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第五章專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具本章主要內(nèi)容5.1專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具的作用5.2專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具的分類(lèi)5.3骨架系統(tǒng)EMYCIN和KAS5.4通用知識(shí)表示語(yǔ)言O(shè)PS55.5組合開(kāi)發(fā)工具AGE5.6機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)的骨架系統(tǒng)的建造5.7示例—GMDES通用的機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)的骨架結(jié)構(gòu)

5.1.1專(zhuān)家系統(tǒng)工具的概念

專(zhuān)家系統(tǒng)工具是輔助專(zhuān)家系統(tǒng)構(gòu)造的軟件設(shè)施。如果將構(gòu)造專(zhuān)家系統(tǒng)的過(guò)程抽象為總結(jié)知識(shí),輸入知識(shí),設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)幾大步驟,則專(zhuān)家系統(tǒng)工具也就可以相應(yīng)地抽象為輔助這幾步驟進(jìn)行的設(shè)施。5.1專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具的作用可使建立專(zhuān)家系統(tǒng)的時(shí)間和造價(jià)降低。5.1.2專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具的作用

5.1.2國(guó)外軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境的情況5.2專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具的分類(lèi)5.2.1專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具的基本結(jié)構(gòu)一個(gè)專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具是一個(gè)能夠生成專(zhuān)家系統(tǒng)的系統(tǒng),包括五個(gè)方面。1.有一種(或幾種)固定的知識(shí)表示方法,并有相應(yīng)的內(nèi)部編碼形式。2.有一個(gè)知識(shí)編輯器,最好能獲取領(lǐng)域?qū)<一蚱渌侵R(shí)工程師用戶(hù)以交互方式輸入的知識(shí)并自動(dòng)建立知識(shí)庫(kù)。3.具有一個(gè)知識(shí)庫(kù)維護(hù)或管理機(jī)制,幫助專(zhuān)家或知識(shí)工程師發(fā)現(xiàn)知識(shí)庫(kù)中的矛盾,冗余及其它不一致和知識(shí)的存貯,調(diào)度。4.提供一套或幾套推理機(jī)制,與編輯器或智能編輯器建立的知識(shí)庫(kù)一起實(shí)現(xiàn)實(shí)際問(wèn)題求解。5.設(shè)置一個(gè)跟蹤解釋機(jī)制,通過(guò)例子或?qū)嶋H問(wèn)題求解的運(yùn)行,一方面幫助用戶(hù)理解的求解結(jié)論以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的透明性,另一方面便于專(zhuān)家或知識(shí)工程師定位知識(shí)庫(kù)中的錯(cuò)誤和不完善。專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具結(jié)構(gòu)示意圖5.2.2專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具的分類(lèi)(一)骨架結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)思想是:從一個(gè)已經(jīng)研制成功的專(zhuān)家系統(tǒng)出發(fā),抽去該系統(tǒng)中知識(shí)庫(kù)的專(zhuān)門(mén)知識(shí),留下一個(gè)固化了的知識(shí)表示框架及相應(yīng)的推理機(jī)制和可能的知識(shí)獲取及解釋機(jī)制。當(dāng)在骨架系統(tǒng)中填入另一領(lǐng)域的專(zhuān)門(mén)知識(shí)并調(diào)試,完善形成一個(gè)新的知識(shí)庫(kù)時(shí),就形成了一個(gè)新的專(zhuān)家系統(tǒng)。(二)通用知識(shí)表示語(yǔ)言是一類(lèi)把控制知識(shí)也作為一種顯式知識(shí)同知識(shí)庫(kù)級(jí)知識(shí)一樣進(jìn)行表示和推理的專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具。(三)組合開(kāi)發(fā)工具是比骨架系統(tǒng)和通用表示語(yǔ)言的通用性更強(qiáng)的一類(lèi)專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具。

5.3骨架系統(tǒng)EMYCIN和KAS5.3.1EMYCIN

EMYCIN是用INTERLISP等語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)并在PDP-10機(jī)和VAX機(jī)上運(yùn)行的基于規(guī)則的骨架型專(zhuān)家系統(tǒng)工具。在EMYCIN系統(tǒng)中,領(lǐng)域知識(shí)用事實(shí)和規(guī)則表示。事實(shí)由屬性—對(duì)象—值三元組組成,且附帶一個(gè)值域?yàn)閇-1,1]的確定性因子。規(guī)則用似然(PLAUSIBLE)邏輯聯(lián)結(jié)詞將整個(gè)事實(shí)關(guān)聯(lián)起來(lái),由前提部分和行為部分組成。

