人工智能專家系統(tǒng)論文

PAGEPAGE4PAGE1人工智能專家系統(tǒng)論文摘要：人工智能是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法。技術及應用系統(tǒng)的一門新的技術科學。該領域的研究包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等。其中專家系統(tǒng)是一種模擬人類專家解決領域問題的計算機程序系統(tǒng)。它應用人工智能技術和計算機技術，根據(jù)某領域一個或多個專家提供的知識和經(jīng)驗，進行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，求解需要專家才能解決的困難問題。關鍵詞：計算機，人工智能，專家系統(tǒng)引言：人工智能(ArtificialIntelligence)，英文縮寫為AI。它是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統(tǒng)的一門新的技術科學。從基礎理論的角度出發(fā)，其研究基本內(nèi)容包括：知識表示、自動推理和搜索方法、機器學習和知識獲取、知識處理系統(tǒng)、自然語言理解、計算機視覺、智能機器人、自動程序設計等方面。人工智能系統(tǒng)的開發(fā)和應用，已為人類創(chuàng)造出可觀的經(jīng)濟效益，專家系統(tǒng)就是一個例子。隨著計算機系統(tǒng)價格的繼續(xù)下降，人工智能技術必將得到更大的推廣，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益。專家系統(tǒng)(expertsystem)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域專家水平的知識與經(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域問題。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)，它應用人工智能技術和計算機技術，根據(jù)某領域一個或多個專家提供的知識和經(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雜問題，簡而言之，專家系統(tǒng)是一種模擬人類專家解決領域問題的計算機程序系統(tǒng)。專家系統(tǒng)屬于人工智能的一個重要發(fā)展分支，并且應用于數(shù)學、物理、醫(yī)療、軍事、地質(zhì)勘探、氣象、農(nóng)業(yè)、法律、教學、化工、機械、藝術以及計算機科學本身，甚至滲透到政治、經(jīng)濟、軍事等重大決策部門，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益?，F(xiàn)在，專家系統(tǒng)已成為人工智能領域中最活躍、最受重視的領域。[1].[2]一、專家系統(tǒng)1.1專家系統(tǒng)的特點.具有專家水平的專業(yè)知識：專家系統(tǒng)中的知識按其在問題求解中的作用可分為三個層次，既數(shù)據(jù)級、知識庫級、控制級。數(shù)據(jù)級知識是指具體問題所提供的初始事實及在問題求解過程中所產(chǎn)生的中間結論、最終結論。數(shù)據(jù)級知識通常存放與數(shù)據(jù)庫中。知識庫知識是指專家的知識。這一類知識是構成專家系統(tǒng)的基礎?？刂萍壷R也稱為元知識，是關于如何應用前兩種知識的知識，如在問題求解中的搜索策略、推理方法等。具有專家專業(yè)水平是專家系統(tǒng)的最大特點。專家系統(tǒng)具有的知識越豐富，質(zhì)量越高，解決問題的能力就越強。.能進行有效的推理：專家系統(tǒng)要利用專家知識來求解領域內(nèi)的具體問題，必須有一個推理機構，能根據(jù)用戶提供的已知事實，通過應用知識庫中的知識，進行有效的推理，以實現(xiàn)問題的求解。.啟發(fā)性：專家系統(tǒng)能利用經(jīng)驗的判斷知識來對求解的問題作出多個假設。依據(jù)某些條件選定一個假設，是推理繼續(xù)進行。(4).透明性：專家系統(tǒng)能夠解釋推理過程和回答用戶提出的問題。.靈活性：專家系統(tǒng)的知識庫與推理機制既相互聯(lián)系，又相互獨立。使系統(tǒng)易于擴充，具有較強的靈活性。.交互性：專家系統(tǒng)一般都是交互式系統(tǒng)，具有較好的人機界面。一方面它需要與領域專家和知識工程師進行對話以獲取知識，另一方面它也需要不斷地從用戶處獲得所需的已知事實并回答用戶的詢問。1.2專家系統(tǒng)的一般結構專家系統(tǒng)的結構是指專家系統(tǒng)各組成部分的構造方法和組織形式。