专家系统举例ppt课件.ppt

7.8 新一代专家系统的研究新一代专家系统的研究主讲人:陈诗旭广西师范大学计信学院广西师范大学计信学院目前专家系统存在的五大问题目前专家系统存在的五大问题v忽视了理论与深层知识在问题求解中的作用忽视了理论与深层知识在问题求解中的作用v缺少多个系统的协作及综合型的专家系统缺少多个系统的协作及综合型的专家系统v在知识获取方面还缺少自动获取知识的能力在知识获取方面还缺少自动获取知识的能力v在知识表示上缺少多种表示模式的集成在知识表示上缺少多种表示模式的集成v在推理方面不支持多种推理策略在推理方面不支持多种推理策略针对上述问题针对上述问题, ,我们我们开始了新一代专家系统的研究开始了新一代专家系统的研究 研究新一代专家系统的主要课题研究新一代专家系统的主要课题1 分布协同式的体系结构分布协同式的体系结构2 知识的自动获取知识的自动获取3 深层知识的利用深层知识的利用4 知识表示及推理方法知识表示及推理方法研究课题研究课题1 －－ 分布协同式的体系结构分布协同式的体系结构v所谓分布协同式体系结构是指所谓分布协同式体系结构是指：：把把知识库知识库（（推理机制推理机制））分布于一个计算机分布于一个计算机网络的不同节点上网络的不同节点上, ,在求解问题时，它们能互通信息在求解问题时，它们能互通信息，，密切合作密切合作，，共同完成共同完成问题求解任务问题求解任务。

v该体系结构应解决２个问题该体系结构应解决２个问题（（1 1）任务分布：）任务分布：　把　把待求解的问题分解为若干子问题待求解的问题分解为若干子问题, ,分别交给系统中不同的成员去完成分别交给系统中不同的成员去完成 （（2 2）合作策略：）合作策略：由于系统中的各成员都只具有部分知识，由于系统中的各成员都只具有部分知识，而问題的各子问题间存在着种种内在联系而问題的各子问题间存在着种种内在联系, ,这就要求各成这就要求各成员必须互相通信，合作地进行问题求解为实现合作，需员必须互相通信，合作地进行问题求解为实现合作，需要解决合作的方式与策略以及通信的手段要解决合作的方式与策略以及通信的手段 研究课题２－研究课题２－ 知识的自动获取知识的自动获取知识获取可以划分为两个阶段知识获取可以划分为两个阶段：：v一个是在知识库尚未建立起来时，从领域专家及有关文献资料那获取知识一个是在知识库尚未建立起来时，从领域专家及有关文献资料那获取知识 对于对于这这种情况，为了实现自动知识获取，需要解决自然语言的识别与理解种情况，为了实现自动知识获取，需要解决自然语言的识别与理解以及从大量事例中归纳知识等问题。

以及从大量事例中归纳知识等问题 v一个是在系统运行过程中，通过运行实践不断总结归纳一个是在系统运行过程中，通过运行实践不断总结归纳 对于对于这这一种情况，还需要解决如何从系统的运行实践中发现问题以及通过一种情况，还需要解决如何从系统的运行实践中发现问题以及通过总结经验教训，归纳出新知识、修改旧知识等问题总结经验教训，归纳出新知识、修改旧知识等问题研究课题研究课题3 －－ 深层知识的利用深层知识的利用v深深层层知识是指知识是指：：相关领域中的理论性相关领域中的理论性知知识、原理性知识，而专家的经验通识、原理性知识，而专家的经验通常被称为表层知常被称为表层知识识或浅层知识或浅层知识 v对于深层知识的利用存在对于深层知识的利用存在２个问题２个问题（（1 1））如何确定深层知识的容量与边缘如何确定深层知识的容量与边缘 （（2 2））非单调性亦是深层知识利用中的一个困难问题非单调性亦是深层知识利用中的一个困难问题研究课题研究课题4 －－ 知识表示及推理方法知识表示及推理方法v要使专家系统能像人类专家那样求解领域題，就必须对知识的表示与处理要使专家系统能像人类专家那样求解领域題，就必须对知识的表示与处理作进一步的研究作进一步的研究, ,使其能真正模拟人类求解问题的思维过程使其能真正模拟人类求解问题的思维过程。

