人工智能之專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)1.專家系統(tǒng)的概念2.專家系統(tǒng)的構(gòu)造3.專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4.專家系統(tǒng)開發(fā)工具與環(huán)境

1、專家系統(tǒng)的概念1.1什么是專家系統(tǒng)亦稱專家咨詢系統(tǒng)，它是一種具有大量專門知識(shí)與閱歷的智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通常，主要指軟件系統(tǒng)。它把專門領(lǐng)域中人類專家的知識(shí)和思索處理問題的方法、閱歷和竅門組織整理且存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，不但能模擬領(lǐng)域?qū)＜业乃枷脒^程，而且能讓計(jì)算機(jī)宛如人類專家那樣智能地處理實(shí)踐問題。狹義地講，專家系統(tǒng)就是人類專家智慧的拷貝，是人類專家的某種化身。廣義地講，專家系統(tǒng)也泛指那些具有“專家級(jí)〞程度的知識(shí)系統(tǒng)，從總體上到達(dá)專家級(jí)程度。1.2專家系統(tǒng)的特點(diǎn)：專家系統(tǒng)與人類專家比較具有以下一些特點(diǎn):1〕專家系統(tǒng)是人類專家智能的模擬、延伸和擴(kuò)展。2〕專家系統(tǒng)是專家可以信任和利用的高程度智能助手和有效工具。3〕專家系統(tǒng)可具有一個(gè)或多個(gè)專家的知識(shí)和閱歷，具有專門知識(shí)的啟發(fā)性，能以接近于人類專家的程度在特定領(lǐng)域任務(wù)，注重特定問題的求解。4〕專家系統(tǒng)能高效、準(zhǔn)確、迅速地任務(wù)。5〕專家系統(tǒng)突破了時(shí)間和空間的限制，程序可永久保管并可復(fù)制。6〕專家系統(tǒng)能進(jìn)展有效推理。7〕具有透明性，能以可了解的方式解釋推理過程。8〕具有自學(xué)習(xí)才干，總結(jié)規(guī)律，擴(kuò)展和完善系統(tǒng)本身。同普通的計(jì)算機(jī)運(yùn)用系統(tǒng)〔如數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)處置系統(tǒng)等〕相比，專家系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：(1)從處置的問題性質(zhì)看，專家系統(tǒng)擅長(zhǎng)處理那些不確定性的、非構(gòu)造化的、沒有算法解或雖有算法解但在現(xiàn)有的機(jī)器上無法實(shí)施的困難問題。(2)從處置問題的方法看，專家系統(tǒng)那么是靠知識(shí)和推理來處理問題〔不像傳統(tǒng)軟件系統(tǒng)運(yùn)用固定的算法來處理問題〕，所以，專家系統(tǒng)是基于知識(shí)的智能問題求解系統(tǒng)。(3)從系統(tǒng)的構(gòu)造來看，專家系統(tǒng)那么強(qiáng)調(diào)知識(shí)與推理的分別，因此系統(tǒng)具有很好的靈敏性和可擴(kuò)展性。(4)專家系統(tǒng)普通還具有解釋功能，即在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中一方面能回答用戶提出的問題，另一方面還能對(duì)最后的輸出〔結(jié)論〕或處置問題的過程作出解釋。(5)有些專家系統(tǒng)還具有“自學(xué)習(xí)〞才干，即不斷對(duì)本人的知識(shí)進(jìn)展擴(kuò)展、完善和提煉。這一點(diǎn)是傳統(tǒng)系統(tǒng)所無法比較的。(6)專家系統(tǒng)不像人那樣容易疲勞、遺忘，易受環(huán)境、心情等的影響，它可一直如一地以專家級(jí)的高程度求解問題。1.3知識(shí)的編程和傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)編程的比較工程 知識(shí)型編程 傳統(tǒng)編程 內(nèi)容 知識(shí)的定義、表示和運(yùn)用 數(shù)據(jù)處置步驟的描畫和運(yùn)用才干 超越程序員了解程度 與程序員了解程度相等 表現(xiàn) 與闡明型為主 與過程型為主 模型 思索模型 處置模型 用途 對(duì)大知識(shí)庫(kù)處置、問題求解對(duì)大數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)展處置 手法 符號(hào)處置 數(shù)值處置 運(yùn)算 推理控制過程 反復(fù)計(jì)算過程 了解 容易 困難 擴(kuò)展 容易 困難 解釋 容易做到在運(yùn)轉(zhuǎn)中解釋 不容易做到在運(yùn)轉(zhuǎn)中解釋 處置 高度的集成處置 順序的批處置 規(guī)那么 啟發(fā)式 算法式 1.4專家系統(tǒng)的類型關(guān)于專家系統(tǒng)的分類，目前還無定論。僅從幾個(gè)不同的側(cè)面對(duì)此進(jìn)展討論。