KAS是用INTERLISP語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)并在PDP-10機(jī)和VAX機(jī)上運(yùn)行的基于規(guī)則的骨架型專(zhuān)家系統(tǒng)工具。同EMYCIN類(lèi)似,KAS也用事實(shí)和規(guī)則表達(dá)領(lǐng)域知識(shí)。但KAS把EMYCIN中表達(dá)事實(shí)的屬性—對(duì)象—值三元組擴(kuò)充為語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò),故可描述任意多個(gè)對(duì)象之間的N元關(guān)系,其中相關(guān)對(duì)象再用一個(gè)網(wǎng)絡(luò)按集與子集關(guān)系表達(dá),從而方便了推理機(jī)作演繹推理。5.3.2KAS在規(guī)則表達(dá)方面,EMYCIN的規(guī)則行為部分之后,有一個(gè)確定性因子,而KAS的規(guī)則行為部分之前,有兩個(gè)值域?yàn)閇0,+00)的規(guī)則強(qiáng)度,前一強(qiáng)度LS表示前提為真實(shí)結(jié)論的可信度,后一強(qiáng)度LN表示前提為假設(shè)結(jié)論的可信度。KAS工具系統(tǒng)主要組成:(一).常駐內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)編輯程序

1.結(jié)構(gòu)編輯程序

2.自動(dòng)簿記系統(tǒng)(BS)

3.會(huì)話(huà)管理系統(tǒng)(DMS)(二)MATCHER在知識(shí)獲取中的應(yīng)用

1.維護(hù)概率一致性

2.裝配知識(shí)庫(kù)

3.輔助設(shè)計(jì)陳述的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示

5.4通用知識(shí)表示語(yǔ)言O(shè)PS55.4.1概述

OPS是一種基于產(chǎn)生式的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言,OPS5是OPS語(yǔ)言系列中最有影響和應(yīng)用最廣的一種版本。

OPS5語(yǔ)言可分為語(yǔ)言本身和推理或執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩大部分。語(yǔ)言結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單,只有一種形式的語(yǔ)句,即產(chǎn)生式:如果<條件>則<動(dòng)作>表示成

<條件><動(dòng)作>或

LHSRHS

OPS一般都以解釋執(zhí)行的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。一般產(chǎn)生式系統(tǒng)的解釋程序是循環(huán)地執(zhí)行“識(shí)別—?jiǎng)幼餮h(huán)”:

1.匹配

2.解決沖突

3.執(zhí)行動(dòng)作5.4.2工作存儲(chǔ)及工作存儲(chǔ)元工作存儲(chǔ)是OPS5程序的加工對(duì)象,它在解釋過(guò)程中是動(dòng)態(tài)改變的。工作存儲(chǔ)是一些工作存儲(chǔ)元構(gòu)成的集合。5.4.3產(chǎn)生式及產(chǎn)生式存儲(chǔ)產(chǎn)生式是OPS系統(tǒng)的基礎(chǔ),也可以認(rèn)為是OPS僅有的一種語(yǔ)句形式。

1.產(chǎn)生式的結(jié)構(gòu)

2.產(chǎn)生式的左部LHS3.匹配規(guī)則

4.產(chǎn)生式的右部RHS5.4.4用戶(hù)過(guò)程5.4.5OPS5的解釋程序一般產(chǎn)生式系統(tǒng)的解釋程序的執(zhí)行過(guò)程是循環(huán)地執(zhí)行“識(shí)別—?jiǎng)幼餮h(huán)”(一)識(shí)別—?jiǎng)幼餮h(huán)

1.解決沖突

2.執(zhí)行動(dòng)作

3.匹配

4.判別循環(huán)

(二)解決沖突的策略

1.LEX是根據(jù)時(shí)標(biāo)表按字典的順序來(lái)排列示例激活的優(yōu)先度的,是標(biāo)準(zhǔn)的字典順序比較策略。

2.MEA強(qiáng)調(diào)了產(chǎn)生式中第一條件元的重要性,與習(xí)慣上把重要條件放在首位的作法是一致的。5.4.6用戶(hù)命令5.5組合開(kāi)發(fā)工具AGE