v首要解决的问题首要解决的问题（（1 1））如何建立一致的知识表示框架，使之能包含多范例的多种表示模式如何建立一致的知识表示框架，使之能包含多范例的多种表示模式2 2））如何在时态推理、定性推理、非单调推理等方面有所突破，在不确定性如何在时态推理、定性推理、非单调推理等方面有所突破，在不确定性的表示与处理方面取得新的进展等的表示与处理方面取得新的进展等 7.9 专家系统举例专家系统举例广西师范大学计信学院广西师范大学计信学院两个例子两个例子1 动物识别系统动物识别系统2 专家系统专家系统MYCIN两个例子两个例子动物识别系统动物识别系统动物识别系统动物识别系统这是一个用以识别虎、金钱豹等七种动物的小型这是一个用以识别虎、金钱豹等七种动物的小型专家系统专家系统 ：v1.1.系统结构系统结构v2.2.知识知识表示表示v3.3.适用适用知识知识的选取的选取v4.4.推理的结束条件推理的结束条件v5.5.推理推理过程过程动物识别系统动物识别系统 －－ 系统结构系统结构主控模块主控模块创创建建知知识识库库建建立立数数据据库库推推理理机机解解释释机机构构标志结论性规则标志结论性规则释放规则链表释放规则链表释放事实链表释放事实链表匹配已知事实匹配已知事实动物识别系统动物识别系统 －－ 知识表示知识表示v知识用产生式规则表示，相应的数据结构为：知识用产生式规则表示，相应的数据结构为： struct RULE-TYPE{ char * result； int lastflag； struct CAUSE-TYPE* cause-chain； struct RULE-TYPE * next；};v已知事实用字符串已知事实用字符串描描述述, ,连成链表，连成链表，其其数据数据结构为结构为：： struct CAUSE-TYPE { char cause; struct CAUSE-TYPE* next;};动物识别系统动物识别系统 －－ 适用知识的选取适用知识的选取v为了进行推理，就需要根据数据库中的已知事为了进行推理，就需要根据数据库中的已知事 实从知识库中选用合适的知识实从知识库中选用合适的知识。

v适用知识适用知识：：若知识的前提条件所要求的事实在数据库中都存在，就认为它若知识的前提条件所要求的事实在数据库中都存在，就认为它是一条适用知识是一条适用知识动物识别系统动物识别系统 －－ 推理的结束条件推理的结束条件当有如下两种情况中的某一种出现时可终止推理当有如下两种情况中的某一种出现时可终止推理：：v知识库中再无可适用的知识知识库中再无可适用的知识 对于对于这这种情况，很容易进行检测，只要检查一下当前知识库中是种情况，很容易进行检测，只要检查一下当前知识库中是 否还有否还有知识的知识的前提条件可被数据库的前提条件可被数据库的已已知事实满足知事实满足, ,且为未使用过的知识且为未使用过的知识就可得知就可得知v经推理求得了问题的解经推理求得了问题的解 扫描知识库的每一条规则，若一条规则的结论在其它规则的前提条件中都扫描知识库的每一条规则，若一条规则的结论在其它规则的前提条件中都不出现，则这条规则的结论部分就是最终结论，此时就可终止推理过程不出现，则这条规则的结论部分就是最终结论，此时就可终止推理过程 含有最终结论的规则称为结论性规则。