專家系統(tǒng)一般包括人機接口、推理機、知識庫、動態(tài)數(shù)據(jù)庫、知識獲取機構和解釋機構六部分。各部分的關系如圖1所示。圖1專家系統(tǒng)的一般結構1.3專家系統(tǒng)的類型若按專家系統(tǒng)的特性及功能分類，專家系統(tǒng)可分為10類，如下：解釋型專家系統(tǒng)：根據(jù)感知數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析、推理，從而給出相應解釋。診斷型專家系統(tǒng)：根據(jù)取得的現(xiàn)象、數(shù)據(jù)或事實推斷出系統(tǒng)是否有故障，并能找出產(chǎn)生故障的原因，給出排除故障的方案。3、預測型專家系統(tǒng)：根據(jù)過去和現(xiàn)在的信息推斷可能發(fā)生和出現(xiàn)的情況。如氣象預報、人口預測、水文預報、經(jīng)濟形勢預測等。4、設計型專家系統(tǒng)：根據(jù)給定的產(chǎn)品要求設計產(chǎn)品的一類系統(tǒng)。規(guī)劃型專家系統(tǒng)：能按給定目標擬定總體規(guī)劃、行動計劃、運籌優(yōu)化等，適用于機器人動作控制、工程規(guī)劃、軍事規(guī)劃、城市規(guī)劃、生產(chǎn)規(guī)劃等。控制型專家系統(tǒng)：能根據(jù)具體情況，控制整個系統(tǒng)的行為，適用于對各種大型設及系統(tǒng)進行控制。7、監(jiān)督型專家系統(tǒng)：能完成實時的監(jiān)控任務，并根據(jù)監(jiān)測到的現(xiàn)象做出相應的分析和處理。8、修理型專家系統(tǒng)：用于制定排除某類故障的規(guī)劃并實施排除。9、教學型專家系統(tǒng)：適用于輔助教學，并能根據(jù)學生在學習過程中所產(chǎn)生的問題進行分析、評價、找出錯誤原因，有針對性地確定教學內(nèi)容或采取其他有效的教學手段。10、調(diào)試型專家系統(tǒng)：能根據(jù)相應的標準檢測被檢測對象存在的錯誤，并能從多種糾錯方案中選出適用于當前情況的最佳方案，排除錯誤。系統(tǒng)的發(fā)展要素不外乎發(fā)展工具與人員的運用二方面，茲分述如下：1.發(fā)展工具在發(fā)展參考服務專家系統(tǒng)時，最好先建立一個雛型化的系統(tǒng)，測試建立系統(tǒng)的不同方式，以發(fā)現(xiàn)最好的解決方案。專家系統(tǒng)一般可利用程序語言或專家系建構工具來加以開發(fā)：(1)程序語言符號運算程序語言：此種程序語言是專門為人工智能與專家系統(tǒng)而開發(fā)的，其中以LISP與PROLOG最廣被應用。一般高階程序語言：如C、Pascal、Fortran等，通常適用于科學、數(shù)學及統(tǒng)計方面。由于這些程序語言本來就不是為專家系統(tǒng)設計，所以利用它們來開發(fā)專家系統(tǒng)需花費較多的時間與金錢成本。一般來說，程序語言的設計較為費時，但能提供專家系統(tǒng)建構者較大的彈性，較能設計出符合解決問題的專家系統(tǒng)。（2）專家系統(tǒng)建構工具(Shell)：專家系統(tǒng)建構工具又稱為專家系統(tǒng)骨架，是一種親和性相當高的發(fā)展環(huán)境，非常容易產(chǎn)制使用者接口，快速表示知識庫以及控制管理搜尋數(shù)據(jù)的策略，可視為發(fā)展專家系統(tǒng)的軟件包。因此即使不是計算機專家，亦可以透過它來開發(fā)專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)建構工具基于簡單好用的考量，大多是采法則模式，發(fā)展起來較迅速，但可能無法完全適用于不同的圖書館情況與特定的作業(yè)，也無法開發(fā)出較復雜的知識庫和推論器。2.人員的運用圖書館在開發(fā)參考服務專家系統(tǒng)時，雖然大部分建構工作的技術部分主要是由知識工程師與程序設計師完成的，但館員在整個過程中亦是舉足輕重的，必須參與整個開發(fā)的作業(yè)，以使建構出來的系統(tǒng)確能符合所需。館員可以依其能力，及與其它專家合作的程度，適時地扮演以下角色：作為信息資源的專家：館員提供知識工程師圖書館的現(xiàn)況及需求等資料，或協(xié)助其尋找、了解圖書館學領域中的相關信息。作為協(xié)調(diào)者：計劃群組常很大，相互之間的協(xié)調(diào)是有些困難的。館員可以作為一個居中的領導者或溝通協(xié)調(diào)者。作為信息中介者：館員可以作為使用者與知織工程師間的中介者，例如將不相關的信息過篩、區(qū)別相似的資源等。作為知識的工程師：具有相關學科背景或能力的館員，不妨可以加入技術開發(fā)的陣容，作為負責發(fā)展專家系統(tǒng)團隊的一部分。