第六章 专家系统.ppt

第六章 专家系统n6.1 专家系统的根本概念n6.2 专家系统的构造n6.3 知识表示n6.4 机器推理n6.5 专家系统的开发n6.6 专家系统应用中的问题Date16.1 专家系统的根本概念n6.1.1 专家系统的产生和开展n6.1.2 专家系统的作用和意义n6.1.3 专家系统的特点Date26.2 专家系统的构造n6.2.1 专家系统的一般构造n6.2.2 黑板构造Date36.3 知识表示n6.3.1 知识表示的根本问题n6.3.2 一阶谓词逻辑n6.3.3 产生式系统n6.3.4 框架理论n6.3.5 语义网络n6.3.6 元知识Date46.4 机器推理n6.4.1 人类推理的根本类型n6.4.2 谓词逻辑的演绎推理n6.4.3 产生式规那么推理n6.4.4 语义网络推理n6.4.5 框架推理n6.4.6 控制策略Date56.5 专家系统的开发n6.5.1 专家系统的开发过程n6.5.2 专家系统开发工具Date66.1 专家系统的根本概念n专家系统Expert System，简称ES是一种计算机信息系统其主要任务是研究怎样使计算机模拟人脑所从事的推理、学习，考虑、规划等思维活动，解决需要人类专家才能处理的复杂问题，如医疗诊断、气象预报、运输调度和管理决策等。

所以，专家系统是一个具有大量专门知识与经历的系统，它应用人工智能技术，根据一个或多个人类专家提供的特殊领域知识、经历进展推理和判断，模拟人类专家做决定的过程，解决需要专家决定的复杂问题从实用角度看，专家系统是一门工程学科：它以知识为研究对象，研究知识的获取、知识的表示方法和知识的使用Date7n1970年，匹兹堡大学开发了一个辅助医生诊断内科疾病的专家系统CADAUCEUS经过不断的完善，七年之后，这一系统共有100，000条规那么，约占该领域全部知识的85%在诊断过程中，该系统首先用自底向上的策略分析病例，然后转向自顶向下的策略进展诊断n1971年，麻省理工学院计算机实验室开发成功了专家系统MACSYMA，这是一个数学领域的专家系统在早期的专家系统中，它的规模最大，有30万行LISP程序，开发该系统历时约100个人年6.1.1 专家系统的产生和开展Date8n1972年，在专家系统开展历史上具有非常重要地位的系统MYCIN在斯坦福大学投入了开发MYCIN对知识表示、搜索策略、人机界面、知识获取和开发工具等一系列专家系统中的重大课题都有出色的奉献，为以后专家系统的开发提供了一个通用的框架。

MYCIN系统用于诊断和治疗细菌感染血液病，它的知识库是以产生式规那么为根底，约有400条规那么MYCIN系统首次使用了获取知识的工具TIERESIAL，它通过元知识来增加和更新知识，TIERESIAL同专家系统的界面是一个自然语言的子集这些系统都到达了领域专家的程度6.1.1 专家系统的产生和开展Date9n1978年前后，从MYCIN系统中逐渐开展出了 EMYCIN (Empty MYCIN) 系统，它包括全部了MYCIN中的逻辑构造，但没有专门的知识因此，它是一个通用的专家系统从此，专家系统外壳，这一专家系统的开发工具产生了专家系统外壳包含有全部的逻辑构造和推理策略，但没有详细的领域知识n用EMYCIN系统作为开发工具而研制的第一个专家系统是PUFF该系统是一个肺功能疾病诊断系统它以EMYCIN作外壳，输入了有关肺功能疾病的知识测试仪器测出一个人的肺活量以及肺向血液释放氧气和从血液回收二氧化碳的功能，这些数据可以帮助肺功能疾病诊断系统直接从测试仪器获取数据，并向大夫提供经过分析后的意见6.1.1 专家系统的产生和开展Date10n20世纪70年代后期，斯坦福研究所研制了一个地质勘探专家系统。

这是一个基于规那么的系统，但其数据构造采用了语义网络方法同前面介绍的专家系统一样，这个系统是地质专家和人工智能专家合作的产物它通过分析地质勘探数据来确定矿藏分布，选择钻井井位由于70年代专家系统研究和应用的成功，20世纪80年代以后，专家系统在众多的领域得到更为广泛的应用6.1.1 专家系统的产生和开展Date116.1.2 专家系统的作用和意义n目前，专家系统的应用领域越来越广，在解决实际问题中所起的作用也越来越大专家系统的迅速开展是由于它具有以下作用和意义n专家系统可以高效、准确、全面、迅速且不疲倦地工作；n专家系统解决实际问题时不受周围环境的影响；n专家系统使专家的专长不受时间和空间的限制；n专家系统促进了领域的开展；n专家系统聚集许多领域专家的知识与经历Date126.1.3 专家系统的特点n启发性：家系统主要用来解决需要人类专家求解的问题，如医生对患者进展诊断这些问题难于形式化和转换成计算问题同时，领域知识通常具有多义性或不确定性，专家的作用正是利用其经历来使用知识，排除结论的多义性及不确定性所以，专家系统能运用人类专家的知识经历进展评砗团卸稀n透明性：由于专家系统所求解的问题具有多义性及不确定性，所以需要专家系统能解释本身的推理过程，答复用户对结论所提出的问题。

