09第六章-專家系統(tǒng)

第六講專家系統(tǒng)

主要內(nèi)容基于規(guī)則的專家系統(tǒng)基于框架的專家系統(tǒng)基于模型的專家系統(tǒng)幾種新型的專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)的的設(shè)計(jì)與開發(fā)

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專家系統(tǒng)是人工智能應(yīng)用研究的主要領(lǐng)域。70年代中期，專家系統(tǒng)的開發(fā)獲得成功。正如專家系統(tǒng)的先驅(qū)費(fèi)根鮑姆(Feigenbaum)所說：專家系統(tǒng)的力量是從它處理的知識中產(chǎn)生的，而不是從某種形式主義及其使用的參考模式中產(chǎn)生的。這正符合一句名言：知識就是力量。80年代，專家系統(tǒng)在全世界得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。

本章主要討論專家系統(tǒng)，介紹了專家系統(tǒng)的定義、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和類型，分析了基于規(guī)則的專家系統(tǒng)、基于框架的專家系統(tǒng)和基于模型的專家系統(tǒng)，并介紹了專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和開發(fā)工具。概述2專家系統(tǒng)的定義專家系統(tǒng)是一個(gè)智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，其內(nèi)部含有大量的某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R與經(jīng)驗(yàn)，能夠利用人類專家的知識和解決問題的方法來處理該領(lǐng)域問題。3專家系統(tǒng)的定義也就是說，專家系統(tǒng)是一個(gè)具有大量的專門知識與經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng)，它應(yīng)用人工智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，根據(jù)某領(lǐng)域一個(gè)或多個(gè)專家提供的知識和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)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(fù)雜問題，簡而言之，專家系統(tǒng)是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)4專家系統(tǒng)的一般特點(diǎn)啟發(fā)性專家系統(tǒng)能運(yùn)用專家的知識與經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理、判斷和決策。世界上的大部分工作和知識都是非數(shù)學(xué)性的，只有一小部分人類活動是以數(shù)學(xué)公式為核心的(約占8%)。即使是化學(xué)和物理學(xué)科，大部分也是靠推理進(jìn)行思考的；對于生物學(xué)、大部分醫(yī)學(xué)和全部法律，情況也是這樣。企業(yè)管理的思考幾乎全靠符號推理，而不是數(shù)值計(jì)算透明性專家系統(tǒng)能夠解釋本身的推理過程和回答用戶提出的問題，以便讓用戶能夠了解推理過程，提高對專家系統(tǒng)的信賴感。例如，一個(gè)醫(yī)療診斷專家系統(tǒng)診斷某病人患有肺炎，而且必需用某種抗生素治療，那么，這一專家系統(tǒng)將會向病人解釋為什么他患有肺炎，而且必須用某種抗生素治療，就像一位醫(yī)療專家對病人詳細(xì)解釋病情一樣靈活性

專家系統(tǒng)能不斷地增長知識，修改原有知識，不斷更新。由于這一特點(diǎn)，使得專家系統(tǒng)具有十分廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域.5專家系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)(1)專家系統(tǒng)能夠高效率、準(zhǔn)確、周到、迅速和不知疲倦地進(jìn)行工作。(2)專家系統(tǒng)解決實(shí)際問題時(shí)不受周圍環(huán)境的影響，也不可能遺漏忘記(3)可以使專家的專長不受時(shí)間和空間的限制，以便推廣珍貴和稀缺的專家知識與經(jīng)驗(yàn)。(4)專家系統(tǒng)能促進(jìn)各領(lǐng)域的發(fā)展，它使各領(lǐng)域?qū)＜业膶I(yè)知識和經(jīng)驗(yàn)得到總結(jié)和精煉，能夠廣泛有力地傳播專家的知識、經(jīng)驗(yàn)和能力。

6專家系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)(5)專家系統(tǒng)能匯集多領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗(yàn)以及他們協(xié)作解決重大問題的能力，它擁有更淵博的知識、更豐富的經(jīng)驗(yàn)和更強(qiáng)的工作能力。(6)軍事專家系統(tǒng)的水平是一個(gè)國家國防現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。(7)專家系統(tǒng)的研制和應(yīng)用，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。(8)研究專家系統(tǒng)能夠促進(jìn)整個(gè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。專家系統(tǒng)對人工智能的各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展起了很大的促進(jìn)作用，并將對科技、經(jīng)濟(jì)、國防、教育、社會和人民生活產(chǎn)生極其深遠(yuǎn)的影響7專家系統(tǒng)的類型按照專家系統(tǒng)所求解問題的性質(zhì),大致可以分為:解釋專家系統(tǒng)預(yù)測專家系統(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)控制專家系統(tǒng)調(diào)試專家系統(tǒng)教學(xué)專家系統(tǒng)修理專家系統(tǒng)