進行使用研究：有大部分的專家系統(tǒng)不是無法適應真實世界就是不能使用，除了技術上的問題之外，有許多原因是在于系統(tǒng)沒有深入地考慮到使用者的行為模式、喜好與習慣等層面，因此，館員應在系統(tǒng)發(fā)展前進行使用研究的工作，以作為系統(tǒng)發(fā)展中考量的基本要素。進行與外部資源的連結：館員可以負責規(guī)劃進行專家系統(tǒng)與外部資源的連結工作，如其它圖書館、光盤數(shù)據(jù)庫、在線公用目錄等，使專家系統(tǒng)成為一個整合性的透明系統(tǒng)(TransparentSystem)。2.2圖書館參考服務專家系統(tǒng)的維護與評估參考服務專家系統(tǒng)建構完成之后，并不代表所有工作就此告一段落，事后必須經(jīng)常進行維護與評估，而它們的重要性絕不亞于事前的建構程序。2.2.1、圖書館參考服務專家系統(tǒng)的維護

圖書館參考服務專家系統(tǒng)的維護工作包括下列三個主要部分：1.知識庫：知識庫的內(nèi)容必須定期更新與修改，以適應環(huán)境與需求的不斷變動。2.推論器：推論器的架構及法則必須依據(jù)知識庫來做某些調(diào)整，以確保推論結果的正確性。3.界面：各種接口應依使用者、發(fā)展者與連結資源的不同需求而更新其設計方式，以期更能提供友善的操作環(huán)境，使系統(tǒng)與其它要素達到緊密的結合。參考服務專家系統(tǒng)的維護工作可由知識工程師等技術人員定期到館進行，或由館員自己來實施。2.2.2、圖書館參考服務專家系統(tǒng)的評估圖書館參考服務專家系統(tǒng)的評估工作可分為下列二種方式：1.發(fā)展性評估(FormativeEvaluation)即為系統(tǒng)本身內(nèi)容上的評估?？捎上铝兴狞c進一步探討：合理性(Soundness)：指系統(tǒng)所提供之數(shù)據(jù)是否正確，這牽涉到專家系統(tǒng)的知識庫的內(nèi)容與推論建議之專業(yè)品質(zhì).。完整性(Completeness)：指系統(tǒng)是否提供所有完全相關之數(shù)據(jù)。精確性(Precision)：指系統(tǒng)回答讀者問題的確定程度。使用性(Usability)：包括系統(tǒng)接口是否容易使用、專家系統(tǒng)與使用者相互溝通的程度、專家系統(tǒng)運作之效率分析與成本效益分析等。2.全面性評估(SummativeEvaluation)這項評估是以比較的方式來測試專家系統(tǒng)提供參考服務的能力。最常使用的方法是直接以一些參考問題同時比較館員與系統(tǒng)的回答及數(shù)據(jù)提供的完整性、精確性、合理性等，或是比較有使用專家系統(tǒng)與沒有使用專家系統(tǒng)的效益。一般來說，發(fā)展性評估較偏向少數(shù)人的主觀判斷，容易失之偏頗；而全面性評估則是屬于實證性的比較，較為客觀，但是實施起來比較費時費力，且適當?shù)膶嵶C方法不易使用。圖書館中所進行的專家系統(tǒng)評估多是屬于較小型的發(fā)展性評估，僅有少數(shù)進行過全面性評估。專家系統(tǒng)在初步設計的雛形系統(tǒng)階段或更新擴張等時機，特別適合進行評估。唯有經(jīng)常進行測試與評估的工作，才能使了解專家系統(tǒng)實行的狀況，并發(fā)現(xiàn)問題，進而使其發(fā)揮最大效益。[7].[8]三、現(xiàn)狀與發(fā)展前景專家系統(tǒng)運用于醫(yī)療、軍事、地質(zhì)勘探、教學、化工等領域，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。但與此同時，專家系統(tǒng)在開發(fā)使用中也存在著一下缺點:1.知識獲取的“瓶頸”。2.另一種知識獲取的困難就是多個領域專家的知識之間相互矛盾的處理。3.知識“窄臺階”。4.推理能力弱。5.智能水平低。以上種種都是專家系統(tǒng)發(fā)展中存在著的一些限制，在未來的年代中，許多今日專家系統(tǒng)缺失將會被改善，相信未來專家系統(tǒng)應該繼續(xù)研究的項目有:具有處理常識的能力；發(fā)展深層的推論系統(tǒng)；不同層次解釋的能力；使專家系統(tǒng)具有學習的能力；分布式專家系統(tǒng)；輕易獲取與更新知識的能力。未來發(fā)展的專家系統(tǒng)，能經(jīng)由感應器直接由外界接受資料，也可由系統(tǒng)外的知識庫獲得資料，在推理機中除推理外，上能擬定規(guī)劃，仿真問題狀況等。知識庫所存的不只是靜態(tài)的推論規(guī)則與事實，更有規(guī)劃、分類、結構模式及行為模式等動態(tài)知識。參考文獻[1]王永慶.人工智能原理與方法[M].西安：西安交通大學出版社,1998.[2]敖志剛.人工智能與專家系統(tǒng)導論[M].合肥：中國科技大學出版社,2002.[3]楊學山.專家系統(tǒng)