人工智能之專(zhuān)家系統(tǒng)概要

專(zhuān)家系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)

1.專(zhuān)家系統(tǒng)的概念2.專(zhuān)家系統(tǒng)的構(gòu)造3.專(zhuān)家系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4.專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具與環(huán)境

1、

專(zhuān)家系統(tǒng)的概念1.1什么是專(zhuān)家系統(tǒng)亦稱(chēng)專(zhuān)家詢(xún)問(wèn)系統(tǒng)，它是一種具有大量特地學(xué)問(wèn)與閱歷的智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通常，主要指軟件系統(tǒng)。它把特地領(lǐng)域中人類(lèi)專(zhuān)家的學(xué)問(wèn)和思考解決問(wèn)題的方法、閱歷和訣竅組織整理且存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，不但能模擬領(lǐng)域?qū)＜业乃季S過(guò)程，而且能讓計(jì)算機(jī)猶如人類(lèi)專(zhuān)家那樣智能地解決實(shí)際問(wèn)題。狹義地講，專(zhuān)家系統(tǒng)就是人類(lèi)專(zhuān)家才智的拷貝，是人類(lèi)專(zhuān)家的某種化身。廣義地講，專(zhuān)家系統(tǒng)也泛指那些具有“專(zhuān)家級(jí)”水平的學(xué)問(wèn)系統(tǒng)，從總體上到達(dá)專(zhuān)家級(jí)水平。1.2專(zhuān)家系統(tǒng)的特點(diǎn)：專(zhuān)家系統(tǒng)與人類(lèi)專(zhuān)家比較具有以下一些特點(diǎn):1〕專(zhuān)家系統(tǒng)是人類(lèi)專(zhuān)家智能的模擬、延長(zhǎng)和擴(kuò)展。2〕專(zhuān)家系統(tǒng)是專(zhuān)家可以信任和利用的高水平智能助手和有效工具。3〕專(zhuān)家系統(tǒng)可具有一個(gè)或多個(gè)專(zhuān)家的學(xué)問(wèn)和閱歷，具有特地學(xué)問(wèn)的啟發(fā)性，能以接近于人類(lèi)專(zhuān)家的水平在特定領(lǐng)域工作，留意特定問(wèn)題的求解。4〕專(zhuān)家系統(tǒng)能高效、準(zhǔn)確、快速地工作。5〕專(zhuān)家系統(tǒng)突破了時(shí)間和空間的限制，程序可永久保存并可復(fù)制。6〕專(zhuān)家系統(tǒng)能進(jìn)展有效推理。7〕具有透亮性，能以可理解的方式解釋推理過(guò)程。8〕具有自學(xué)習(xí)力量，總結(jié)規(guī)律，擴(kuò)大和完善系統(tǒng)自身。同一般的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)〔如數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等〕相比，專(zhuān)家系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：(1)從處理的問(wèn)題性質(zhì)看，專(zhuān)家系統(tǒng)擅長(zhǎng)解決那些不確定性的、非構(gòu)造化的、沒(méi)有算法解或雖有算法解但在現(xiàn)有的機(jī)器上無(wú)法實(shí)施的困難問(wèn)題。(2)從處理問(wèn)題的方法看，專(zhuān)家系統(tǒng)則是靠學(xué)問(wèn)和推理來(lái)解決問(wèn)題〔不像傳統(tǒng)軟件系統(tǒng)使用固定的算法來(lái)解決問(wèn)題〕，所以，專(zhuān)家系統(tǒng)是基于學(xué)問(wèn)的智能問(wèn)題求解系統(tǒng)。(3)從系統(tǒng)的構(gòu)造來(lái)看，專(zhuān)家系統(tǒng)則強(qiáng)調(diào)學(xué)問(wèn)與推理的分別，因而系統(tǒng)具有很好的敏捷性和可擴(kuò)大性。(4)專(zhuān)家系統(tǒng)一般還具有解釋功能，即在運(yùn)行過(guò)程中一方面能答復(fù)用戶(hù)提出的問(wèn)題，另一方面還能對(duì)最終的輸出〔結(jié)論〕或處理問(wèn)題的過(guò)程作出解釋。(5)有些專(zhuān)家系統(tǒng)還具有“自學(xué)習(xí)”力量，即不斷對(duì)自己的學(xué)問(wèn)進(jìn)展擴(kuò)大、完善和提煉。這一點(diǎn)是傳統(tǒng)系統(tǒng)所無(wú)法比較的。