8解釋專家系統(tǒng)

expertsystemforinterpretation任務(wù)通過對已知信息和數(shù)據(jù)的分析與解釋，確定它們的涵義。特點(diǎn)：

(a)系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)量很大，而且往往是不準(zhǔn)確的、有錯(cuò)誤的或不完全的。

(b)系統(tǒng)能夠從不完全的信息中得出解釋，并能對數(shù)據(jù)做出某些假設(shè)。

(c)系統(tǒng)的推理過程可能很復(fù)雜和很長，因而要求系統(tǒng)具有對自身的推理過程作出解釋的能力。9解釋專家系統(tǒng)實(shí)例例子有語音理解、圖象分析、系統(tǒng)監(jiān)視、化學(xué)結(jié)構(gòu)分析和信號解釋等。例如，衛(wèi)星圖象(云圖等)分析、集成電路分析、DENDRAL化學(xué)結(jié)構(gòu)分析、ELAS石油測井?dāng)?shù)據(jù)分析、染色體分類、PROSPECTOR地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)解釋和丘陵找水等實(shí)用系統(tǒng)。10預(yù)測專家系統(tǒng)預(yù)測

expertsystemforprediction任務(wù)通過對過去和現(xiàn)在已知狀況的分析，推斷未來可能發(fā)生的情況。預(yù)測專家系統(tǒng)具有下列特點(diǎn)：

(a)系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化，而且可能是不準(zhǔn)確和不完全的。

(b)系統(tǒng)需要有適應(yīng)時(shí)間變化的動態(tài)模型，能夠從不完全和不準(zhǔn)確的信息中得出預(yù)報(bào)，并達(dá)到快速響應(yīng)的要求。11預(yù)測專家系統(tǒng)的例子預(yù)測專家系統(tǒng)的例子有氣象預(yù)報(bào)、軍事預(yù)測、人口預(yù)測、交通預(yù)測、經(jīng)濟(jì)預(yù)測和谷物產(chǎn)量預(yù)測等。例如，惡劣氣候(包括暴雨、颶風(fēng)、冰雹等)預(yù)報(bào)、戰(zhàn)場前景預(yù)測和農(nóng)作物病蟲害預(yù)報(bào)等專家系統(tǒng)。

12診斷專家系統(tǒng)任務(wù)根據(jù)觀察到的情況(數(shù)據(jù))來推斷出某個(gè)對象機(jī)能失常(即故障)的原因。特點(diǎn)：

(a)能夠了解被診斷對象或客體各組成部分的特性以及它們之間的聯(lián)系。

(b)能夠區(qū)分一種現(xiàn)象及其所掩蓋的另一種現(xiàn)象。

(c)能夠向用戶提出測量的數(shù)據(jù)，并從不確切信息中得出盡可能正確的診斷。13診斷專家系統(tǒng)例子診斷專家系統(tǒng)的例子特別多，有醫(yī)療診斷，電子機(jī)械和軟件故障診斷以及材料失效診斷等。用于抗生素治療的MYCIN、肝功能檢驗(yàn)的PUFF、青光眼治療的CASNET、內(nèi)科疾病診斷的INTERNIST-I和血清蛋白診斷等醫(yī)療診斷專家系統(tǒng)，IBM公司的計(jì)算機(jī)故障診斷系統(tǒng)DART/DASD，火電廠鍋爐給水系統(tǒng)故障檢測與診斷系統(tǒng)、雷達(dá)故障診斷系統(tǒng)和太空站熱力控制系統(tǒng)的故障檢測與診斷系統(tǒng)等、都是國內(nèi)外頗有名氣的實(shí)例14設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)任務(wù)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，求出滿足設(shè)計(jì)問題約束的目標(biāo)配置。特點(diǎn)：

(a)善于從多方面的約束中得到符合要求的設(shè)計(jì)結(jié)果。

(b)系統(tǒng)需要檢索較大的可能解空間。

(c)善于分析各種子問題，并處理好子問題間的相互作用。

(d)能夠試驗(yàn)性地構(gòu)造出可能設(shè)計(jì)，并易于對所得設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改。

(e)能夠使用已被證明是正確的設(shè)計(jì)來解釋當(dāng)前的(新的)設(shè)計(jì)。

15設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)涉及電路(如數(shù)字電路和集成電路)設(shè)計(jì)、土木建筑工程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)等。比較有影響的專家設(shè)計(jì)系統(tǒng)有VAX計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)R1(XCOM)、浙江大學(xué)的花布立體感圖案設(shè)計(jì)和花布印染專家系統(tǒng)、大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)以及齒輪加工工藝設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)等。16規(guī)劃專家系統(tǒng)任務(wù):