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)測(cè)型、決策型、設(shè)計(jì)型、規(guī)劃型、控制型、調(diào)度型等幾種類型。2.按輸出結(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(jì)型。3.按知識(shí)表示分類目前所用的知識(shí)表示方式有：產(chǎn)生式規(guī)那么、一階謂詞邏輯、框架、語義網(wǎng)等。4.按知識(shí)分類知識(shí)可分為確定性知識(shí)和不確定性知識(shí)，所以，按知識(shí)分類，專家系統(tǒng)又可分為準(zhǔn)確推理型和不準(zhǔn)確推理型〔如，模糊專家系統(tǒng)〕。5.按技術(shù)分類按采用的技術(shù)分類，專家系統(tǒng)可分為符號(hào)推理專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)。6.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)和微專家系統(tǒng)。7.按構(gòu)造分類按構(gòu)造分類可分為集中式和分布式，單機(jī)型和網(wǎng)絡(luò)型(即網(wǎng)上專家系統(tǒng))。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)ES自動(dòng)獲取模塊輸入、組織并存儲(chǔ)專家提供的學(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，為知識(shí)庫(kù)實(shí)現(xiàn)知識(shí)獲取。當(dāng)新的學(xué)習(xí)實(shí)例輸入后，知識(shí)獲取模塊經(jīng)過對(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，從而更新了知識(shí)庫(kù)。如下圖。學(xué)習(xí)例如網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造學(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的根本構(gòu)造用戶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家

2.1概念構(gòu)造從概念來講，一個(gè)專家系統(tǒng)應(yīng)具有如圖1所示的普通構(gòu)造方式。其中知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)是兩個(gè)最根本的模塊。1.知識(shí)庫(kù)〔KnowledgeBase)所謂知識(shí)庫(kù)，就是以某種表示方式存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中的知識(shí)的集合。知識(shí)庫(kù)通常是以一個(gè)個(gè)文件的方式存放于外部介質(zhì)上，專家系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)將被調(diào)入內(nèi)存。知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)普通包括專家知識(shí)、領(lǐng)域知識(shí)和元知識(shí)。2、專家系統(tǒng)的構(gòu)造圖1專家系統(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，它既包括通常的邏輯推理，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)也稱全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)、任務(wù)存儲(chǔ)器、黑板等，它是存放初始證據(jù)現(xiàn)實(shí)、推理結(jié)果和控制信息的場(chǎng)所，或者說它是上述各種數(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與專家系統(tǒng)的交互界面。5.解釋模塊解釋程序模塊專門擔(dān)任向用戶解釋專家系統(tǒng)的行為和結(jié)果。6.知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)是知識(shí)庫(kù)的支撐軟件。知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)對(duì)知識(shí)庫(kù)的作用，類似于數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的作用，其功能包括知識(shí)庫(kù)的建立、刪除、重組；知識(shí)的獲取〔主要指錄入和編輯〕、維護(hù)、查詢、更新；以及對(duì)知識(shí)的檢查，包括一致性、冗余性和完好性檢查等等。圖2專家系統(tǒng)的理想構(gòu)造2.2實(shí)踐構(gòu)造上面引見的專家系統(tǒng)構(gòu)造，是專家系統(tǒng)的概念模型，或者說是只強(qiáng)調(diào)知識(shí)和推理這一主要特征的專家系統(tǒng)構(gòu)造。