(6)專(zhuān)家系統(tǒng)不像人那樣簡(jiǎn)潔疲憊、遺忘，易受環(huán)境、心情等的影響，它可始終如一地以專(zhuān)家級(jí)的高水平求解問(wèn)題。1.3學(xué)問(wèn)的編程和傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)編程的比較工程 學(xué)問(wèn)型編程 傳統(tǒng)編程 內(nèi)容 學(xué)問(wèn)的定義、表示和使用 數(shù)據(jù)處理步驟的描述和使用力量 超過(guò)程序員理解水平 與程序員理解水平相等 表現(xiàn) 與說(shuō)明型為主 與過(guò)程型為主 模型 思考模型 處理模型 用途 對(duì)大學(xué)問(wèn)庫(kù)處理、問(wèn)題求解對(duì)大數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)展處理 手法 符號(hào)處理 數(shù)值處理 運(yùn)算 推理掌握過(guò)程 重復(fù)計(jì)算過(guò)程 理解 簡(jiǎn)潔 困難 擴(kuò)大 簡(jiǎn)潔 困難 解釋 簡(jiǎn)潔做到在運(yùn)行中解釋 不簡(jiǎn)潔做到在運(yùn)行中解釋 處理 高度的集成處理 挨次的批處理 規(guī)章 啟發(fā)式 算法式 1.4專(zhuān)家系統(tǒng)的類(lèi)型關(guān)于專(zhuān)家系統(tǒng)的分類(lèi)，目前還無(wú)定論。僅從幾個(gè)不同的側(cè)面對(duì)此進(jìn)展?fàn)幷摗?.按用途分類(lèi)按用途分類(lèi)，專(zhuān)家系統(tǒng)可分為：診斷型、解釋型、猜測(cè)型、決策型、設(shè)計(jì)型、規(guī)劃型、掌握型、調(diào)度型等幾種類(lèi)型。2.按輸出結(jié)果分類(lèi)按輸出結(jié)果分類(lèi)，專(zhuān)家系統(tǒng)可分為分析型和設(shè)計(jì)型。3.按學(xué)問(wèn)表示分類(lèi)目前所用的學(xué)問(wèn)表示形式有：產(chǎn)生式規(guī)章、一階謂詞規(guī)律、框架、語(yǔ)義網(wǎng)等。4.按學(xué)問(wèn)分類(lèi)學(xué)問(wèn)可分為確定性學(xué)問(wèn)和不確定性學(xué)問(wèn)，所以，按學(xué)問(wèn)分類(lèi)，專(zhuān)家系統(tǒng)又可分為準(zhǔn)確推理型和不準(zhǔn)確推理型〔如，模糊專(zhuān)家系統(tǒng)〕。5.按技術(shù)分類(lèi)按承受的技術(shù)分類(lèi)，專(zhuān)家系統(tǒng)可分為符號(hào)推理專(zhuān)家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)家系統(tǒng)。6.按規(guī)模分類(lèi)按規(guī)模分類(lèi)，可分為大型協(xié)同式專(zhuān)家系統(tǒng)和微專(zhuān)家系統(tǒng)。7.按構(gòu)造分類(lèi)按構(gòu)造分類(lèi)可分為集中式和分布式，單機(jī)型和網(wǎng)絡(luò)型(即網(wǎng)上專(zhuān)家系統(tǒng))。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)ES自動(dòng)獵取模塊輸入、組織并存儲(chǔ)專(zhuān)家供給的學(xué)習(xí)實(shí)例、選定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造、調(diào)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)算法，為學(xué)問(wèn)庫(kù)實(shí)現(xiàn)學(xué)問(wèn)獵取。當(dāng)新的學(xué)習(xí)實(shí)例輸入后，學(xué)問(wèn)獵取模塊通過(guò)對(duì)新實(shí)例的學(xué)習(xí)，自動(dòng)獲得新的網(wǎng)絡(luò)權(quán)值分布，從而更新了學(xué)問(wèn)庫(kù)。如下圖。學(xué)習(xí)示例網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)算法解釋器知識(shí)獲取知識(shí)庫(kù)推理機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)ES的基本結(jié)構(gòu)用戶(hù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)家