尋找出某個(gè)能夠達(dá)到給定目標(biāo)的動作序列或步驟。特點(diǎn)：

(a)所要規(guī)劃的目標(biāo)可能是動態(tài)的或靜態(tài)的，因而需要對未來動作做出預(yù)測。

(b)所涉及的問題可能很復(fù)雜，要求系統(tǒng)能抓住重點(diǎn)，處理好各子目標(biāo)間的關(guān)系和不確定的數(shù)據(jù)信息，并通過試驗(yàn)性動作得出可行規(guī)劃17規(guī)劃專家系統(tǒng)規(guī)劃專家系統(tǒng)可用于機(jī)器人規(guī)劃、交通運(yùn)輸調(diào)度、工程項(xiàng)目論證、通信與軍事指揮以及農(nóng)作物施肥方案規(guī)劃等。比較典型的規(guī)劃專家系統(tǒng)的例子有3界3號軍事指揮調(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)以及小麥和水稻施肥專家系統(tǒng)等.18監(jiān)視專家系統(tǒng)任務(wù)對系統(tǒng)、對象或過程的行為進(jìn)行不斷觀察，并把觀察到的行為與其應(yīng)當(dāng)具有的行為進(jìn)行比較，以發(fā)現(xiàn)異常情況，發(fā)出警報(bào).特點(diǎn)：

(a)系統(tǒng)應(yīng)具有快速反應(yīng)能力，在造成事故之前及時(shí)發(fā)出警報(bào)。

(b)系統(tǒng)發(fā)出的警報(bào)要有很高的準(zhǔn)確性。在需要發(fā)出警報(bào)時(shí)發(fā)警報(bào)，在不需要發(fā)出警報(bào)時(shí)不得輕易發(fā)警報(bào)(假警報(bào))。

(c)系統(tǒng)能夠隨時(shí)間和條件的變化而動態(tài)地處理其輸入信息19監(jiān)視專家系統(tǒng)監(jiān)視專家系統(tǒng)可用于核電站的安全監(jiān)視、防空監(jiān)視與警報(bào)、國家財(cái)政的監(jiān)控、傳染病疫情監(jiān)視及農(nóng)作物病蟲害監(jiān)視與警報(bào)等。粘蟲測報(bào)專家系統(tǒng)是監(jiān)視專家系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例。20控制專家系統(tǒng)任務(wù)自適應(yīng)地管理一個(gè)受控對象或客體的全面行為，使之滿足預(yù)期要求。特點(diǎn)：能夠解釋當(dāng)前情況，預(yù)測未來可能發(fā)生的情況，診斷可能發(fā)生的問題及其原因，不斷修正計(jì)劃，并控制計(jì)劃的執(zhí)行。也就是說，控制專家系統(tǒng)具有解釋、預(yù)報(bào)、診斷、規(guī)劃和執(zhí)行等多種功能。21控制專家系統(tǒng)空中交通管制、商業(yè)管理、自主機(jī)器人控制、作戰(zhàn)管理、生產(chǎn)過程控制和生產(chǎn)質(zhì)量控制等都是控制專家系統(tǒng)的潛在應(yīng)用方面。例如，已經(jīng)對海、陸、空自主車、生產(chǎn)線調(diào)度和產(chǎn)品質(zhì)量控制等課題進(jìn)行控制專家系統(tǒng)的研究。22調(diào)試專家系統(tǒng)調(diào)試專家系統(tǒng)的任務(wù)是對失靈的對象給出處理意見和方法。調(diào)試專家系統(tǒng)的特點(diǎn)是同時(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。調(diào)試專家系統(tǒng)可用于新產(chǎn)品或新系統(tǒng)的調(diào)試，也可用于維修站進(jìn)行被修設(shè)備的調(diào)整、測量與試驗(yàn)。在這方面的實(shí)例還很少見。23教學(xué)專家系統(tǒng)任務(wù)根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)、弱點(diǎn)和基礎(chǔ)知識，以最適當(dāng)?shù)慕贪负徒虒W(xué)方法對學(xué)生進(jìn)行教學(xué)和輔導(dǎo)。特點(diǎn)：

(a)同時(shí)具有診斷和調(diào)試等功能。

(b)具有良好的人機(jī)界面。已經(jīng)開發(fā)和應(yīng)用的教學(xué)專家系統(tǒng)有美國麻省理工MACSYMA符號積分與定理證明系統(tǒng)，我國一些大學(xué)開發(fā)的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言和物理智能計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)以及聾啞人語言訓(xùn)練專家系統(tǒng)等。24修理專家系統(tǒng)修理專家系統(tǒng)的任務(wù)是對發(fā)生故障的對象(系統(tǒng)或設(shè)備)進(jìn)行處理，使其恢復(fù)正常工作。修理專家系統(tǒng)具有診斷、調(diào)試、計(jì)劃和執(zhí)行等功能。美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的ACI電話和有線電視維護(hù)修理系統(tǒng)是修理專家系統(tǒng)的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。此外，還有決策專家系統(tǒng)和咨詢專家系統(tǒng)等.25專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是指專家系統(tǒng)各組成部分的構(gòu)造方法和組織形式.

