工智能及专家系统敖志刚第8章专家系统的原理与设计教学材料.ppt

第8章 专家系统的原理与设计 敖志刚 编制第第8 8章章 专家系统的原理与设专家系统的原理与设计计 第8章 专家系统的原理与设计 敖志刚 编制第第8 8章章 专家系统的原理与设专家系统的原理与设计计 第8章 专家系统的原理与设计 第8章 专专家系统统的原理与设计设计 81 专家系统的基本知识 811 何谓专 家系统 812 专家系统的特点 813 专家系统的分类 814 新一代专家系统 815 专家系统的主要研究课题 82 专家系统的设计 821 开发专 家系统的需求分析 822 知识获 取第8章 专家系统的原理与设计 第8章 专家系统的原理与设计 81 专专家系统统的基本知识识 1. 何谓专家 是专门专门 家，是具有解决某一专门领专门领域问题问题 的行家里手，具有超凡的能力、素质质和水平这这是因为专为专 家逐步积积累了丰富的专业专业 知识识和实实践经验经验 ，具有独特的思维维方式，独特的分析问题问题 、解决问问题题、避开失误误的方法、策略和诀窍诀窍 ，能从许许多不相关的信息中发现发现 本质质 第8章 专家系统的原理与设计 2.专专家系统统(Expert System，ES) 亦称专专家咨询询系统统，它是一种具有大量专门专门知识识与经验经验 的智能计计算机系统统，通常，主要指软软件系统统。

它把专门领专门领 域中人类专类专 家的知识识和思考解决问题问题 的方法、经验经验 和诀窍组织诀窍组织整理且存储储在计计算机中，不但能模拟领拟领 域专专家的思维过维过 程，而且能让计让计 算机宛如人类专类专家那样样智能地解决实际问题实际问题 狭义义地讲讲，专专家系统统就是人类专类专 家智慧的拷贝贝，是人类专类专 家的某种化身 广义义地讲讲，专专家系统统也泛指那些具有“专专家级级”水平的知识识系统统，从总总体上达到专专家级级水平第8章 专家系统的原理与设计 3. 专专家系统统的特点 专专家系统统与人类专类专 家比较较具有以下一些特点: 专专家系统统是人类专类专 家智能的模拟拟、延伸和扩扩展 专专家系统统是专专家可以信赖赖和利用的高水平智能助手和有效工具 专专家系统统可具有一个或多个专专家的知识识和经验经验 ，具有专门专门 知识识的启发发性，能以接近于人类专类专 家的水平在特定领领域工作，注重特定问题问题 的求解 专专家系统统能高效、准确、迅速地工作 专专家系统统突破了时间时间 和空间间的限制，程序可永久保存，并可复制 专专家系统统能进进行有效推理 具有透明性，能以可理解的方式解释释推理过过程。

具有自学习习能力，总结规总结规 律，扩扩充和完善系统统自身第8章 专家系统的原理与设计 3. 专专家系统统的特点 专专家系统统不同于一般的计计算机软软件系统统，其特点在于: 从处处理问题问题 的性质质看，专专家系统统善于解决那些不确定性的、非结结构化的、没有算法解或虽虽有算法解但在现现有的机器上无法实实施的困难问题难问题 从处处理问题问题 的方法看，专专家系统则统则 主要依靠知识识表达技术术，知识识推理、知识识收集和编码编码 ，知识识存储储和编编排，建立知识库识库及其管理系统统，利用专专家的知识识和经验经验 ，求解专门问题专门问题 ，而不是数学描述的方法来解决问题问题 从系统统的结结构来看，专专家系统则统则 强调调知识识与推理的分离 从知识识的推理能力看:专专家系统统的工作是在环环境模式驱动驱动 下的知识识推理过过程；而不是在固定程序控制下的指令执执行过过程 从咨询询解释释能力看:专专家系统统不仅对仅对 用户户的提问给问给 出解答，而且能对对答案的推理过过程作出解释释，提供答案的可信度估计计 专专家系统统能不断对对自己的知识进识进 行扩扩充、完善和提炼炼这这点是传统传统 程序所无法比拟拟的。