但專家系統(tǒng)終究仍是一種計(jì)算機(jī)運(yùn)用系統(tǒng)。所以，它與其它運(yùn)用系一致樣是處理實(shí)踐問題的。而實(shí)踐問題往往是錯(cuò)綜復(fù)雜的，比如，能夠需求多次推理或多路推理或多層推理才干處理，而知識(shí)庫(kù)也能夠是多塊或多層的。圖3專家系統(tǒng)的實(shí)踐構(gòu)造例如總控處置模塊1處置模塊n專家模塊1專家模塊m…………圖4地質(zhì)圖件繪制智能輔助系統(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，專家系統(tǒng)也可以設(shè)計(jì)成網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造，如“客戶機(jī)/效力器〞(Client/Server)構(gòu)造〔如圖5(a)所示〕，或閱讀器/效力器(Browser/Server)構(gòu)造(如圖5(b)所示)。我們稱后一種構(gòu)造的專家系統(tǒng)為網(wǎng)上專家系統(tǒng)。分布式構(gòu)造那么是一種適宜于分布式計(jì)算環(huán)境的專家系統(tǒng)。例如那些多學(xué)科、多專家結(jié)協(xié)作業(yè)，協(xié)同解題的大型專家系統(tǒng)，就可以設(shè)計(jì)成分布式構(gòu)造。這類專家系統(tǒng)也就稱為分布式專家系統(tǒng)。圖5專家系統(tǒng)的客戶(機(jī))/效力器構(gòu)造及閱讀器/效力器構(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〔機(jī)〕Browser效力器WebServerInternet3、專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.1ES設(shè)計(jì)的原那么根據(jù)ES的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)遵照以下原那么：⑴專門義務(wù)。ES設(shè)計(jì)應(yīng)面向?qū)＜抑R(shí)和閱歷行之有效的場(chǎng)所，面向?qū)I(yè)性的專門義務(wù)。⑵原型設(shè)計(jì)。采用“最小系統(tǒng)觀念〞進(jìn)展系統(tǒng)原型設(shè)計(jì)，逐漸修正、擴(kuò)展和完善。⑶專家協(xié)作。領(lǐng)域?qū)＜遗c知識(shí)工程師相互協(xié)作，是知識(shí)獲取勝利的關(guān)鍵。⑷用戶參與。用戶參與ES的設(shè)計(jì)和開發(fā)，有助于人-機(jī)接口設(shè)計(jì)及系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)和評(píng)價(jià)。⑸輔助工具。采用ES開發(fā)工具進(jìn)展輔助設(shè)計(jì)，自創(chuàng)已有系統(tǒng)閱歷，提高設(shè)計(jì)效率。

專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的普經(jīng)過程系統(tǒng)維護(hù)與完善選題與明確義務(wù)系統(tǒng)需求分析知識(shí)獲取與概念化知識(shí)的方式化表示系統(tǒng)設(shè)計(jì)編程與調(diào)試測(cè)試與評(píng)價(jià)專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的普經(jīng)過程再選題再測(cè)評(píng)精化再設(shè)計(jì)再獲取再構(gòu)成再分析

專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)造圖知識(shí)源學(xué)習(xí)模塊用戶接口模塊結(jié)論模塊問題了解模塊推理機(jī)模塊可信度模塊知識(shí)獲取模塊知識(shí)庫(kù)模塊規(guī)那么庫(kù) 知識(shí)庫(kù) 現(xiàn)實(shí)庫(kù) 知識(shí)解釋模塊建立專家系統(tǒng)的普通步驟由圖中可以看出，專家系統(tǒng)的開發(fā)有如下特點(diǎn)：(1)知識(shí)獲取與知識(shí)表示設(shè)計(jì)是一切任務(wù)的起點(diǎn)；(2)知識(shí)表示以及知識(shí)描畫言語確定后，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。還需闡明的是：(1)對(duì)于一個(gè)實(shí)踐的專家系統(tǒng)，在系統(tǒng)分析階段就應(yīng)該首先弄清楚：系統(tǒng)中哪里需求專家知識(shí)，專家知識(shí)的作用是什么？以及系統(tǒng)中各專家模塊的輸入是什么？處置是什么？輸出又是什么？(2)系統(tǒng)投入運(yùn)轉(zhuǎn)后，普通來說，其知識(shí)庫(kù)還需不斷擴(kuò)展、更新、完善和優(yōu)化。所以專家系統(tǒng)的開發(fā)更適宜采用快速原型法。