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選擇恰當(dāng)與否，是與專家系統(tǒng)的適用性和有效性密切相關(guān)的。選擇什么結(jié)構(gòu)最為恰當(dāng)，要根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境和所執(zhí)行任務(wù)的特點(diǎn)而定。例如，MYCIN系統(tǒng)的任務(wù)是疾病診斷與解釋，其問題的特點(diǎn)是需要較小的可能空間、可靠的數(shù)據(jù)及比較可靠的知識，這就決定了它可采用窮盡檢索解空間和單鏈推理等較簡單的控制方法和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。與此不同的，HEARSAYⅡ系統(tǒng)的任務(wù)是進(jìn)行口語理解。這一任務(wù)需要檢索巨大的可能解空間，數(shù)據(jù)和知識都不可靠，缺少問題的比較固定的路線，經(jīng)常需要猜測才能繼續(xù)推理等。這些特點(diǎn)決定了HEARSAYⅡ必須采用比MYCIN更為復(fù)雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

26專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖27理想專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖28理想專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖剖析接口:人與系統(tǒng)進(jìn)行信息交流的媒介.黑板:記錄系統(tǒng)推理過程中用的控制信息,中間假設(shè),中間結(jié)果的數(shù)據(jù)庫.包括計(jì)劃,議程和中間解三部分.知識庫:一部分記錄已知與當(dāng)前問題有關(guān)的數(shù)據(jù)信息,一部分記錄進(jìn)行推理用到的一般知識和領(lǐng)域知識.調(diào)度器;根據(jù)系統(tǒng)建造者所給出的控制知識,從議程中選擇一項(xiàng)作為下一步的執(zhí)行動作.解釋器:向用戶解釋系統(tǒng)的行為,包括結(jié)論的正確性以及原因.29一般應(yīng)用程序與專家系統(tǒng)的區(qū)別專家系統(tǒng):一個(gè)智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng).30專家系統(tǒng)的主要組成部分知識庫,綜合數(shù)據(jù)庫,推理機(jī),解釋器,接口(1)知識庫(knowledgebase)

知識庫用于存儲某領(lǐng)域?qū)＜蚁到y(tǒng)的專門知識，包括事實(shí)、可行操作與規(guī)則等。為了建立知識庫，要解決知識獲取和知識表示問題。知識獲取涉及知識工程師如何從專家那里獲得專門知識的問題；知識表示則要解決如何用計(jì)算機(jī)能夠理解的形式表達(dá)和存儲知識的問題。

31專家系統(tǒng)的主要組成部分(2)綜合數(shù)據(jù)庫(globaldatabase)

綜合數(shù)據(jù)庫又稱全局?jǐn)?shù)據(jù)庫或總數(shù)據(jù)庫，它用于存儲領(lǐng)域或問題的初始數(shù)據(jù)和推理過程中得到的中間數(shù)據(jù)(信息)，即被處理對象的一些當(dāng)前事實(shí)。

3)推理機(jī)(reasoningmachine)

推理機(jī)用于記憶所采用的規(guī)則和控制策略的程序，使整個(gè)專家系統(tǒng)能夠以邏輯方式協(xié)調(diào)地工作。推理機(jī)能夠根據(jù)知識進(jìn)行推理和導(dǎo)出結(jié)論，而不是簡單地搜索現(xiàn)成的答案

32專家系統(tǒng)的主要組成部分(4)解釋器(explanator)

解釋器能夠向用戶解釋專家系統(tǒng)的行為，包括解釋推理結(jié)論的正確性以及系統(tǒng)輸出其它候選解的原因。

(5)接口(interface)

接口又稱界面，它能夠使系統(tǒng)與用戶進(jìn)行對話，使用戶能夠輸入必要的數(shù)據(jù)、提出問題和了解推理過程及推理結(jié)果等。系統(tǒng)則通過接口，要求用戶回答提問，并回答用戶提出的問題，進(jìn)行必要的解釋。33專家系統(tǒng)的建造步驟建立專家系統(tǒng)的一般步驟:1.設(shè)計(jì)初始知識庫

問題知識化:即辨別所研究問題的實(shí)質(zhì),任務(wù)為何?如何定義,是否可以分解等.

