1、第三章第三章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng) 專家系統(tǒng)概述專家系統(tǒng)概述 基于規(guī)則的專家系統(tǒng)基于規(guī)則的專家系統(tǒng) 基于框架的專家系統(tǒng)基于框架的專家系統(tǒng) 基于模型的專家系統(tǒng)基于模型的專家系統(tǒng) 新型專家系統(tǒng)新型專家系統(tǒng) 專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專家系統(tǒng)開發(fā)工具專家系統(tǒng)開發(fā)工具NOTE 教學(xué)內(nèi)容：教學(xué)內(nèi)容：本章主要介紹專家系統(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)，歸納了協(xié)同式和分布式等新型專家系統(tǒng)，并結(jié)合實(shí)例介紹了專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和開發(fā)工具。 教學(xué)重點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)：專家系統(tǒng)的特點(diǎn)、專家系統(tǒng)的類型、專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等。 教學(xué)難點(diǎn)：教學(xué)難點(diǎn)：專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 教學(xué)要求

2、：教學(xué)要求：重點(diǎn)掌握專家系統(tǒng)的基本概念和設(shè)計(jì)，掌握基于規(guī)則、基于模型、基于框架的專家系統(tǒng)，了解新型專家系統(tǒng)的一些概念和類型，一般了解專家系統(tǒng)的開發(fā)工具以及評(píng)價(jià)方法。3.1 專家系統(tǒng)概述專家系統(tǒng)概述 專家系統(tǒng)（Expert System，簡(jiǎn)稱ES）是人工智能應(yīng)用研究最活躍和最廣泛的課題之一。 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)是一個(gè)含有大量的某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R(shí)與經(jīng)驗(yàn)智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，能夠利用人類專家的知識(shí)和解決問題的方法來處理該領(lǐng)域問題。 簡(jiǎn)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)。 1 專家系統(tǒng)的概念專家系統(tǒng)的概念 1.1什么是專家系統(tǒng) 自從1965年世界上第一個(gè)專家系統(tǒng)DENDRA

3、L問世以來，專家系統(tǒng)的技術(shù)和應(yīng)用，在短短的30年間獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展。特別是20世紀(jì)80年代中期以后，隨著知識(shí)工程技術(shù)的日漸豐富和成熟，各種各樣的實(shí)用專家系統(tǒng)如雨后春筍般地在世界各地不斷涌現(xiàn)。那么，究竟什么是專家系統(tǒng)呢？ 專家系統(tǒng)（專家系統(tǒng)（ExpertSystem)亦稱亦稱專家咨詢系統(tǒng)，它是一種智能計(jì)算機(jī)專家咨詢系統(tǒng)，它是一種智能計(jì)算機(jī)(軟軟件件)系統(tǒng)系統(tǒng)。顧名思義，專家系統(tǒng)就是能像專家系統(tǒng)就是能像人類專家一樣解決困難、復(fù)雜的實(shí)際問人類專家一樣解決困難、復(fù)雜的實(shí)際問題的計(jì)算機(jī)題的計(jì)算機(jī)(軟件軟件)系統(tǒng)系統(tǒng)。 我們知道“專家”就是專門家，是某一專門領(lǐng)域的行家里手。專家之所以是專家，是因?yàn)樗?/p>

4、（她）解決問題時(shí)具有超凡的能力和水平。專家之所以具有超凡的能力和水平，是因?yàn)?(1)專家擁有豐富的專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，或者說他（她）擁有豐富的理論知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，特別是經(jīng)驗(yàn)知識(shí)； (2)專家具有獨(dú)特的思維方式，即獨(dú)特的分析問題和解決問題的方法和策略。 專家系統(tǒng)應(yīng)該具備以下四個(gè)要素專家系統(tǒng)應(yīng)該具備以下四個(gè)要素： (1) 應(yīng)用于某專門領(lǐng)域； (2) 擁有專家級(jí)知識(shí)； (3) 能模擬專家的思維； (4) 能達(dá)到專家級(jí)水平。 所以，準(zhǔn)確一點(diǎn)講，專家系統(tǒng)就專家系統(tǒng)就應(yīng)該是：應(yīng)用于某一專門領(lǐng)域，擁有該應(yīng)該是：應(yīng)用于某一專門領(lǐng)域，擁有該領(lǐng)域相當(dāng)數(shù)量的專家級(jí)知識(shí)，能模擬專領(lǐng)域相當(dāng)數(shù)量的專家級(jí)知識(shí)，能模擬專家的