2.1概念構(gòu)造從概念來(lái)講，一個(gè)專(zhuān)家系統(tǒng)應(yīng)具有如圖1所示的一般構(gòu)造模式。其中學(xué)問(wèn)庫(kù)和推理機(jī)是兩個(gè)最根本的模塊。1.學(xué)問(wèn)庫(kù)〔KnowledgeBase)所謂學(xué)問(wèn)庫(kù)，就是以某種表示形式存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中的學(xué)問(wèn)的集合。學(xué)問(wèn)庫(kù)通常是以一個(gè)個(gè)文件的形式存放于外部介質(zhì)上，專(zhuān)家系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)將被調(diào)入內(nèi)存。學(xué)問(wèn)庫(kù)中的學(xué)問(wèn)一般包括專(zhuān)家學(xué)問(wèn)、領(lǐng)域?qū)W問(wèn)和元學(xué)問(wèn)。2、專(zhuān)家系統(tǒng)的構(gòu)造圖1專(zhuān)家系統(tǒng)的概念構(gòu)造2.推理機(jī)〔InferenseEngine〕所謂推理機(jī)，就是實(shí)現(xiàn)〔機(jī)器〕推理的程序。這里的推理，是一個(gè)廣義的概念，它既包括通常的規(guī)律推理，也包括基于產(chǎn)生式的操作。例如：A→BAB3.動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)也稱(chēng)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)、工作存儲(chǔ)器、黑板等，它是存放初始證據(jù)事實(shí)、推理結(jié)果和掌握信息的場(chǎng)所，或者說(shuō)它是上述各種數(shù)據(jù)構(gòu)成的集合。4.人機(jī)界面這里的人機(jī)界面指的是最終用戶(hù)與專(zhuān)家系統(tǒng)的交互界面。5.解釋模塊解釋程序模塊特地負(fù)責(zé)向用戶(hù)解釋專(zhuān)家系統(tǒng)的行為和結(jié)果。6.學(xué)問(wèn)庫(kù)治理系統(tǒng)學(xué)問(wèn)庫(kù)治理系統(tǒng)是學(xué)問(wèn)庫(kù)的支撐軟件。學(xué)問(wèn)庫(kù)治理系統(tǒng)對(duì)學(xué)問(wèn)庫(kù)的作用，類(lèi)似于數(shù)據(jù)庫(kù)治理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的作用，其功能包括學(xué)問(wèn)庫(kù)的建立、刪除、重組；學(xué)問(wèn)的獵取〔主要指錄入和編輯〕、維護(hù)、查詢(xún)、更新；以及對(duì)學(xué)問(wèn)的檢查，包括全都性、冗余性和完整性檢查等等。圖2專(zhuān)家系統(tǒng)的抱負(fù)構(gòu)造2.2實(shí)際構(gòu)造上面介紹的專(zhuān)家系統(tǒng)構(gòu)造，是專(zhuān)家系統(tǒng)的概念模型，或者說(shuō)是只強(qiáng)調(diào)學(xué)問(wèn)和推理這一主要特征的專(zhuān)家系統(tǒng)構(gòu)造。但專(zhuān)家系統(tǒng)終究仍是一種計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。所以，它與其它應(yīng)用系統(tǒng)一樣是解決實(shí)際問(wèn)題的。而實(shí)際問(wèn)題往往是錯(cuò)綜簡(jiǎn)單的，比方，可能需要屢次推理或多路推理或多層推理才能解決，而學(xué)問(wèn)庫(kù)也可能是多塊或多層的。圖3專(zhuān)家系統(tǒng)的實(shí)際構(gòu)造例如

總控處理模塊1處理模塊n專(zhuān)家模塊1專(zhuān)家模塊m…………圖4地質(zhì)圖件繪制智能幫助系統(tǒng)構(gòu)造2.3網(wǎng)絡(luò)與分布式構(gòu)造在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，專(zhuān)家系統(tǒng)也可以設(shè)計(jì)成網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造，如“客戶(hù)機(jī)/效勞器”(Client/Server)構(gòu)造〔如圖5(a)所示〕，或掃瞄器/效勞器(Browser/Server)構(gòu)造(如圖5(b)所示)。我們稱(chēng)后一種構(gòu)造的專(zhuān)家系統(tǒng)為網(wǎng)上專(zhuān)家系統(tǒng)。分布式構(gòu)造則是一種適合于分布式計(jì)算環(huán)境的專(zhuān)家系統(tǒng)。例如那些多學(xué)科、多專(zhuān)家聯(lián)合作業(yè)，協(xié)同解題的大型專(zhuān)家系統(tǒng)，就可以設(shè)計(jì)成分布式構(gòu)造。這類(lèi)專(zhuān)家系統(tǒng)也就稱(chēng)為分布式專(zhuān)家系統(tǒng)。