对于结论性规则，为它作一标志，含有最终结论的规则称为结论性规则对于结论性规则，为它作一标志，每当推理机用到带标志的规则进行推理时每当推理机用到带标志的规则进行推理时, ,推出的结论必然是最终结论，推出的结论必然是最终结论，此时就可终止推理过程此时就可终止推理过程 动物识别系统动物识别系统 －－ 推理过程推理过程两个例子两个例子专家系统专家系统MYCINMYCIN专家系统专家系统MYCINMYCINMYCIN是一个帮助内科医生诊治感染性疾病的专是一个帮助内科医生诊治感染性疾病的专家系统家系统：v1.1.系统结构系统结构v2.2.数据表示数据表示v3.3.知识知识表示表示v4.4.推理的控制策略推理的控制策略v5.5.解释功能解释功能专家系统专家系统MYCIN －－ 系统结构系统结构用户（医生）用户（医生）咨询子系统咨询子系统数据库数据库DDB解释子系统解释子系统知识获取子系统知识获取子系统知识库知识库SDB专家、知识工程师专家、知识工程师专家系统专家系统MYCIN －－ 数据表示数据表示v数据库中的数据都用如下形式的三元组描述：数据库中的数据都用如下形式的三元组描述： ( (对象对象 属性属性 值）值）v1. “1. “对象对象””又称为上下文，它是系统要处理的实体，又称为上下文，它是系统要处理的实体， 例如例如：：PERSON(PERSON(病人）病人） v2. 2. ““属属性性””又又称称临临床床参参数数, ,用用于于描描述述相相应应对对象象的的特特征征，，例例如如““病病人人””的的姓姓名、年龄、性别名、年龄、性别。

v3. 3. ““值值””是是指指相相应应属属性性的的值值，，根根据据属属性性的的不不同同类类别别，，其其值值可可以以是是一一个个或或多多个 专家系统专家系统MYCIN －－ 数据表示－数据表示－ 属性分类属性分类vMYCINMYCIN中有中有6565种属性，这些属性按其所描述的对象不同种属性，这些属性按其所描述的对象不同分为六类分为六类例例如如：：用用于于描描述述““病病人人””情情况况的的作作为为一一类类，，用用于于描描述述““培培养养物物” ” 情情况况的的作作为为一类，等等一类，等等v对每一类属性都有专门的名字对每一类属性都有专门的名字例如例如：：用用PROMPTPROMPT作为描述作为描述““病人病人””的属性集的名字的属性集的名字 v属性又按其取值的性质不同分为七种类别属性又按其取值的性质不同分为七种类别例如例如：：单值的，多值的，可问的，可导出的单值的，多值的，可问的，可导出的等等 专家系统专家系统MYCIN －－ 数据表示数据表示 －－ 可信度因子可信度因子v每每个个属属性性的的值值可可以以带带有有一一个个可可信信度度因因子子CF,CF,用用以以指指出出对对相相应应属属性性值值的的信信任任程程度。

度vCFCF在在[-1,1][-1,1]上取值上取值 当当CF>0CF>0时，表示相信时，表示相信该该属性取相应值的程度属性取相应值的程度；； 当当CF<0CF<0时时, , 表示不相表示不相该该属性取相应值的程度属性取相应值的程度；； 当当CFCF为为1 1，，-1-1或或0 0时时, ,分别表示完全相信、完全不相信、分别表示完全相信、完全不相信、 不能确定该属性取相应的值不能确定该属性取相应的值 专家系统专家系统MYCIN －－ 数据表示数据表示 －－ 例子例子 v下面给出三个用三元组描述数据的例子下面给出三个用三元组描述数据的例子：：对象对象属性属性值值病人-1性别((男 1.0))病人-1药物过敏((青霉素1.0)(氣苄青霉素1.0))病原体-1鉴别名<(链球菌0.6)(葡萄球菌0.4))专家系统专家系统MYCIN －－ 数据表示数据表示vMYCINMYCIN采用上下文树采用上下文树(Context tree)(Context tree)来表示来表示问题问题, ,一棵上一棵上下下文文树构成了对一个病人的完整描述树构成了对一个病人的完整描述 专家系统专家系统MYCIN －－ 知识表示知识表示vMYCINMYCIN的的知知识识库库主主要要用用于于存存储储领领域域知知识识，，同同时时还还存存放放了了一一些些静静态态知知识识（（参参数数的特性表、清单、词典等的特性表、清单、词典等 ））。