AGE是用INTERLISP語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)并在PDP-10機(jī)和VAX機(jī)上運(yùn)行的輔助型專(zhuān)家系統(tǒng)工具。目前,AGE已用來(lái)設(shè)計(jì)醫(yī)療診斷,密碼翻譯,軍事科學(xué)等方面的專(zhuān)家系統(tǒng)。5.6機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)的骨架系統(tǒng)的建造

1.機(jī)械設(shè)計(jì)是一門(mén)古老的科學(xué)技術(shù),該領(lǐng)域所涉及的知識(shí)十分繁雜,有概念性知識(shí),有量化的圖表,有確認(rèn)的公理,有因時(shí)因地的經(jīng)驗(yàn)。

2.機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)創(chuàng)造模型和完成模型的過(guò)程(這個(gè)模型包括數(shù)學(xué)模型和知識(shí)模型),也是一項(xiàng)綜合性工作,它具有以下幾方面的特性5.6.1機(jī)械設(shè)計(jì)的特殊性(1)創(chuàng)造性建立知識(shí)模型,重要的是想象,是創(chuàng)造。(2)多解性對(duì)一項(xiàng)設(shè)計(jì),可能有多種方案能符合技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的要求。(3)近似性設(shè)計(jì)過(guò)程中,往往伴隨著從眾多參數(shù)中篩選出主要參數(shù),以抓住主要矛盾,減少設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。這樣得出的結(jié)果,就具有近似性。一個(gè)好的設(shè)計(jì),經(jīng)常是權(quán)衡可期望的程度與可接受的精度來(lái)選定的。(4)綜合性設(shè)計(jì)是一個(gè)多目標(biāo)的綜合和優(yōu)化的問(wèn)題。(5)經(jīng)驗(yàn)性創(chuàng)造和評(píng)價(jià)模型的依據(jù),除了遵循各種理論條規(guī)之外,常常帶有經(jīng)驗(yàn)性。這些特性在設(shè)計(jì)初期(即構(gòu)思性設(shè)計(jì))階段表現(xiàn)得尤為明顯,直接影響著設(shè)計(jì)質(zhì)量。3.機(jī)械設(shè)計(jì)的目標(biāo)定義不完備,設(shè)計(jì)方案也不唯一。不同的設(shè)計(jì)專(zhuān)家經(jīng)常設(shè)計(jì)出不同的方案,而這些方案可能各有長(zhǎng)短,但都是好的。作為機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)家的骨架系統(tǒng)需要能處理這種不完備定義問(wèn)題。4.機(jī)械設(shè)計(jì)決策過(guò)程包括過(guò)程決策和技術(shù)決策。5.6.2機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)的骨架系統(tǒng)的建造充分考慮到機(jī)械設(shè)計(jì)的特殊性,采用

1.多種知識(shí)的混合表示方法

2.“設(shè)計(jì)—評(píng)價(jià)—再設(shè)計(jì)”的設(shè)計(jì)過(guò)程模型

3.模塊化的組織結(jié)構(gòu)。包括以下幾個(gè)模塊:(1)元級(jí)知識(shí)庫(kù)及其管理、維護(hù)模塊(2)目標(biāo)級(jí)知識(shí)庫(kù)及其管理、維護(hù)模塊(3)黑板(4)推理模塊(5)I/O模塊

(6)分析評(píng)價(jià)模塊(7)決策模塊(8)解釋模塊(9)繪圖模塊5.7示例—GMDES通用的機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)的骨架結(jié)構(gòu)