圖5專(zhuān)家系統(tǒng)的客戶(hù)(機(jī))/效勞器構(gòu)造及掃瞄器/效勞器構(gòu)造知識(shí)庫(kù)推理機(jī)推理機(jī)知識(shí)庫(kù)人—機(jī)界面人—機(jī)界面客戶(hù)〔機(jī)〕Browser效勞器WebServerInternet3、專(zhuān)家系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.1ES設(shè)計(jì)的原則依據(jù)ES的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循以下原則：⑴特地任務(wù)。ES設(shè)計(jì)應(yīng)面對(duì)專(zhuān)家學(xué)問(wèn)和閱歷行之有效的場(chǎng)合，面對(duì)專(zhuān)業(yè)性的特地任務(wù)。⑵原型設(shè)計(jì)。承受“最小系統(tǒng)觀(guān)點(diǎn)”進(jìn)展系統(tǒng)原型設(shè)計(jì)，逐步修改、擴(kuò)大和完善。⑶專(zhuān)家合作。領(lǐng)域?qū)＜遗c學(xué)問(wèn)工程師相互合作，是學(xué)問(wèn)獵取成功的關(guān)鍵。⑷用戶(hù)參與。用戶(hù)參與ES的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，有助于人-機(jī)接口設(shè)計(jì)及系統(tǒng)的運(yùn)行和評(píng)價(jià)。⑸幫助工具。承受ES開(kāi)發(fā)工具進(jìn)展幫助設(shè)計(jì)，借鑒已有系統(tǒng)閱歷，提高設(shè)計(jì)效率。

專(zhuān)家系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的一般過(guò)程系統(tǒng)維護(hù)與完善選題與明確任務(wù)系統(tǒng)需求分析知識(shí)獲取與概念化知識(shí)的形式化表示系統(tǒng)設(shè)計(jì)編程與調(diào)試測(cè)試與評(píng)價(jià)專(zhuān)家系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的一般過(guò)程再選題再測(cè)評(píng)精化再設(shè)計(jì)再獲取再形成再分析

專(zhuān)家系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖知識(shí)源學(xué)習(xí)模塊用戶(hù)接口模塊結(jié)論模塊問(wèn)題理解模塊推理機(jī)模塊可信度模塊知識(shí)獲取模塊知識(shí)庫(kù)模塊規(guī)則庫(kù) 知識(shí)庫(kù) 事實(shí)庫(kù) 知識(shí)解釋模塊

建立專(zhuān)家系統(tǒng)的一般步驟由圖中可以看出，專(zhuān)家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)有如下特點(diǎn)：(1)學(xué)問(wèn)獵取與學(xué)問(wèn)表示設(shè)計(jì)是一切工作的起點(diǎn)；(2)學(xué)問(wèn)表示以及學(xué)問(wèn)描述語(yǔ)言確定后，各項(xiàng)設(shè)計(jì)〔圖中并列的六個(gè)設(shè)計(jì)〕可同時(shí)進(jìn)展。還需說(shuō)明的是：(1)對(duì)于一個(gè)實(shí)際的專(zhuān)家系統(tǒng)，在系統(tǒng)分析階段就應(yīng)當(dāng)首先弄清晰：系統(tǒng)中哪里需要專(zhuān)家學(xué)問(wèn)，專(zhuān)家學(xué)問(wèn)的作用是什么？以及系統(tǒng)中各專(zhuān)家模塊的輸入是什么？處理是什么？輸出又是什么？(2)系統(tǒng)投入運(yùn)行后，一般來(lái)說(shuō)，其學(xué)問(wèn)庫(kù)還需不斷擴(kuò)大、更新、完善和優(yōu)化。所以專(zhuān)家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)更適合承受快速原型法。(3)對(duì)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)主要看它解決問(wèn)題是否到達(dá)專(zhuān)家水平。(4)上述的所謂“純專(zhuān)家系統(tǒng)”就是一個(gè)實(shí)際專(zhuān)家系統(tǒng)中的專(zhuān)家模塊局部。那么，對(duì)于系統(tǒng)其他局部的分析與設(shè)計(jì)，原則上講，與一般計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)完全一樣，即可按軟件工程標(biāo)準(zhǔn)和程序進(jìn)展。