第8章 专家系统的原理与设计 4.人类专类专 家知识识和人工专门专门 知识识的比较较 人类专家知识 人工专门知识优点 缺点有创造性 不具创造性有适应性 需要被告之感觉的经验 符号输入视野广 视野窄常识性知识 技术性知识人类专家知识 人工专门知识 缺点 优点经久 不经久难于传播 易于传播难于文件化 易于文件化不易预期一致昂贵 便宜第8章 专家系统的原理与设计 4. 知识识的编编程和传统传统 的计计算机编编程的比较较 项目知识型编程 传统编程内容知识的定义、表示和使用 数据处理步骤的描述和使用能力超过程序员理解水平 与程序员理解水平相等表现与说明型为主 与过程型为主模型思考模型 处理模型用途对大知识库处理、问题求解 对大数据库进行处理手法符号处理 数值处理运算推理控制过程 重复计算过程理解容易 困难扩充容易 困难解释容易做到在运行中解释 不容易做到在运行中解释处理高度的集成处理 顺序的批处理规则启发式 算法式第8章 专家系统的原理与设计 5. 第一代专专家系统统 第一代专专家系统统的典型例子有化学专专家系统统DENDRAL，数学专专家系统统MACSYMA等 DENDRAL系统统从1965年开始研制，于1968年基本完成，它能够进够进 行质谱质谱 数据分析，推断化学分子结结构，达到了化学专专家的水平。

DENDRAL系统统的问问世标标志着专专家系统统的诞诞生 MACSYMA系统统从1965年开始研制，于1971年投入应应用它能够够求解多种数学问题问题 ，包括：微积积分运算、微分方程求解、级级数展开、矩阵阵运算等等是一种“人-机”交互式系统统 第一代专专家系统统具有以下特点: 高度专业专业 化，结结构、功能不完整，移植性差； 专门问题专门问题 求解能力强，但缺乏推理解释动释动 能第8章 专家系统的原理与设计 6. 第二代专专家系统统 第二代专专家系统统的典型例子有:医疗诊疗诊 断专专家系统统MYCIN，地质质探矿专矿专 家系统统PROSPECTOR、数学发现发现专专家系统统AM等 MYCIN系统统从1971年开始，于1974年基本完成它是第一个结结构较较完整、功能较较全面的专专家系统统该该系统统第一次明确采用了“知识库识库 ”的概念，引入了“可信度”方法，进进行非精确推理，能够给够给 出推理过过程的解释释和可信度估计计，用英语语与用户进户进 行“人-机”交互，在专专家指导导下修改知识库识库 ，学习习医疗疗知识识 PROSPECTOR系统统从l976年开始研制，于1981年基本完成该该系统拥统拥 有15种矿矿藏的知识识，并成功地应应用于钼矿钼矿 勘探。

其特点是很好地协调协调 了多名专专家多种矿矿藏的知识识模型 AM系统统是在1976年研制的，它能够进够进 行概括、抽象和归纳归纳 推理，发现发现 某些数论论的概念和定理 第8章 专家系统的原理与设计 6. 第二代专专家系统统特点: 学科专业专业 型应应用系统统 系统结统结 构较较完整，功能较较全面，移植性好 具有推理解释释功能，使用户户能比较较清楚地了解系统统的解题过题过 程增强了系统统的透明性，同时时也有利于发现错误发现错误 ，修改知识识较较好的透明性也有助于提高用户对户对 系统统的信赖赖程度 采用启发发推理、似然推理、非精确推理，增强了系统统的表达能力，开拓了使用启发发性知识识和可信度分析解决问题问题 的新途径 把具有一定普遍意义义的推理方法与大量同领领域有关的专门专门 知识结识结 合起来，从而使这这些系统统具有广泛的通用性 用产产生式规则规则 、框架、语义语义 网络络表达知识识 用LISP语语育编编程 第8章 专家系统的原理与设计 7. 第三代专专家系统统 第三代专专家系统统的典型代表有：多学科综综合型专专家系统统HPP-80、骨架型专专家系统统EMYCIN和EXPERT等 HPP-80系统统是80年代具有大型知识库识库 的多学科综综合型专专家系统统。