5.7.1研制GMDES骨架系統(tǒng)的必要性-為了對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)的共同理論進(jìn)行深入研究,提出解決共性問(wèn)題的有效途徑,又能集中較多人力和時(shí)間對(duì)專(zhuān)門(mén)問(wèn)題的個(gè)性進(jìn)行探討,推動(dòng)各種實(shí)用專(zhuān)家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā),提高專(zhuān)家系統(tǒng)的質(zhì)量與效能。為此,華東工學(xué)院計(jì)算機(jī)系研制了一個(gè)通用的機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)骨架系統(tǒng),即CMDES骨架系統(tǒng)。5.7.2GMDES骨架系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)GMDES骨架系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖示,由知識(shí)獲取子系統(tǒng),知識(shí)庫(kù)及其管理維護(hù)子系統(tǒng),推理機(jī),信息解釋子系統(tǒng),評(píng)價(jià)決策子系統(tǒng),2D,3D繪圖子系統(tǒng)六部分組成。5.7.3機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)的集成表示方法集成知識(shí)表示方法就是將規(guī)則表示,框架表示,過(guò)程表示相結(jié)合,根據(jù)不同類(lèi)型知識(shí)的特點(diǎn),采用相應(yīng)的表示方法,而且使規(guī)則可以調(diào)用規(guī)則,框架,過(guò)程,是框架又可以調(diào)用框架,規(guī)則,過(guò)程。如:1.PTM框架中嵌入PL規(guī)則PTM(AKO(VALUE(PL)))(FORMULA(VALUE((HPQASK))((WOASK))((WASK))((TEMFB))((DTAF200))((MIKF2))(IF—NEEDED(F6)))(RULE(VALUE(RKBPL))))2.BB1規(guī)則中嵌入過(guò)程SIN(RULE12BB1

(IF((V0800))(THEN(SET!BB1(-B(/(*BBQV0V0(SINALF))(*NTTH))))))5.7.4基于多種知識(shí)表示的多級(jí)知識(shí)獲取子系統(tǒng)該子系統(tǒng)允許專(zhuān)家在不同的知識(shí)結(jié)構(gòu)層次上獲取知識(shí)。多級(jí)知識(shí)獲取策略建立在概念模型描述領(lǐng)域的基本實(shí)體,實(shí)體性質(zhì),相關(guān)信息,解算方法等。知識(shí)獲取策略分為四級(jí):

1.概念模型生成級(jí)

2.屬性生成級(jí)

3.依賴(lài)關(guān)系生成級(jí)

4.元控制生成級(jí)5.7.5高效推理機(jī)GMDES的推理機(jī)結(jié)構(gòu)如圖示,其中PB,FB,FDB分別表示過(guò)程庫(kù),事實(shí)庫(kù)與函數(shù)庫(kù)。系統(tǒng)采用元級(jí)控制策略,針對(duì)用戶(hù)所要求的設(shè)計(jì)目標(biāo),通過(guò)元推理機(jī)隊(duì)知識(shí)的推理,得到一張由設(shè)計(jì)目標(biāo)轉(zhuǎn)換而來(lái)的若干子問(wèn)題求解日程表存放在黑板中,元級(jí)控制又按問(wèn)題求解日程表控制目標(biāo)級(jí)推理機(jī)依次求解,直到所有子問(wèn)題都求解完畢。本推理機(jī)還采用了正向,反向,混合三種推理策略來(lái)進(jìn)一步提高效率。5.7.6多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)是采用產(chǎn)品評(píng)價(jià)樹(shù)(如圖)產(chǎn)品評(píng)價(jià)樹(shù)評(píng)價(jià)樹(shù)葉節(jié)點(diǎn)集合為(e1,e2…,en);系統(tǒng)輸出方案的指標(biāo)(值集合)為(ev1,ev2,…evn);隸屬度函數(shù)為ui(evi)(i=1,2…,n);權(quán)向量為(ew1,ew2,…ewn)5.7.7模糊決策模糊決策的方法主要有兩種:(一)相似優(yōu)先決策(二)優(yōu)先定序決策5.7.8知識(shí)庫(kù)的管理與維護(hù)由于GMDES的知識(shí)庫(kù)內(nèi)知識(shí)量相當(dāng)龐大,故除設(shè)置了功能較強(qiáng)的管理系統(tǒng)外,還考慮了知識(shí)庫(kù)內(nèi)容的更新、知識(shí)的完整性與一致性的檢查。GMDES系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者在基于一階謂詞理論的基礎(chǔ)上,提出并采用了一種對(duì)規(guī)則庫(kù)進(jìn)行定量維護(hù)的決策表算法。決策表可分為條件表、動(dòng)作表如邏輯值表、在計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用稀疏矩陣形式存放。它的BNF范式為:<稀疏矩陣>::=<表><表>::=<子表><表><子表>::=(<TAG>(<行下標(biāo)><名稱(chēng)><稀疏行向量>))<TAG>::=Condition|Act

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