3.2學(xué)問(wèn)獵取學(xué)問(wèn)獵取是建筑專(zhuān)家系統(tǒng)的關(guān)鍵一步，也是較為困難的一步，被稱(chēng)為建筑專(zhuān)家系統(tǒng)的“瓶頸”。學(xué)問(wèn)獵取大體有三種途徑。1.人工獵取人工獵取，即計(jì)算機(jī)人員〔或?qū)W問(wèn)工程師〕與領(lǐng)域?qū)＜液献?，?duì)有關(guān)領(lǐng)域?qū)W問(wèn)和專(zhuān)家學(xué)問(wèn)，進(jìn)展挖掘、搜集、分析、綜合、整理、歸納，然后以某種表示形式存入學(xué)問(wèn)庫(kù)。2.半自動(dòng)獵取半自動(dòng)獵取，即利用某種特地的學(xué)問(wèn)獵取系統(tǒng)，實(shí)行提示、指導(dǎo)或問(wèn)答的方式，幫助專(zhuān)家提取、歸納有關(guān)學(xué)問(wèn)，并自動(dòng)記入學(xué)問(wèn)庫(kù)。3.自動(dòng)獵取自動(dòng)獵取又可分為兩種形式：一種是系統(tǒng)本身具有一種機(jī)制，使得系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中能不斷地總結(jié)閱歷，并修改和擴(kuò)大自己的學(xué)問(wèn)庫(kù)；另一種是開(kāi)發(fā)特地的機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)，讓機(jī)器自動(dòng)從實(shí)際問(wèn)題中獵取學(xué)問(wèn)，并填充學(xué)問(wèn)庫(kù)。3.3學(xué)問(wèn)表示與學(xué)問(wèn)描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)學(xué)問(wèn)表示與學(xué)問(wèn)描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)是依據(jù)所獲得學(xué)問(wèn)的特點(diǎn)，選擇或設(shè)計(jì)某種學(xué)問(wèn)表示形式，并為這種表示形式設(shè)計(jì)相應(yīng)的學(xué)問(wèn)描述語(yǔ)言。所謂學(xué)問(wèn)描述語(yǔ)言，就是學(xué)問(wèn)的具體語(yǔ)法構(gòu)造形式。所以，學(xué)問(wèn)描述語(yǔ)言既要面對(duì)人、面對(duì)用戶(hù)，又要面對(duì)學(xué)問(wèn)表示、面對(duì)機(jī)器，還要面對(duì)推理、面對(duì)學(xué)問(wèn)運(yùn)用。這就要求學(xué)問(wèn)描述語(yǔ)言既能為用戶(hù)供給一種便利、易懂的外部學(xué)問(wèn)表達(dá)形式，又能將這種外部表示轉(zhuǎn)換成簡(jiǎn)潔存儲(chǔ)、治理、運(yùn)用的內(nèi)部形式。3.4學(xué)問(wèn)庫(kù)與學(xué)問(wèn)庫(kù)治理系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)問(wèn)庫(kù)是專(zhuān)家系統(tǒng)的核心。學(xué)問(wèn)庫(kù)的質(zhì)量直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的性能和效率。因此，學(xué)問(wèn)庫(kù)涉及學(xué)問(wèn)的組織與治理。學(xué)問(wèn)的組織打算了學(xué)問(wèn)庫(kù)的構(gòu)造，學(xué)問(wèn)的治理包括學(xué)問(wèn)庫(kù)的建立、刪除、重組及維護(hù)和學(xué)問(wèn)的錄入、查詢(xún)、更新、優(yōu)化等，還有學(xué)問(wèn)的完整性、全都性、冗余性檢查和安全愛(ài)護(hù)等方面的工作。學(xué)問(wèn)治理由學(xué)問(wèn)庫(kù)治理系統(tǒng)負(fù)責(zé)。1.學(xué)問(wèn)庫(kù)設(shè)計(jì)學(xué)問(wèn)庫(kù)設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)學(xué)問(wèn)庫(kù)的構(gòu)造，即學(xué)問(wèn)的組織形式。專(zhuān)家系統(tǒng)〔或?qū)W問(wèn)工程〕中所涉及的學(xué)問(wèn)庫(kù)，一般取層次構(gòu)造或網(wǎng)狀構(gòu)造模式。這種構(gòu)造模式是把學(xué)問(wèn)按某種原則進(jìn)展分類(lèi)，然后分塊分層組織存放，如按元學(xué)問(wèn)、專(zhuān)家學(xué)問(wèn)、領(lǐng)域?qū)W問(wèn)等分層組織；而每一塊和每一層還可以再分塊分層。這樣，整個(gè)學(xué)問(wèn)庫(kù)就呈樹(shù)型或網(wǎng)狀構(gòu)造。