§领域知识的表示领域知识的表示§静态知识的表示静态知识的表示专家系统专家系统MYCIN －－ 知识表示知识表示§领域知识的表示领域知识的表示专家系统专家系统MYCIN －－ 知识表示－领域知识的表示知识表示－领域知识的表示v领域知识用规则表示领域知识用规则表示, ,其一般形式为：其一般形式为： RULE * * * IF < RULE * * * IF <前提前提> THEN <> THEN <行为行为> > v1. * * * 1. * * * 是规则的编号是规则的编号v2.2.前提的一般形式是：前提的一般形式是： ($ AND < ($ AND <条件条件-1> <-1> <条件条件-2> … <-2> … <条件条件-n>)-n>) v3.3.行为部分由行为函数表示行为部分由行为函数表示,MYCIN,MYCIN中有三个专门用于表中有三个专门用于表示示动作的行为函数动作的行为函数:CONCLUDE, CONCLIST:CONCLUDE, CONCLIST和和TRANLISTTRANLIST。

其中以其中以CONCLUDECONCLUDE用得最多用得最多，，其形式为其形式为：： ( CONCLUDE C P V TALLY CF) ( CONCLUDE C P V TALLY CF)专家系统专家系统MYCIN －－ 知识表示－领域知识的表示举例知识表示－领域知识的表示举例v例如对如下规则：例如对如下规则： RULE RULE 047047如果如果：（：（1 1））病原体的鉴别名不确定，且病原体的鉴别名不确定，且 （（2 2））病原体来自血液，且病原体来自血液，且 （（3 3））病原体的染色是革兰氏阴性，且病原体的染色是革兰氏阴性，且 （（4 4））病原体的形态是杆状的，且病原体的形态是杆状的，且 （（5 5））病原体呈赭色病原体呈赭色那么那么：：该病原体的鉴别名是假单胞细菌，可信度为该病原体的鉴别名是假单胞细菌，可信度为0.40.4v它在它在MYCINMYCIN中的表示形式是：中的表示形式是：RULE 047PREMISE ( $ AND (NOTDEFINITE CNTXT IDENT)(SAME CNTXT SITE BLOOD)(SAME CNTXT STAIN GRAMNEG)(SAME CNTXT MORPH ROD)(SAME CNTXT BURNT))ACTION (CONCLUDE CNTXT IDENT PSEUDOMONAS TALLY.4)其中，其中，NOTDEFINITE SAME是是MYCINMYCIN中专门用于表示条件的函数中专门用于表示条件的函数专家系统专家系统MYCIN －－ 知识表示知识表示§静态知识的表示（属性特性的表示）静态知识的表示（属性特性的表示）专家系统专家系统MYCIN －－ 知识表示－静态知识的表示知识表示－静态知识的表示v从临床参数从临床参数（属性）（属性）的角度来看，可认为每个临床参数都具的角度来看，可认为每个临床参数都具很很多种特性。

多种特性主要特性有主要特性有：：1.1.MEMBEROF:MEMBEROF:按所描述的对象不同迸行分类时，临床参数所属的类型名，按所描述的对象不同迸行分类时，临床参数所属的类型名，例如例如:PRO-PTo:PRO-PTo2.2.VALUTYPE:VALUTYPE:临床参数是单值、二值还是多值临床参数是单值、二值还是多值3.3.EXPECT:EXPECT:可问参数的许可值可问参数的许可值用用(Y/N)(Y/N)表示要求回答表示要求回答yes/noyes/no 4.4.PROMPT:PROMPT:用于向用户提问一个单值或二值参数的值用于向用户提问一个单值或二值参数的值5.5.PROMPT1PROMPT1：：用于向用户提问一个多值参数的值用于向用户提问一个多值参数的值6.6.LABDATALABDATA：用于指出相应参数的值是否可从用户那里获得用于指出相应参数的值是否可从用户那里获得 专家系统专家系统MYCIN －－ 知识表示－静态知识的表示举例知识表示－静态知识的表示举例v属性属性的特性都用三元组的的特性都用三元组的形形式表示出来存于知识库中式表示出来存于知识库中v例如例如BURNBURN属性的属性特性表属性的属性特性表为为：：对象对象属性属性值值BURNMEMBEROFPRO-PTBURNVALUTYPEBINARYBURNEXPECT(Y/N)BURNPROMPTIs * a burn patient ?BURNLABDATA1BURNLOOKAHEAD(RULE 047)BURNTRANS(* HAS BEEN SERIOUSLY BURNED)专家系统专家系统MYCIN －－ 推理的控制策略推理的控制策略vMYCINMYCIN采用逆向推理及深度优先的搜索策略。