包括两大部分: 多学科应应用专专家系统统如化学、分子遗传遗传 学、蛋白质质分析、结结构力学、集成电电路设计设计 、计计算机故障诊诊断、辅辅助教学、石油勘探、医学诊诊断等各学科所集成的专专家系统统 知识识工程工具用于建立应应用专专家系统统的辅辅助工具，即专专家系统统的开发发工具(生成器)，如骨架专专家系统统EMYCIN、模块块式专专家系统统工具AGE、通用知识识表达语语言RLL、交互式知识识表达工具UNITS和CENTAUR等 第三代专专家系统统具有以下特点: 多学科综综合应应用系统统； 利用专专家系统统开发发工具建立专专家系统统； 是一种大型知识识工程系统统第8章 专家系统的原理与设计 8. 专专家系统统分类类 专家系统按用途分类 预测预测 型专专家系统统 解释释型专专家系统统 设计设计 型专专家系统统 诊诊断型专专家系统统 规规划型专专家系统统 控制型专专家系统统 监视监视 型专专家系统统 调试调试 型专专家系统统 修理型专专家系统统 此外，还还有翻译译型专专家系统统、指挥挥决策型专专家系统统、管理型专专家系统统等 第8章 专家系统的原理与设计 按知识识表示分类类 可分为为基于产产生式规则规则 的专专家系统统、基于一阶谓词阶谓词 的专专家系统统、基于框架的专专家系统统、基于语义语义 网络络的专专家系统统等等。

按系统统的体系结结构分类类 专专家系统统可分为为4类类：集中式专专家系统统、分布式专专家系统统、神经经网络专络专 家系统统、符号系统统与神经经网络络相结结合的专专家系统统8. 专专家系统统分类类第8章 专家系统的原理与设计 按求解问题问题 的要求及其难难易程度分类类 具有可靠知识识和数据的小型搜索空间间的专专家系统统；所用知识识和数据不完全可靠的专专家系统统；所求解问题问题 的推理需要随时间变时间变 化的专专家系统统；所求解的问题问题 是可分解的专专家系统统；所求解的问题问题 是不可分解的专专家系统统；所求解的问题问题 不能划分为为固定子问题问题 的专专家系统统；各子问题问题 有相互影响的专专家系统统；需要多重精确推理的专专家系统统；需要多重不精确(如，模糊)推理的专专家系统统；利用多知识识源的专专家系统统；使用统统一知识识表示方法的专专家系统统第8章 专家系统的原理与设计 9. 新一代专专家系统统一、新一代专家系统ES的特征 并行技术术与分布式处处理 多ES协协同工作 高度集成和融合 高级级ES描述语语言和知识识表示语语言 高级级知识获识获 取与学习习功能 引入新的推理机制 具有纠错纠错 和自完善能力。

先进进的智能人机接口 第8章 专家系统的原理与设计 二、 分布式ES分布式ES的构成可以把知识库识库 分布在计计算机网络络上，或者把推理机制分布在网络络上，或者两者兼而有之 该该系统统要涉及到以下问题问题 ： 功能分布 知识识分布 各个接口之间间要相互独立，易于通信、易于同步 系统结统结 构采用网络络分布结结构 驱动驱动 方式 控制驱动驱动 数据驱动驱动 目的驱动驱动 事件驱动驱动 9. 新一代专专家系统统第8章 专家系统的原理与设计 三、协协同式ES 协协同式ES也即群ES它能综综合若干个相近领领域或一个领领域的多个方面的分ES相互协协作，共同解决一个更广领领域的问题问题 协协同式ES和分布式ES有一定的共性，它们们都涉及到多个分ES但分布式强调调的是处处理的分布和知识识的分布，它要求系统统必须须在多个处处理机上运行；而协调协调 式强调调的是分系统统之间间的协协同合作，各分ES也可以在同一个处处理机上运行设计协设计协 同式ES，一般需要解决以下问题问题 ： 任务务的分解 公共知识识的导导出 讨论讨论 方式 裁决问题问题 驱动驱动 方式9. 新一代专专家系统统第8章 专家系统的原理与设计 四、深层层知识识ES 该该系统统不仅仅涉及专专家经验经验 性表层层知识识，而且具有深层层次的专业专业 知识识。

这样这样 、系统统的智能就更强了，也更接近于专专家水平了例如一个故障诊诊断ES，如果不仅仅有专专家的经验经验 知识识，而且也有设备设备 本身的原理性知识识，那么，对对于故。