例如，以下圖所示的就是一個(gè)醫(yī)療診斷學(xué)問(wèn)庫(kù)的層次構(gòu)造。醫(yī)療診斷學(xué)問(wèn)庫(kù)層次構(gòu)造醫(yī)療診斷知識(shí)庫(kù)消化系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)呼吸系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)……肝病知識(shí)庫(kù)胃病知識(shí)庫(kù)……2.學(xué)問(wèn)庫(kù)治理系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)問(wèn)庫(kù)治理系統(tǒng)應(yīng)包括學(xué)問(wèn)一級(jí)和學(xué)問(wèn)庫(kù)一級(jí)的各種治理功能。1)學(xué)問(wèn)操作功能設(shè)計(jì)學(xué)問(wèn)操作功能包括學(xué)問(wèn)的添加、刪除、修改、查詢(xún)和統(tǒng)計(jì)等。這些功能可承受兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。一種方法就是利用屏幕窗口，通過(guò)人機(jī)對(duì)話(huà)方式實(shí)現(xiàn)學(xué)問(wèn)的增、刪、改、

查等；另一種方法就是用全屏幕編輯方式，讓用戶(hù)直接用鍵盤(pán)按學(xué)問(wèn)描述語(yǔ)言的語(yǔ)法格式編輯學(xué)問(wèn)。2)學(xué)問(wèn)檢查功能設(shè)計(jì)學(xué)問(wèn)檢查包括學(xué)問(wèn)的全都性、完整性、冗余性等檢查。所謂學(xué)問(wèn)的全都性，就是學(xué)問(wèn)庫(kù)中的學(xué)問(wèn)必需是相容的，即無(wú)沖突。例如，下面的兩條規(guī)章r1:ifPthenQr2:ifPthenQ就是沖突的。那么，像這樣的規(guī)章就不能同時(shí)存在于一個(gè)學(xué)問(wèn)庫(kù)中。所謂完整性，是指學(xué)問(wèn)中的約束條件，稱(chēng)為完整性約束。例如，小王的身高x米，則必需滿(mǎn)足：x<3米；又如，弟弟今年x歲，哥哥今年y歲，則必需滿(mǎn)足x<y。否則就破壞了學(xué)問(wèn)的完整性。所謂冗余性，就是重復(fù)、多余等。冗余性檢查就是檢查學(xué)問(wèn)庫(kù)中的學(xué)問(wèn)是否存在冗余。也就是要求不能存在冗余。冗余的表現(xiàn)有重復(fù)、包含、環(huán)路等現(xiàn)象。例如，下面的三條規(guī)章：r1:ifPthenQr2:ifQthenRr3:ifPthenR3)學(xué)問(wèn)庫(kù)操作設(shè)計(jì)學(xué)問(wèn)庫(kù)操作包括學(xué)問(wèn)庫(kù)〔文件〕的建立、刪除、分解、合并等。這里著重要說(shuō)明的是學(xué)問(wèn)庫(kù)的分解與合并。這兩種功能類(lèi)似于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的投影、選擇和連接操作，它們實(shí)現(xiàn)的是學(xué)問(wèn)庫(kù)的重組。我們說(shuō)，學(xué)問(wèn)庫(kù)的重組也是可能甚至是必要的。由于隨著系統(tǒng)的運(yùn)行，可能會(huì)覺(jué)察原先的學(xué)問(wèn)組合不合理，因此就需要重新組合，這時(shí)就需要使用學(xué)問(wèn)庫(kù)的分解與合并功能。3.5推理機(jī)與解釋功能設(shè)計(jì)1.從哪里著手;推理機(jī)是與學(xué)問(wèn)庫(kù)對(duì)應(yīng)的專(zhuān)家系統(tǒng)的另一重要部件。推理機(jī)的推理是基于學(xué)問(wèn)庫(kù)中的學(xué)問(wèn)進(jìn)展的。所以，推理機(jī)就必需與學(xué)問(wèn)庫(kù)及其學(xué)問(wèn)相適應(yīng)、相配套。具體來(lái)講，就是推理機(jī)必需與學(xué)問(wèn)庫(kù)的構(gòu)造、層次以及其中學(xué)問(wèn)的具體表示形式等相協(xié)調(diào)、相匹配。否則，推理機(jī)與學(xué)問(wèn)庫(kù)將無(wú)法接軌。因此，設(shè)計(jì)推理機(jī)時(shí)，首先得對(duì)學(xué)問(wèn)庫(kù)有所了解。2.還應(yīng)考慮些什么對(duì)推理機(jī)本身而言，還要考慮推理的方式、方法和掌握策略等。例如，對(duì)于推理方式，是正向推理，還是反向推理或雙向推理？是準(zhǔn)確推理，還是不準(zhǔn)確推理？是串行推理，還是并行推理？是單調(diào)推理，還是非單調(diào)推理？又如，對(duì)于推理方法，是用歸結(jié)法，還是用自然演繹法？