(3)對(duì)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)主要看它處理問題能否到達(dá)專家程度。(4)上述的所謂“純專家系統(tǒng)〞就是一個(gè)實(shí)踐專家系統(tǒng)中的專家模塊部分。那么，對(duì)于系統(tǒng)其他部分的分析與設(shè)計(jì)，原那么上講，與普通計(jì)算機(jī)運(yùn)用系統(tǒng)完全一樣，即可按軟件工程規(guī)范和程序進(jìn)展。3.2知識(shí)獲取知識(shí)獲取是建造專家系統(tǒng)的關(guān)鍵一步，也是較為困難的一步，被稱為建造專家系統(tǒng)的“瓶頸〞。知識(shí)獲取大體有三種途徑。1.人工獲取人工獲取，即計(jì)算機(jī)人員〔或知識(shí)工程師〕與領(lǐng)域?qū)＜覅f(xié)作，對(duì)有關(guān)領(lǐng)域知識(shí)和專家知識(shí)，進(jìn)展發(fā)掘、搜集、分析、綜合、整理、歸納，然后以某種表示方式存入知識(shí)庫(kù)。2.半自動(dòng)獲取半自動(dòng)獲取，即利用某種專門的知識(shí)獲取系統(tǒng)，采取提示、指點(diǎn)或問答的方式，協(xié)助專家提取、歸納有關(guān)知識(shí)，并自動(dòng)記入知識(shí)庫(kù)。3.自動(dòng)獲取自動(dòng)獲取又可分為兩種方式：一種是系統(tǒng)本身具有一種機(jī)制，使得系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中能不斷地總結(jié)閱歷，并修正和擴(kuò)展本人的知識(shí)庫(kù)；另一種是開發(fā)專門的機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)，讓機(jī)器自動(dòng)從實(shí)踐問題中獲取知識(shí)，并填充知識(shí)庫(kù)。3.3知識(shí)表示與知識(shí)描畫言語設(shè)計(jì)知識(shí)表示與知識(shí)描畫言語設(shè)計(jì)是根據(jù)所獲得知識(shí)的特點(diǎn)，選擇或設(shè)計(jì)某種知識(shí)表示方式，并為這種表示方式設(shè)計(jì)相應(yīng)的知識(shí)描畫言語。所謂知識(shí)描畫言語，就是知識(shí)的詳細(xì)語法構(gòu)造方式。所以，知識(shí)描畫言語既要面向人、面向用戶，又要面向知識(shí)表示、面向機(jī)器，還要面向推理、面向知識(shí)運(yùn)用。這就要求知識(shí)描畫言語既能為用戶提供一種方便、易懂的外部知識(shí)表達(dá)方式，又能將這種外部表示轉(zhuǎn)換成容易存儲(chǔ)、管理、運(yùn)用的內(nèi)部方式。3.4知識(shí)庫(kù)與知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)是專家系統(tǒng)的中心。知識(shí)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，知識(shí)庫(kù)涉及知識(shí)的組織與管理。知識(shí)的組織決議了知識(shí)庫(kù)的構(gòu)造，知識(shí)的管理包括知識(shí)庫(kù)的建立、刪除、重組及維護(hù)和知識(shí)的錄入、查詢、更新、優(yōu)化等，還有知識(shí)的完好性、一致性、冗余性檢查和平安維護(hù)等方面的任務(wù)。知識(shí)管理由知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)擔(dān)任。1.知識(shí)庫(kù)設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)的構(gòu)造，即知識(shí)的組織方式。專家系統(tǒng)〔或知識(shí)工程〕中所涉及的知識(shí)庫(kù)，普通取層次構(gòu)造或網(wǎng)狀構(gòu)造方式。這種構(gòu)造方式是把知識(shí)按某種原那么進(jìn)展分類，然后分塊分層組織存放，如按元知識(shí)、專家知識(shí)、領(lǐng)域知識(shí)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)知識(shí)庫(kù)就呈樹型或網(wǎng)狀構(gòu)造。例如，以下圖所示的就是一個(gè)醫(yī)療診斷知識(shí)庫(kù)的層次構(gòu)造。醫(yī)療診斷知識(shí)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.知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)應(yīng)包括知識(shí)一級(jí)和知識(shí)庫(kù)一級(jí)的各種管理功能。1)知識(shí)操作功能設(shè)計(jì)知識(shí)操作功能包括知識(shí)的添加、刪除、修正、查詢和統(tǒng)計(jì)等。這些功能可采用兩種方法來實(shí)現(xiàn)。一種方法就是利用屏幕窗口，經(jīng)過人機(jī)對(duì)話方式實(shí)現(xiàn)知識(shí)的增、刪、改、