知識概念化:即概括知識表示所需要的關(guān)鍵概念及其關(guān)系,如數(shù)據(jù)類型,已知條件,目標(biāo),提出的假設(shè)以及控制策略等概念形式化:用確定用來組織知識的數(shù)據(jù)形式.應(yīng)用各種知識表示方法,把概念變換為正式的表達(dá),包括假設(shè)空間,過程模型,數(shù)據(jù)特性等.

形式規(guī)則化:即編制規(guī)則,把形式化的語言變成由編程語言表示的可供計(jì)算機(jī)執(zhí)行的語句和程序34專家系統(tǒng)的建造步驟2.原型機(jī)的開發(fā)與實(shí)驗(yàn):開始建立整個(gè)系統(tǒng)所需要的實(shí)驗(yàn)子集,包括整個(gè)模型的典型知識.3知識庫的改進(jìn)和歸納:反復(fù)對知識庫及推理規(guī)則進(jìn)行改進(jìn)實(shí)驗(yàn),歸納出更完善的結(jié)果,經(jīng)過長期努力,使系統(tǒng)在一定范圍內(nèi)達(dá)到人類專家的水平.35專家系統(tǒng)的建造步驟圖示36基于規(guī)則的專家系統(tǒng)根據(jù)專家系統(tǒng)的工作機(jī)理與結(jié)構(gòu),將其分為:

基于規(guī)則的專家系統(tǒng)基于框架的專家系統(tǒng)基于模型的專家系統(tǒng)37基于規(guī)則的專家系統(tǒng)基于規(guī)則的專家系統(tǒng)是一個(gè)計(jì)算機(jī)程序,該程序使用一套包含知識庫內(nèi)的規(guī)則對工作存貯器內(nèi)的具體信息(事實(shí))進(jìn)行處理,通過推理機(jī)推斷出新的信息.38基于規(guī)則的專家系統(tǒng)基于規(guī)則的專家系統(tǒng)的工作模型39基于規(guī)則的專家系統(tǒng)建立產(chǎn)生式系統(tǒng)模型所采用的的模塊知識庫以一套規(guī)則建立人的長期存儲器模型。工作存儲器建立人的短期存儲器模型，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器內(nèi)的問題事實(shí)和存放在知識庫內(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。40基于規(guī)則的專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)41基于規(guī)則的專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)其中知識庫,工作存貯器,推理機(jī)是基于規(guī)則的專家系統(tǒng)的核心.其他部分:用戶界面:.用戶通過該界面來觀察系統(tǒng)并與之對話.開發(fā)界面:知識工程師通過通過該界面對系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā).解釋器;對系統(tǒng)推理提供解釋.外部程序;如數(shù)據(jù)庫,擴(kuò)展盤和算法等,對專家系統(tǒng)的工作起支持作用.42基于框架的專家系統(tǒng)回憶框架是一種結(jié)構(gòu)化的表示方法,由若干個(gè)描述相關(guān)事物各方面及其概念的槽構(gòu)成,每個(gè)槽有若干個(gè)側(cè)面,每個(gè)側(cè)面擁有若干個(gè)值.43基于框架的專家系統(tǒng)的定義基于框架的專家系統(tǒng)是一個(gè)計(jì)算機(jī)程序,該程序使一組包含在知識庫內(nèi)的框架對工作存貯器內(nèi)的具體問題信息進(jìn)行處理,通過推理機(jī)推出新的信息.44基于框架的專家系統(tǒng)面向目標(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)采用面向目標(biāo)編程技術(shù)基于框架的設(shè)計(jì)和面向目標(biāo)的編程共享許多特征在設(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45基于框架的專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類槽子類例子頂層框架提供目標(biāo)的任務(wù)表模式匹配規(guī)則46基于框架的專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法把整個(gè)問題看作是被簡練地表示的規(guī)則,每條規(guī)則獲得問題的啟發(fā)信息.規(guī)則概括了專家對問題的理解47開發(fā)其主要任務(wù)1.定義問題,包括對問題和結(jié)論的考察和綜述2.分析領(lǐng)域,包括定義事物,事物特征,事件和框架系統(tǒng).3.定義類及其特征4.定義例子及其框架結(jié)構(gòu)5.規(guī)定模式匹配規(guī)則6.規(guī)定事物通訊方法7.設(shè)計(jì)系統(tǒng)界面8對系統(tǒng)進(jìn)行評價(jià)9對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展,深化和擴(kuò)寬知識.比基于規(guī)則的專家系統(tǒng)更強(qiáng)大.48基于模型的專家系統(tǒng)人工智能是對各種定性模型(物理的,感知的,社會的系統(tǒng)模型)的獲得,表達(dá)和使用的計(jì)算方法進(jìn)行研究的學(xué)問前面兩類專家系統(tǒng)都是以邏輯心理模型為基礎(chǔ)的,采用規(guī)則邏輯或框架,并以邏輯作為描述啟發(fā)式知識的工具而建立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)增加了系統(tǒng)的功能,提高了性能指標(biāo);可獨(dú)立地深入研究各種相關(guān)模型,把獲得的結(jié)果用于改進(jìn)系統(tǒng).49基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的專家系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型從知識表示、推理機(jī)制到控制方式，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)別三種神經(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)知識通過學(xué)習(xí)算法自動獲取；推理機(jī)制從檢索和驗(yàn)證變成網(wǎng)絡(luò)模式對輸入的競爭50基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)51神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)的幾個(gè)問題神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識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)知識自動獲取神經(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)制同一知識領(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)52新型專家系統(tǒng)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)同工作高級語言和知識語言描述具有自學(xué)習(xí)功能引入新的推理機(jī)制具有自糾錯(cuò)和自完善能力先進(jìn)的智能人機(jī)接口53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。