對(duì)于不準(zhǔn)確推理承受什么樣的推理模型？還有，對(duì)于搜尋掌握，是承受深度優(yōu)先還是廣度優(yōu)先，對(duì)于沖突消解是依據(jù)優(yōu)先數(shù)，還是可信度或程度〔即隸屬度〕等等。3.算法設(shè)計(jì)與程序設(shè)計(jì)做了上述的分析以后，就可著手設(shè)計(jì)推理機(jī)的算法了。對(duì)于一個(gè)基于規(guī)章的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其推理機(jī)也就相當(dāng)于產(chǎn)生式系統(tǒng)中的執(zhí)行掌握部件，所以其運(yùn)行過(guò)程也就是產(chǎn)生系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程，因此，產(chǎn)生式系統(tǒng)所承受的算法，或者圖搜尋中所用的算法也就是這里的推理機(jī)所用的算法。算法確定后，就可進(jìn)展程序設(shè)計(jì)。至于推理機(jī)用何種程序語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，這個(gè)并無(wú)什么限制，如可以用傳統(tǒng)的LISP或PROLOG語(yǔ)言，也用當(dāng)前流行的C或C++語(yǔ)言。4.解釋機(jī)制如何實(shí)現(xiàn)另外，在推理機(jī)的設(shè)計(jì)中還得考慮解釋機(jī)制。由于專(zhuān)家系統(tǒng)一般要求要有解釋功能。即在推理中要能答復(fù)用戶(hù)“為什么”的問(wèn)題，在推理完畢后，要能答復(fù)“怎么樣〔得到結(jié)果〕”的問(wèn)題。從系統(tǒng)的構(gòu)造上講，一般是把解釋作為一個(gè)獨(dú)立的模塊，但實(shí)際上解釋功能也是與推理機(jī)親密相關(guān)的。由于要解釋就必需對(duì)推理進(jìn)展實(shí)時(shí)跟蹤。3.6系統(tǒng)構(gòu)造設(shè)計(jì)系統(tǒng)構(gòu)成技術(shù)被稱(chēng)為人工智能的三大技術(shù)之一。所以，對(duì)一個(gè)專(zhuān)家系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其體系構(gòu)造就顯得特別重要。雖然從原理來(lái)講，專(zhuān)家系統(tǒng)由學(xué)問(wèn)庫(kù)、推理機(jī)等局部組成，但由于受問(wèn)題領(lǐng)域、系統(tǒng)規(guī)模、學(xué)問(wèn)表示方法、學(xué)問(wèn)庫(kù)構(gòu)造以及其他特殊性等諸多因素的影響，故專(zhuān)家系統(tǒng)的體系構(gòu)造難以形成固定的模式。一般來(lái)講，有諸如獨(dú)立式〔一個(gè)“純”專(zhuān)家模塊〕、混合式〔還有其他處理模塊〕、集中式、分布式、層次式以及“黑板模型”等。3.7人機(jī)界面設(shè)計(jì)人機(jī)界面對(duì)于一個(gè)有用專(zhuān)家系統(tǒng)(特殊是詢(xún)問(wèn)型學(xué)問(wèn)系統(tǒng))來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。一個(gè)專(zhuān)家系統(tǒng)一般有兩個(gè)人機(jī)界面：一個(gè)是面對(duì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和維護(hù)者的；一個(gè)是面對(duì)最終使用者的。前一個(gè)界面由開(kāi)發(fā)工具供給；后一個(gè)則是專(zhuān)家系統(tǒng)自身的一局部。由于圖形用戶(hù)界面(GUI)的廣泛使用，所以目前專(zhuān)家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)界面已到達(dá)相當(dāng)高的水平。而專(zhuān)家系統(tǒng)的使用界面相對(duì)還比較落后。這是由于，使用界面往往要涉及“人機(jī)對(duì)話(huà)”，如人對(duì)系統(tǒng)的詢(xún)問(wèn)、系統(tǒng)對(duì)人的答復(fù)，特殊是系統(tǒng)對(duì)用戶(hù)的解釋。

4專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具與環(huán)境

4.1專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具專(zhuān)家系統(tǒng)(ES)工具有時(shí)也叫做ES外殼和ES環(huán)境，主要是研制樣機(jī)的工具，通過(guò)抽調(diào)某個(gè)ES的學(xué)問(wèn)庫(kù)，就可從特殊的ES中抽出外殼來(lái)而成為ES工具。ES工具支持的功能包括：推理過(guò)程、數(shù)據(jù)存取、自然語(yǔ)言對(duì)話(huà)的界面(接口)、過(guò)程的界面、解釋功能。