查等；另一種方法就是用全屏幕編輯方式，讓用戶直接用鍵盤按知識(shí)描畫言語的語法格式編輯知識(shí)。2)知識(shí)檢查功能設(shè)計(jì)知識(shí)檢查包括知識(shí)的一致性、完好性、冗余性等檢查。所謂知識(shí)的一致性，就是知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)必需是相容的，即無矛盾。例如，下面的兩條規(guī)那么r1:ifPthenQr2:ifPthenQ就是矛盾的。那么，像這樣的規(guī)那么就不能同時(shí)存在于一個(gè)知識(shí)庫(kù)中。所謂完好性，是指知識(shí)中的約束條件，稱為完好性約束。例如，小王的身高x米，那么必需滿足：x<3米；又如，弟弟今年x歲，哥哥今年y歲，那么必需滿足x<y。否那么就破壞了知識(shí)的完好性。所謂冗余性，就是反復(fù)、多余等。冗余性檢查就是檢查知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)能否存在冗余。也就是要求不能存在冗余。冗余的表現(xiàn)有反復(fù)、包含、環(huán)路等景象。例如，下面的三條規(guī)那么：r1:ifPthenQr2:ifQthenRr3:ifPthenR3)知識(shí)庫(kù)操作設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)操作包括知識(shí)庫(kù)〔文件〕的建立、刪除、分解、合并等。這里著重要闡明的是知識(shí)庫(kù)的分解與合并。這兩種功能類似于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的投影、選擇和銜接操作，它們實(shí)現(xiàn)的是知識(shí)庫(kù)的重組。我們說，知識(shí)庫(kù)的重組也是能夠甚至是必要的。由于隨著系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，能夠會(huì)發(fā)現(xiàn)原先的知識(shí)組合不合理，因此就需求重新組合，這時(shí)就需求運(yùn)用知識(shí)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)是與知識(shí)庫(kù)對(duì)應(yīng)的專家系統(tǒng)的另一重要部件。推理機(jī)的推理是基于知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)進(jìn)展的。所以，推理機(jī)就必需與知識(shí)庫(kù)及其知識(shí)相順應(yīng)、相配套。詳細(xì)來講，就是推理機(jī)必需與知識(shí)庫(kù)的構(gòu)造、層次以及其中知識(shí)的詳細(xì)表示方式等相協(xié)調(diào)、相匹配。否那么，推理機(jī)與知識(shí)庫(kù)將無法接軌。因此，設(shè)計(jì)推理機(jī)時(shí)，首先得對(duì)知識(shí)庫(kù)有所了解。2.還應(yīng)思索些什么對(duì)推理機(jī)本身而言，還要思索推理的方式、方法和控制戰(zhàn)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)確推理采用什么樣的推理模型？還有，對(duì)于搜索控制，是采用深度優(yōu)先還是廣度優(yōu)先，對(duì)于沖突消解是根據(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)那么的系統(tǒng)來說，其推理機(jī)也就相當(dāng)于產(chǎn)生式系統(tǒng)中的執(zhí)行控制部件，所以其運(yùn)轉(zhuǎn)過程也就是產(chǎn)生系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程，因此，產(chǎn)生式系統(tǒng)所采用的算法，或者圖搜索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)用何種程序文語實(shí)現(xiàn)，這個(gè)并無什么限制，如可以用傳統(tǒng)的LISP或PROLOG言語，也用當(dāng)前流行的C或C++言語。4.解釋機(jī)制如何實(shí)現(xiàn)另外，在推理機(jī)的設(shè)計(jì)中還得思索解釋機(jī)制。由于專家系統(tǒng)普通要求要有解釋功能。即在推理中要能回答用戶“為什么〞的問題，在推理終了后，要能回答“怎樣樣〔得到結(jié)果〕〞的問題。從系統(tǒng)的構(gòu)造上講，普通是把解釋作為一個(gè)獨(dú)立的模塊，但實(shí)踐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)被稱為人工智能的三大技術(shù)之一。所以，對(duì)一個(gè)專家系統(tǒng)來說，其體系構(gòu)培育顯得非常重要。雖然從原理來講，專家系統(tǒng)由知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)等部分組成，但由于受問題領(lǐng)域、系統(tǒng)規(guī)模、知識(shí)表示方法、知識(shí)庫(kù)構(gòu)造以及其他特殊性等諸多要素的影響，故專家系統(tǒng)的體系構(gòu)造難以構(gòu)成固定的方式。