應(yīng)用環(huán)境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)在很大程度上依賴于其所在的硬件環(huán)境54分布式專家系統(tǒng)55協(xié)同式專家系統(tǒng)當(dāng)前存在的大多數(shù)專家系統(tǒng),在規(guī)定的專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)是一個(gè)”專家”,但一旦越出特定領(lǐng)域,系統(tǒng)就無法工作.協(xié)同式專家系統(tǒng)亦可稱為”群專家系統(tǒng)”,表示能夠綜合若干個(gè)領(lǐng)域或一個(gè)領(lǐng)域的多個(gè)方面的子專家系統(tǒng)相互協(xié)作共同解決一個(gè)更為廣泛的領(lǐng)域問題的專家系統(tǒng).56協(xié)同式專家系統(tǒng)協(xié)同式專家系統(tǒng)與分布式專家系統(tǒng)有共性.因?yàn)槎忌婕岸鄠€(gè)子專家系統(tǒng).但協(xié)同式專家系統(tǒng)更強(qiáng)調(diào)子系統(tǒng)間的合作,而不著重于處理的分布和知識的分布.

一般都在同一個(gè)處理機(jī)上實(shí)現(xiàn)子專家系統(tǒng).57協(xié)同式專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建立一個(gè)協(xié)同式多專家系統(tǒng)，需要解決的問題任務(wù)的分解公共知識的導(dǎo)出討論方式驅(qū)動方式

58專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)59專家知識的描述按照EXPERT表達(dá)知識的方式，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中主要利用以下3個(gè)表達(dá)成分：假設(shè)或結(jié)論，觀測或觀察，推理或決策規(guī)則。在EXPERT中，觀測和假設(shè)之間是嚴(yán)格區(qū)分的。觀測是觀察或量測，它的值可以是“真(T)”，“假(F)”，數(shù)字或“不知道”等形式。假設(shè)是由系統(tǒng)推理得到的可能結(jié)論。通常假設(shè)附有不確定性的量度。推理或決策規(guī)則表示成產(chǎn)生式規(guī)則。60專家知識的描述1.結(jié)論的表示

首先來研究假設(shè)或由系統(tǒng)推理可能得到的結(jié)論。這些結(jié)論規(guī)定了所涉及的專門知識的范圍。例如，在醫(yī)療系統(tǒng)中，這些結(jié)論可能是診斷或?qū)χ委煼椒ǖ慕ㄗh。這許多其它情況下，這些結(jié)論可以表示各種建議或解釋。中間假設(shè)與中間結(jié)論:以小為原則附加假設(shè):表示建議的種類,告訴使用者應(yīng)采取什么操作.結(jié)論的表示取決于所作的觀察或量測，一個(gè)假設(shè)可能附有不同程度的不確定性。61專家知識的描述2.觀測的表示

觀測是得到結(jié)論所需要的觀察或量測結(jié)果。通常可以用邏輯值：真(T)，假(F)或“不知道”，或用數(shù)字來表示。在交互式系統(tǒng)中，一般包括向使用者詢問信息的系統(tǒng)；但有時(shí)也可以不需要使用者的直接干預(yù)而記錄觀測，假如可以從儀表直接讀數(shù)或從另外的程序送來結(jié)果。如果以向使用者詢問的方法記錄觀測，可以用有關(guān)的主題來組織觀測，以便使詢問進(jìn)行得更為有效。把問題組織成菜單那樣的編組是一種很有效的方法。這種方法把問題按主題組織成選擇題、對照表或用數(shù)字回答的問題。62專家知識的描述3.推理規(guī)則的表示

