處理效率。可以工作在緊耦合的多處理器系統(tǒng)環(huán)境中，也可工作在松耦合的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境里，所以其總體結(jié)構(gòu)在很大程度上依靠于其所在的硬件環(huán)境。1/11/202332安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)分布式專家系統(tǒng)，須要解決的問題：功能分布把分解得到的系統(tǒng)各部分功能或任務(wù)合理均衡地支配到各處理節(jié)點(diǎn)上去學(xué)問分布依據(jù)功能分布的狀況把有關(guān)學(xué)問經(jīng)合理劃分以后支配到各處理節(jié)點(diǎn)上。接口設(shè)計(jì)各部分間接口的設(shè)計(jì)目的是要達(dá)到各部分之間相互通訊和同步簡(jiǎn)潔進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一方面依靠于應(yīng)用的環(huán)境與性質(zhì)，另一方面依靠于其所處的硬件環(huán)境驅(qū)動(dòng)方式可供選擇的幾種驅(qū)動(dòng)方式(1)限制驅(qū)動(dòng)(2)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)(3)需求驅(qū)動(dòng)(4)事務(wù)驅(qū)動(dòng)1/11/202333安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院5.5.3協(xié)同式專家系統(tǒng)一般專家系統(tǒng)解題的領(lǐng)域面很窄協(xié)同式多專家系統(tǒng)是克服一般專家系統(tǒng)的局限性的一個(gè)重要途徑。協(xié)同式多專家系統(tǒng)亦可稱“群專家系統(tǒng)”1/11/202334安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院設(shè)計(jì)與建立一個(gè)協(xié)同式多專家系統(tǒng)，

須要解決的問題：任務(wù)的分解公共學(xué)問的導(dǎo)出探討方式：黑板裁決問題：如少數(shù)聽從多數(shù)、加權(quán)法等驅(qū)動(dòng)方式1/11/202335安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院5.6專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為以下兩部分介紹以設(shè)計(jì)一個(gè)基于規(guī)則的修理詢問系統(tǒng)為例，說明專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程。這一過程包括描述專家學(xué)問、應(yīng)用學(xué)問和說明決策等。專家學(xué)問的描述學(xué)問的運(yùn)用和決策說明1/11/202336安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院5.6.1專家學(xué)問的描述結(jié)論的表示結(jié)論規(guī)定了所涉及特地學(xué)問的范圍觀測(cè)的表示觀測(cè)是得到結(jié)論所須要的視察或量測(cè)結(jié)果推理規(guī)則的表示產(chǎn)生式規(guī)則是決策規(guī)則最為常用的表示形式可依據(jù)觀測(cè)和假設(shè)之間的邏輯關(guān)系分成3類：1)從觀測(cè)到觀測(cè)的規(guī)則（FF規(guī)則）FactFF規(guī)則規(guī)定那些可從已確定的觀測(cè)干脆推導(dǎo)出來的觀測(cè)的真值。因?yàn)橥ㄟ^把觀測(cè)和假設(shè)相組合可以描述功能更強(qiáng)的產(chǎn)生式規(guī)則形式。2)從觀測(cè)到假設(shè)的規(guī)則（FH規(guī)則）Hypothesis在很多用于分類的專家系統(tǒng)中，產(chǎn)生式規(guī)則可對(duì)產(chǎn)生式結(jié)論的可信程度進(jìn)行量度。3)從假設(shè)到假設(shè)的規(guī)則（HH規(guī)則）HH(從假設(shè)到假設(shè))規(guī)則用來規(guī)定假設(shè)之間的推理。1/11/202337安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院5.6.2學(xué)問的運(yùn)用和決策說明結(jié)論的分級(jí)與選擇詢問問題的策略固定的依次依據(jù)具體狀況作出某種選擇決策的說明對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的說明對(duì)系統(tǒng)運(yùn)用者的說明1/11/202338安徽高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院5.7專家系統(tǒng)開發(fā)工具專家系統(tǒng)工具是一種更高級(jí)的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言現(xiàn)有的專家系統(tǒng)工具，主要分為:骨架型工具：學(xué)問庫以外的部分；語言型工具：OPS5、CLIPS