普通來講，有諸如獨(dú)立式〔一個(gè)“純〞專家模塊〕、混合式〔還有其他處置模塊〕、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)適用專家系統(tǒng)(特別是咨詢型知識(shí)系統(tǒng))來說至關(guān)重要。一個(gè)專家系統(tǒng)普通有兩個(gè)人機(jī)界面：一個(gè)是面向系統(tǒng)開發(fā)和維護(hù)者的；一個(gè)是面向最終運(yùn)用者的。前一個(gè)界面由開發(fā)工具提供；后一個(gè)那么是專家系統(tǒng)本身的一部分。由于圖形用戶界面(GUI)的廣泛運(yùn)用，所以目前專家系統(tǒng)的開發(fā)界面已到達(dá)相當(dāng)高的程度。而專家系統(tǒng)的運(yùn)用界面相對(duì)還比較落后。這是由于，運(yùn)用界面往往要涉及“人機(jī)對(duì)話〞，如人對(duì)系統(tǒng)的訊問、系統(tǒng)對(duì)人的回答，特別是系統(tǒng)對(duì)用戶的解釋。

4專家系統(tǒng)開發(fā)工具與環(huán)境

4.1專家系統(tǒng)開發(fā)工具專家系統(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，經(jīng)過抽調(diào)某個(gè)ES的知識(shí)庫(kù)，就可從特殊的ES中抽出外殼來而成為ES工具。ES工具支持的功能包括：推理過程、數(shù)據(jù)存取、自然言語對(duì)話的界面(接口)、過程的界面、解釋功能。

ES開發(fā)工具和環(huán)境可分為五種主要類型:程序設(shè)計(jì)言語、知識(shí)工程言語、輔助型工具、支持工具及開發(fā)環(huán)境，如下圖。專家系統(tǒng)建造方法可以分成以下三種:①利用計(jì)算機(jī)高級(jí)言語編寫建造ES；②利用計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)環(huán)境編寫建造ES；③用計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)工具建造ES。專家系統(tǒng)工具和環(huán)境專家系統(tǒng)工具和環(huán)境的組成程序設(shè)計(jì)言語知識(shí)工程言語輔助型工具支持工具開發(fā)環(huán)境面向問題的言語符號(hào)處置言語骨架型通用型知識(shí)獲取系統(tǒng)設(shè)計(jì)助手程序設(shè)計(jì)輔助解釋設(shè)備4.2專家系統(tǒng)言語型工具4.2.1程序設(shè)計(jì)言語程序設(shè)計(jì)言語包括面向問題的言語和符號(hào)處置言語。面向問題的言語是為特定的問題類型而設(shè)計(jì)的，其主要代表有C、PASCAL、ADA等，它們?cè)谔幹么鷶?shù)運(yùn)算方面有很方便的特征；符號(hào)處置言語是為人工智能運(yùn)用而設(shè)計(jì)的，它的主要代表有以LISP為代表的函數(shù)型言語，以Prolog為代表的邏輯型言語，以及C++、Java等為代表的面向?qū)ο笱哉Z。這些言語典型的特點(diǎn)是具有很強(qiáng)的遞歸功能4.2.2知識(shí)工程言語骨架型知識(shí)工程言語骨架型知識(shí)工程言語也稱為專家系統(tǒng)外殼，它是由一些曾經(jīng)成熟的詳細(xì)專家系統(tǒng)演化來的。其演化方法是，抽去這些專家系統(tǒng)中的詳細(xì)知識(shí)，保管它們的體系構(gòu)造和推理機(jī)功能，再把領(lǐng)域公用的界面改為通用界面，這樣，就可得到相應(yīng)的專家系統(tǒng)外殼。當(dāng)用它來建造專家系統(tǒng)時(shí)，只須把相應(yīng)領(lǐng)域的專家知識(shí)用外殼規(guī)定的知識(shí)表示方式裝入知識(shí)庫(kù)，就可以快速地產(chǎn)生一個(gè)新的專家系統(tǒng)。ES外殼的典型代表有EMYCIN、KAS及EXPERT等通用型知識(shí)工程言語通用型ES開發(fā)工具，是專門用于構(gòu)造和調(diào)試ES的通用程序設(shè)計(jì)言語。它是完全重新設(shè)計(jì)的一類ES開發(fā)工具，不依賴于任何已有ES，不針對(duì)任何詳細(xì)領(lǐng)域，可以處置不同問題領(lǐng)域和不同問題類型。它比骨架系統(tǒng)提供了更多的對(duì)數(shù)據(jù)存取和查找的控制，具有更大的靈敏性和通用性，但比較難于運(yùn)用。表通用型知識(shí)工程言語4.3專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具4.3.1輔助型工具ES輔助工具是ES開發(fā)工具中支撐環(huán)境的一部分，主要用于協(xié)助建造高質(zhì)量的知識(shí)庫(kù)和調(diào)試ES，包括一些用來協(xié)助獲取知識(shí)、表達(dá)知識(shí)的程序，以及協(xié)助知識(shí)工程師設(shè)計(jì)ES的程序。1.知識(shí)獲取輔助工具