5、思維，能達(dá)到專家級(jí)水平，能像專家的思維，能達(dá)到專家級(jí)水平，能像專家一樣解決困難和復(fù)雜家一樣解決困難和復(fù)雜的實(shí)際問題的計(jì)的實(shí)際問題的計(jì)算機(jī)算機(jī)(軟件軟件)系統(tǒng)系統(tǒng)。 1.2專家系統(tǒng)的特點(diǎn) 同一般的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)（如數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等）相比，專專家系統(tǒng)具有下列特家系統(tǒng)具有下列特點(diǎn)點(diǎn)： (1)從處理的問題性質(zhì)看，專家系統(tǒng)善于解決那些不確定性的、非結(jié)構(gòu)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)從處理問題的方法看，專家系統(tǒng)則是靠知識(shí)和推理來解決問題（不像傳統(tǒng)軟件系統(tǒng)使用固定的算法來解決問題），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)的結(jié)構(gòu)來看，專家系

6、統(tǒng)則強(qiáng)調(diào)知識(shí)與推理的分離，因而系統(tǒng)具有很好的靈活性和可擴(kuò)充性。 (4)專家系統(tǒng)一般還具有解釋功能，即在運(yùn)行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）或處理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)”能力，即不斷對(duì)自己的知識(shí)進(jìn)行擴(kuò)充、完善和提煉。這一點(diǎn)是傳統(tǒng)系統(tǒng)所無法比擬的。 (6)專家系統(tǒng)不像人那樣容易疲勞、遺忘，易受環(huán)境、情緒等的影響，它可始終如一地以專家級(jí)的高水平求解問題。 1.3 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。我們僅從幾個(gè)不同的側(cè)面對(duì)此進(jìn)行討論。 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)

7、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)表示形式有：產(chǎn)生式規(guī)則、一階謂詞邏輯、框架、語(yǔ)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)又可分為精確推理型和不精確推理型（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)微專家系統(tǒng)。 7.按結(jié)構(gòu)分類 按結(jié)構(gòu)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))。 1.4 專家系統(tǒng)與知識(shí)系統(tǒng)

8、 我們知道，專家系統(tǒng)能有效地解決問題的主要原因在于它擁有知識(shí)，因?yàn)椤爸R(shí)就是力量”。但專家系統(tǒng)擁有的知識(shí)是專家知識(shí)，而且主要是經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)。近年來，由專家系統(tǒng)的出現(xiàn)和 發(fā) 展 而 發(fā) 展 起 來 的 一 種 稱 為 知 識(shí) 系 統(tǒng)（Knowledge Based System)的智能系統(tǒng)，其中的知識(shí)已不限于人類專家的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，而可以是領(lǐng)域知識(shí)或通過機(jī)器學(xué)習(xí)所獲得的知識(shí)等。所以，對(duì)于這種廣義的知識(shí)系統(tǒng)來說，專家系統(tǒng)就是一種特殊的知識(shí)系統(tǒng)。 狹義地講，專家系統(tǒng)就是人類專家智慧狹義地講，專家系統(tǒng)就是人類專家智慧的拷貝，是人類專家的化身。廣義地講，專家的拷貝，是人類專家的化身。廣義地講，專家系統(tǒng)泛指那些

9、具有系統(tǒng)泛指那些具有“專家級(jí)專家級(jí)”水平的的知識(shí)系水平的的知識(shí)系統(tǒng)，甚至各種知識(shí)系統(tǒng)統(tǒng)，甚至各種知識(shí)系統(tǒng)。 1.5 專家系統(tǒng)與知識(shí)工程 由于專家系統(tǒng)是基于知識(shí)的系統(tǒng)，那么，建造專家系統(tǒng)就涉及到知識(shí)獲取知識(shí)獲?。↘nowledge Acquisition，即從人類專家那里或從實(shí)際問題那里搜集、整理、歸納專家級(jí)知識(shí))、知識(shí)表示知識(shí)表示（Knowledge Representation，即以某種結(jié)構(gòu)形式表達(dá)所獲取的知識(shí)，并將其存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)之中)、知識(shí)的組織與管理知識(shí)的組織與管理(即知識(shí)庫(kù)（Knowledge Base)建立與維護(hù)等)和知識(shí)的利用知識(shí)的利用(即使用知識(shí)進(jìn)行推理)等一系列關(guān)于知識(shí)處理的技