n灵敏性：人类专家的知识的经历不是静止的，而是不断丰富，不断增长的专家系统也是一样，它通过其知识获取机制，能不断地丰富、校正知识，从而更好地工作Date13专家系统的类型n解释专家系统n预测专家系统n诊断专家系统n设计专家系统n规划专家系统n监视专家系统n控制专家系统n调试专家系统n教学专家系统n修理专家系统Date14解释专家系统n任务 通过对过去和如今状况的分析，推断将来可能发生的情况n特点 数据量很大，常不准确、有错误、不完全能从不完全的信息中得出解释，并能对数据做出某些假设，推理过程可能很复杂和很长n例子 语音理解、图象分析、系统监视、化学构造分析和信号解释等Date15预测专家系统 n任务 通过对信息和数据的分析与解释，确定它们的涵义n特点 系统处理的数据随时间变化，且可能是不准确和不完全，系统需要有适应时间变化的动态模型n例子 有气象预报、军事预测、人口预测、交通预测、经济预测和谷物产量预测等Date16诊断专家系统 n任务 根据观察到的情况(数据)来推断出某个对象机能失常(即故障)的原因n特点 可以理解被诊断对象或客体各组成部分的特性以及它们之间的联络，可以区分一种现象及其所掩盖的另一种现象，可以向用户提出测量的数据，并从不确切信息中得出尽可能正确的诊断n例子 医疗诊断、电子机械和软件故障诊断以及材料失效诊断等。

Date17设计专家系统 n任务 寻找出某个可以到达给定目的的动作序列或步骤n特点 从多种约束中得到符合要求的设计；系统需要检索较大的可能解空间；能试验性地构造出可能设计；易于修改；可以使用已有设计来解释当前新的设计n例子 VAX计算机构造设计专家系统等 Date18规划专家系统 n任务 寻找出某个可以到达给定目的的动作序列或步骤n特点 所要规划的目的可能是动态的或静态的，需要对将来动作做出预测，所涉及的问题可能很复杂 n例子 军事指挥调度系统、ROPES机器人规划专家系统、汽车和火车运行调度专家系统等Date19监视专家系统n任务 对系统、对象或过程的行为进展不断观察，并把观察到的行为与其应当具有的行为进展比较，以发现异常情况，发出警报n特点 系统具有快速反响才能，发出的警报要有很高的准确性，可以动态地处理其输入信息n例子 粘虫测报专家系统Date20控制专家系统 n任务 自适应地管理一个受控对象或客体的全面行为，使之满足预期要求n特点 控制专家系统具有解释、预报、诊断、规划和执行等多种功能n例子 空中交通管制、商业管理、自主机器人控制、作战管理、消费过程控制和质量控制等Date21调试专家系统 n任务 对失灵的对象给出处理意见和方法。

n特点 同时具有规划、设计、预报和诊断等专家系统的功能n例子 在这方面的实例还比较少见Date22教学专家系统 n任务:教学专家系统的任务是根据学生的特点、弱点和根底知识，以最适当的教案和教学方法对学生进展教学和n特点n(1)同时具有诊断和调试等功能n(2)具有良好的人机界面n例子 MACSYMA符号积分与定理证明系统，计算机程序设计语言和物理智能计算机辅助教学系统以及聋哑人语言训练专家系统等 Date23修理专家系统 n任务 对发生故障的对象(系统或设备)进展处理，使其恢复正常工作修理专家系统具有诊断、调试、方案和执行等功能n例子 美国贝尔实验室的ACI 和有线电视维护修理系统n此外，还有决策专家系统和咨询专家系统等Date24Questions1能根据学生的特点、弱点和根底知识，以最适当的教案和教学方法对学生进展教学和的专家系统是：A解释专家系统B调试专家系统C监视专家系统D教学专家系统2用于寻找出某个可以到达给定目的的动作序列或步骤的专家系统是：A设计专家系统B诊断专家系统C预测专家系统D规划专家系统3能对发生故障的对象系统或设备进展处理，使其恢复正常工作的专家系统是：A修理专家系统B诊断专家系统C调试专家系统D规划专家系统4能通过对过去和如今状况的分析，推断将来可能发生的情况的专家系统是：A修理专家系统B预测专家系统C调试专家系统D规划专家系统Date256.2.1 专家系统的一般构造n知识库n知识库管理系统n推理机n数据库n知识获取与学习系统n解释系统n用户接口Date266.2.2 黑板构造n1976年，F.Hayes Roth，V.R.Lesser，L.D.Erman等人研制出了HEARSAY系统。

HEARSAY是一个用于语音识别的专家系统该系统首次采用了黑板构造此后，黑板构造得到了广泛的应用，并开展成为一种流行的系统构造技术n黑板构造是一种模拟人类专家解决问题过程的方法人类在解决复杂问题时，往往需要多名来自不同领域的专家，这些专家聚集在一起，对问题的某一方面发表各自的看法，每个专家可以把自己的解决方案写在黑板上这样，其他专家都可看到，并能参与讨论，使用有关的结果最后，通过综合每个专家对部分问题的求解，最终解决整个问题Date27n知识源n黑板n控制黑板构造系统Date28层次 K层次 2KSnKS2KS1 监督程序调度程序控制数据库调度队列层次2层次1黑板构造系统Date296.3 知识表示n知识表示所要解决的问题是将已获得的有关领域的知识以计算机内部数据的形式加以合理地描绘、存储，以使系统能有效地利用这些知识知识表示是研究用机器表示知识的可行性、有效性的一般方法，是一种数据构造与控制构造的统一体，在知识表示中，既要考虑知识的存储，又要考虑知识的使用知识表示可看成是一组描绘事物的约定，以把人类知识转换成计算机能处理的数据构造Date30知识表示1.知识表示的根本问题2.一阶谓词逻辑3.产生式系统4.框架理论5.语义网络6.元知识Date316.4 机器推理1.人类推理的根本类型2.谓词逻辑的演绎推理3.产生式规那么推理4.语义网络推理5.框架推理6.控制策略Date32。