總的來說產(chǎn)生式規(guī)則是決策規(guī)則最為常用的表示形式。這些IF-THEN形式的規(guī)則用來編譯專家憑經(jīng)驗(yàn)的理過程。按照我們的表示方法，產(chǎn)生式規(guī)則可根據(jù)觀測和假設(shè)之間的邏輯關(guān)系分成3類：

(1)FF--觀測到觀測的規(guī)則；

(2)FH--觀測到假設(shè)的規(guī)則；

(3)HH--假設(shè)到假設(shè)的規(guī)則。63專家知識的描述FF--觀測到觀測的規(guī)則FF規(guī)則規(guī)定那些可從已確定的觀測直接推導(dǎo)出來的觀測的真值。一般FF規(guī)則只是局限于建立對問題順序的局部控制。FF規(guī)則規(guī)定那些真值已被確定的觀測跟其他一些真值還未確定的觀測之間的可信度的邏輯關(guān)系。如果利用FF規(guī)則，根據(jù)對先前問題的回答就可以確定對問題的解答，那么就可以避免詢問不必要的問題。64專家知識的描述FH規(guī)則-從觀測到假設(shè)的規(guī)則在許多用于分類的專家系統(tǒng)中，產(chǎn)生式規(guī)則被設(shè)計(jì)成可對產(chǎn)生式結(jié)論的可信程度進(jìn)行量度。通?？尚哦攘繙y是一個(gè)從-1到+1之間的數(shù)值。數(shù)值-1表示結(jié)論完全不可信，而+1表示完全可信。0表示還沒有決定或不知道結(jié)論的可信度。65專家知識的描述從假設(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。在EXPERT中，HH規(guī)則所規(guī)定的假設(shè)被賦予一個(gè)固定范圍的可信度。66知識的使用作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)性的系統(tǒng)，在專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中有兩個(gè)關(guān)于控制的問題。這是兩個(gè)相互關(guān)連的目標(biāo)：

(1)得到準(zhǔn)確的結(jié)論。

(2)詢問恰當(dāng)?shù)膯栴}以幫助分析和作出決策。到目前為止，建立專家系統(tǒng)還遠(yuǎn)不是一門精確的科學(xué)。專家經(jīng)常提供大量的信息，我們必須力圖抽取專家推理過程中的關(guān)鍵內(nèi)容，并且盡可能準(zhǔn)確而簡潔地表示這些知識。因?yàn)樵诂F(xiàn)有的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生式規(guī)則的方法之間有許多差別，所以善于選擇那些適合于當(dāng)前應(yīng)用場合的結(jié)構(gòu)和策略很重要。67知識的使用1.結(jié)論的分級與選擇

按評價(jià)的先后次序，把規(guī)則分成等級和選擇規(guī)則是推理過程中控制策略的基本部分。我們可以根據(jù)專家的意見來排列與評價(jià)規(guī)則的次序。但與此同時(shí)，還必須研究規(guī)則的評價(jià)次序的影響。規(guī)則評價(jià)次序的編排應(yīng)該使不論采取什么次序，都得到相同的結(jié)論。68知識的使用2.詢問問題的策略要給出一個(gè)詢問問題的最佳策略是很困難的，確切地說，詢問的質(zhì)量在很大程度上取決于在事先是否把問題清楚地組織好。一個(gè)好的詢問策略，關(guān)鍵之一是使問題包含盡可能多的結(jié)構(gòu)。應(yīng)該根據(jù)共同的主題，把問題分成組。69知識的使用兩種提問策略固定順序非固定順序:根據(jù)具體情況做選擇.,一般詢問代價(jià)最小的問題,優(yōu)先詢問對當(dāng)前可信度最高的假設(shè)有影響的問題只考慮那些和當(dāng)前記錄的觀測有關(guān)的假設(shè).70決策解釋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者和使用者都需要系統(tǒng)對它所作出的決策給予解釋。但是它們對決策解釋的要求又各不相同。以下我們對此分別介紹：

1.對系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的解釋

2.對系統(tǒng)使用者的解釋71決策解釋1.對系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的解釋。如果是對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者解釋決策，那么只需顯示為了推論出給定假設(shè)所需滿足的那組規(guī)則，就是最直接的解釋。72知識的使用和決策解釋以下是這種類型解釋的例子。這時(shí)，要求對假設(shè)BATD(電池耗盡)作出解釋。假設(shè)BATD電池耗盡的假設(shè)是根據(jù)如下規(guī)則得出的：如果啟動器的數(shù)據(jù)：不旋轉(zhuǎn)簡單的檢查：車頭燈暗淡那么電池耗盡(0.9)這種類型的解釋對設(shè)計(jì)者估價(jià)系統(tǒng)當(dāng)前的推理方式以及作出修改系統(tǒng)的性能很有用.73知識的使用和決策解釋2.對系統(tǒng)使用者的解釋。