10、知識(shí)處理的技術(shù)和方法術(shù)和方法。 特別是一般知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的建立，更加促進(jìn)了這些技術(shù)的發(fā)展。所以，現(xiàn)在關(guān)于知識(shí)處理的技術(shù)和方法已形成一個(gè)稱為“知識(shí)工程知識(shí)工程”（Knowledge Engineering）的學(xué)科領(lǐng)域。這就是說，專家系統(tǒng)促使了知識(shí)工程的誕生和發(fā)展，知識(shí)工程又是為專家系統(tǒng)服務(wù)的。正是由于這二者的密切關(guān)系，所以，現(xiàn)在的“專家系統(tǒng)”與“知識(shí)工程”幾乎已成為同義語(yǔ)。 1.6 專家系統(tǒng)與人工智能 ; 專家系統(tǒng)是智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。從學(xué)科范疇講，專家系統(tǒng)屬人工智能的一個(gè)分支，而且是應(yīng)用性最強(qiáng)、應(yīng)用范圍應(yīng)用性最強(qiáng)、應(yīng)用范圍最廣的一個(gè)重要分支最廣的一個(gè)重要分支。所以，現(xiàn)在“專家系統(tǒng)”這一名詞既是系統(tǒng)名稱

11、又是一個(gè)學(xué)科名稱。專家系統(tǒng)已是當(dāng)前計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)熱門研究方向。 2 專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 專家系統(tǒng)是一種計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)專家系統(tǒng)是一種計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。由于應(yīng)用領(lǐng)域和實(shí)際問題的多樣性，所以，專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也就多種多樣。但抽象地看，它們還是具有許多共同之處。 2.1 概念結(jié)構(gòu) 從概念來講，一個(gè)專家系統(tǒng)應(yīng)具有如圖1所示的一般結(jié)構(gòu)模式。其中知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)是知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)是兩個(gè)最基本的模塊兩個(gè)最基本的模塊。 1.知識(shí)庫(kù)（Knowledge Base) 所謂知識(shí)庫(kù)，就是以某種表示形式存儲(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)文件的形式存放于外部介質(zhì)上，專家系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)將被調(diào)入內(nèi)存。知識(shí)庫(kù)中的知

12、識(shí)一般包括專家知識(shí)、領(lǐng)域知識(shí)和元知識(shí)。元知識(shí)是關(guān)于調(diào)度和管理知識(shí)的知識(shí)。圖1 專家系統(tǒng)的概念結(jié)構(gòu) 人 機(jī) 界 面推 理 機(jī)解釋模塊動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)庫(kù)知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng) 2.推理機(jī)（Inferense Engine） 所謂推理機(jī)，就是實(shí)現(xiàn)（機(jī)器）推理的程序，是使用知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)進(jìn)行推理而解決問題的。所以，推理機(jī)也就是專家的思維機(jī)制，即專家分析問題、解決問題的方法的一種算法表示和機(jī)器實(shí)現(xiàn)。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： AB A B 3.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)、工作存儲(chǔ)器、黑板等，它是存放初始證據(jù)事實(shí)、推理結(jié)果和控制信息的場(chǎng)

13、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 解釋程序模塊專門負(fù)責(zé)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)的支撐知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)是知識(shí)庫(kù)的支撐軟件軟件。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、冗余性和完整性檢查等等。圖82 專家系統(tǒng)的理想結(jié)構(gòu) 人 機(jī) 界 面推 理 機(jī)解釋模塊動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)庫(kù)自學(xué)習(xí)模塊知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng) 2.2 實(shí)際結(jié)構(gòu) 上面介紹的專