ES開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境可分為五種主要類(lèi)型:程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、學(xué)問(wèn)工程語(yǔ)言、幫助型工具、支持工具及開(kāi)發(fā)環(huán)境，如下圖。專(zhuān)家系統(tǒng)建筑方法可以分成以下三種:①利用計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)建筑ES；②利用計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)環(huán)境編寫(xiě)建筑ES；③用計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)工具建筑ES。專(zhuān)家系統(tǒng)工具和環(huán)境專(zhuān)家系統(tǒng)工具和環(huán)境的組成程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言知識(shí)工程語(yǔ)言輔助型工具支持工具開(kāi)發(fā)環(huán)境面向問(wèn)題的語(yǔ)言符號(hào)處理語(yǔ)言骨架型通用型知識(shí)獲取系統(tǒng)設(shè)計(jì)助手程序設(shè)計(jì)輔助解釋設(shè)施4.2專(zhuān)家系統(tǒng)語(yǔ)言型工具程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言包括面對(duì)問(wèn)題的語(yǔ)言和符號(hào)處理語(yǔ)言。面對(duì)問(wèn)題的語(yǔ)言是為特定的問(wèn)題類(lèi)型而設(shè)計(jì)的，其主要代表有C、PASCAL、ADA等，它們?cè)谔幚泶鷶?shù)運(yùn)算方面有很便利的特征；符號(hào)處理語(yǔ)言是為人工智能應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，它的主要代表有以L(fǎng)ISP為代表的函數(shù)型語(yǔ)言，以Prolog為代表的規(guī)律型語(yǔ)言，以及C++、Java等為代表的面對(duì)對(duì)象語(yǔ)言。這些語(yǔ)言典型的特點(diǎn)是具有很強(qiáng)的遞歸功能4.2.2學(xué)問(wèn)工程語(yǔ)言骨架型學(xué)問(wèn)工程語(yǔ)言骨架型學(xué)問(wèn)工程語(yǔ)言也稱(chēng)為專(zhuān)家系統(tǒng)外殼，它是由一些已經(jīng)成熟的具體專(zhuān)家系統(tǒng)演化來(lái)的。其演化方法是，抽去這些專(zhuān)家系統(tǒng)中的具體學(xué)問(wèn)，保存它們的體系構(gòu)造和推理機(jī)功能，再把領(lǐng)域?qū)Ｓ玫慕缑娓臑橥ㄓ媒缑妫@樣，就可得到相應(yīng)的專(zhuān)家系統(tǒng)外殼。當(dāng)用它來(lái)建筑專(zhuān)家系統(tǒng)時(shí)，只須把相應(yīng)領(lǐng)域的專(zhuān)家學(xué)問(wèn)用外殼規(guī)定的學(xué)問(wèn)表示模式裝入學(xué)問(wèn)庫(kù)，就可以快速地產(chǎn)生一個(gè)新的專(zhuān)家系統(tǒng)。ES外殼的典型代表有EMYCIN、KAS及EXPERT等通用型學(xué)問(wèn)工程語(yǔ)言通用型ES開(kāi)發(fā)工具，是特地用于構(gòu)造和調(diào)試ES的通用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。它是完全重新設(shè)計(jì)的一類(lèi)ES開(kāi)發(fā)工具，不依靠于任何已有ES，不針對(duì)任何具體領(lǐng)域，能夠處理不同問(wèn)題領(lǐng)域和不同問(wèn)題類(lèi)型。它比骨架系統(tǒng)供給了更多的對(duì)數(shù)據(jù)存取和查找的掌握，具有更大的敏捷性和通用性，但比較難于使用。表通用型學(xué)問(wèn)工程語(yǔ)言4.3專(zhuān)家系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具幫助型工具ES幫助工具是ES開(kāi)發(fā)工具中支撐環(huán)境的一局部，主要用于幫助建筑高質(zhì)量的學(xué)問(wèn)庫(kù)和調(diào)試ES，包括一些用來(lái)幫助獵取學(xué)問(wèn)、表達(dá)學(xué)問(wèn)的程序，以及幫助學(xué)問(wèn)工程師設(shè)計(jì)ES的程序。1.學(xué)問(wèn)獵取幫助工具