一種解釋方法是用語句來說明結(jié)論,系統(tǒng)給出的是包含說明與建議的假設(shè)語句.假如，在修理汽車的例子中，可以給出一個(gè)總的來說多少是解釋性的說明，而不是生硬地把結(jié)論分成診斷和處理兩類。這樣的語句可以是以下形式："因?yàn)槠嚨钠妆谎停园扬L(fēng)門踏板踩到底或等待10分鐘。74專家系統(tǒng)開發(fā)工具由于專家系統(tǒng)具有十分廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，而每個(gè)系統(tǒng)一般只具有某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜业闹R。如果在建造每個(gè)具體的專家系統(tǒng)時(shí)，一切都從頭開始，就必然會降低工作效率。人們已經(jīng)研制出一些比較通用的工具，作為設(shè)計(jì)和開發(fā)專家系統(tǒng)的輔助手段和環(huán)境，以求提高專家系統(tǒng)的開發(fā)效率、質(zhì)量和自動化水平。這種開發(fā)工具或環(huán)境，就稱為專家系統(tǒng)開發(fā)工具。

專家系統(tǒng)開發(fā)工具是70年代中期開始發(fā)展的，它比一般的計(jì)算機(jī)高級語言：FORTRAN、PASCAL、C、LISP和PROLOG等具有更強(qiáng)的功能。也就是說，專家系統(tǒng)工具是一種更高級的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言。

75專家系統(tǒng)開發(fā)工具現(xiàn)有的專家系統(tǒng)工具，主要分為4類骨架型工具語言型工具構(gòu)造輔助工具支撐環(huán)境76專家系統(tǒng)開發(fā)工具之一

----骨架型工具

專家系統(tǒng)一般都有推理機(jī)和知識庫兩部分，而規(guī)則集存于知識庫內(nèi)。在一個(gè)理想的專家系統(tǒng)中，推理機(jī)完全獨(dú)立于求解問題領(lǐng)域。系統(tǒng)功能上的完善或改變，只依賴于規(guī)則集的完善和改變。由此，借用以前開發(fā)好的專家系統(tǒng)，將描述領(lǐng)域知識的規(guī)則從原系統(tǒng)中“挖掉“，只保留其獨(dú)立于問題領(lǐng)域知識的推理機(jī)部分，這樣形成的工具稱為骨架型工具，如EMYCIN、KAS以及EXPERT等。

77骨架型工具這類工具因其控制策略是預(yù)先給定的，使用起來很方便，用戶只須將具體領(lǐng)域的知識明確地表示成為一些規(guī)則就可以了。這樣，可以把主要精力放在具體概念和規(guī)則的整理上，而不是像使用傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)語言建立專家系統(tǒng)那樣，將大部分時(shí)間花費(fèi)在開發(fā)系統(tǒng)的過程結(jié)構(gòu)上，從而大大提高了專家系統(tǒng)的開發(fā)效率。這類工具往往交互性很好，用戶可以方便地與之對話，并能提供很強(qiáng)的對結(jié)果進(jìn)行解釋的功能.78骨架型工具存在一些問題因其程序的主要骨架是固定的，除了規(guī)則以外，用戶不可改變?nèi)魏螙|西，因而骨架型工具存在一些問題（１）原有骨架可能不適合于所求解的問題．（２）推理機(jī)中的控制結(jié)構(gòu)可能不符合專家新的求解問題的方法．（３）原有的規(guī)則語言，可能不能完全表示所求解領(lǐng)域的知識．（４）解問題的專門領(lǐng)域知識可能不可識別地隱藏在原有系統(tǒng)中．基于這些原因，使得骨架型工具的應(yīng)用范圍很窄，只能用來解決與原系統(tǒng)相類似的問題。79專家系統(tǒng)開發(fā)工具之二

-----語言型開發(fā)工具語言型開發(fā)工具

語言型工具與骨架型工具不同，它們并不與具體的體系和范例有緊密的聯(lián)系，也不偏于具體問題的求解策略和表示方法，所提供給用戶的是建立專家系統(tǒng)所需要的基本機(jī)制，其控制策略也不固定于一種或幾種形式，用戶可以通過一定手段來影響其控制策略。因此，語言型工具的結(jié)構(gòu)變化范圍廣泛，表示靈活，所適應(yīng)的范圍要比骨架型工具廣泛得多。像OPS5、OPS83、RLL及ROSIE等，均屬于這一類工具。

80專家系統(tǒng)開發(fā)工具之三

-------構(gòu)造輔助工具