采用逆向推理及深度优先的搜索策略1.1.系统首先在数据库中建立一棵上下文树的根节点系统首先在数据库中建立一棵上下文树的根节点, ,并为该裉节点指并为该裉节点指 定定一个名字一个名字PATIENT-1 (PATIENT-1 (病人病人-1)-1)，其类型为，其类型为PERSONPERSON2.2.PERSONPERSON的属性为的属性为(NAME AGE SEX REGIMEN),(NAME AGE SEX REGIMEN),其中前三项都具其中前三项都具LABDATALABDATA特特性，即可通过向用户询问得到其值于是系统向用户提出询问性，即可通过向用户询问得到其值于是系统向用户提出询问3.3.用户输人病人的姓名、年龄及性别，并以三元组形式存入数据中用户输人病人的姓名、年龄及性别，并以三元组形式存入数据中 REGIMENREGIMEN不是不是LABDATALABDATA属性，必须由系统推出属性，必须由系统推出 4.4.为了得到为了得到REGIMEN,REGIMEN,系统将开始推理过程推理时首先运用的一条规则系统将开始推理过程推理时首先运用的一条规则是是 RULE 092 RULE 092 。

5.5.规则规则092092的前提部分涉及到临床参数的前提部分涉及到临床参数TREATFORTREATFOR，它是一个，它是一个NONLABDATA,NONLABDATA,因而系统调用因而系统调用TREATFORTREATFOR的的UPDATEI-BYUPDATEI-BY特性所指出的第一条规则特性所指出的第一条规则6.6.检查它的前提是否为真，此时如果该前提所涉及到的值是可向用户询检查它的前提是否为真，此时如果该前提所涉及到的值是可向用户询问的，就直接询问用户问的，就直接询问用户, ,否则再找出可推出该值的规则如此反复进否则再找出可推出该值的规则如此反复进行，直到最后推出行，直到最后推出PATIENT-1PATIENT-1的主要临床参数的主要临床参数 REGIMENREGIMEN为止 专家系统专家系统MYCIN －－ 推理的控制策略推理的控制策略推理中注意的推理中注意的2 2个地方：个地方：v在此过程中，每当得到一个值时在此过程中，每当得到一个值时, ,都要加人到上下文树中都要加人到上下文树中v在在推推理理中中，，规规则则前前提提条条件件是是否否成成立立取取决决于于数数据据库库中中是是否否已已有有相相应应的的证证据据( (来来自于用户或者是由系统推出的）以及它是否满足阈值条件。

自于用户或者是由系统推出的）以及它是否满足阈值条件 CF>0.2 CF>0.2时时则调用该规则结论中的函数则调用该规则结论中的函数 CF<=0.2 CF<=0.2时时则放弃该规则则放弃该规则专家系统专家系统MYCIN －－ 解释功能解释功能vMYCINMYCIN具有较强的解释功能具有较强的解释功能, ,能回答咨询过程中用户提出的各种问题能回答咨询过程中用户提出的各种问题：： 用户可询问系统用户可询问系统：： ““为什么要问病人的性别？为什么要问病人的性别？”” 系统系统将将回答说回答说：： “ “性别与确定能否在某一部位找到病原体有性别与确定能否在某一部位找到病原体有关关””。