14、家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，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)結(jié)構(gòu)。但專家系統(tǒng)終究仍是一種計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。所以，它與其它應(yīng)用系統(tǒng)一樣是解決實(shí)際問題的。而實(shí)際問題往往是錯(cuò)綜復(fù)雜的，比如，可能需要多次推理或多路推理或多層推理才能解決，而知識(shí)庫(kù)也可能是多塊或多層的。 給通常的各種應(yīng)用系統(tǒng)添上專家模塊也就是專家系統(tǒng)了。專家系統(tǒng)與通常的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)該溶為一體的。圖83 專家系統(tǒng)的實(shí)際結(jié)構(gòu)示例 總 控處理模塊1處理模塊n專家模塊1專家模塊m圖84 地質(zhì)圖件繪制智能輔助系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 多 媒 體 人 機(jī) 界 面方 法知識(shí)庫(kù)參 數(shù)知識(shí)庫(kù)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)評(píng) 價(jià)知識(shí)庫(kù)自學(xué)習(xí)模 塊知 識(shí) 庫(kù) 管 理 系統(tǒng)

15、方法選擇參數(shù)確定圖件繪制圖形評(píng)價(jià)IO接口 2.3 網(wǎng)絡(luò)與分布式結(jié)構(gòu) 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) 結(jié) 構(gòu) ， 如 “ 客 戶 機(jī) / 服 務(wù)器”(Client/Server)結(jié)構(gòu)（如圖85(a)所示），或?yàn)g覽器/服務(wù)器(Browser/Server)結(jié)構(gòu)(如圖8-5(b)所示)。我們稱后一種結(jié)構(gòu)的專家系統(tǒng)為網(wǎng)上專家系統(tǒng)網(wǎng)上專家系統(tǒng)。 分布式結(jié)構(gòu)則是一種適合于分布式計(jì)算環(huán)境的專家系統(tǒng)。例如那些多學(xué)科、多專家聯(lián)合作業(yè)，協(xié)同解題的大型專家系統(tǒng)，就可以設(shè)計(jì)成分布式結(jié)構(gòu)。這類專家系統(tǒng)也就稱為分布式專家系統(tǒng)分布式專家系統(tǒng)。圖85 專家系統(tǒng)的客戶(機(jī))/服務(wù)器結(jié)構(gòu)及瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu) 知識(shí)庫(kù)

16、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服務(wù)員 Web ServerInternet 2 .4 黑板模型 “黑板模型”是一種典型而流行的專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。 1.黑板 所謂“黑板”，就是一個(gè)分層的全局工作區(qū)（或稱全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)）。 2.知識(shí)源 所謂知識(shí)源，就是一個(gè)知識(shí)模塊。 3.控制機(jī)構(gòu) 控制機(jī)構(gòu)是求解問題的推理機(jī)構(gòu)，由監(jiān)督程序和調(diào)度程序組成。 圖86 黑板結(jié)構(gòu) 監(jiān)督程序 調(diào)度程序?qū)哟蝞.層次2層次1知識(shí)源1知識(shí)源2.知識(shí)源m 黑板模型適于求解那些大型復(fù)雜黑板模型適于求解那些大型復(fù)雜且可分解為一系列層次化的子問題的問題且可分解為一系列層次化的子問題的問題。例如，在HEARSAY中

17、，黑板被分為六個(gè)信息層，每個(gè)信息層對(duì)應(yīng)著問題的一個(gè)中間表示層次。六個(gè)信息層分別為： (1)參數(shù)層：從語(yǔ)音信號(hào)中提取有意義的參數(shù)。有四種不同的參數(shù)，統(tǒng)稱為ZAPDASH參數(shù)。 (2)片段層：用于描述系統(tǒng)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的分割與歸類。此層主要包含音素與單音等信息。 (3)音節(jié)層：用于描述語(yǔ)音信號(hào)的音節(jié)劃分。此層主要為由片段層上信息構(gòu)成的音節(jié)信息。 (4)單詞層：用于記錄根據(jù)音節(jié)劃分所識(shí)別出的孤立詞信息。 (5)詞組層：用于記錄根據(jù)單詞層中的詞匯所生成的詞組信息。 (6)短語(yǔ)層：用于記錄多個(gè)詞匯或詞組構(gòu)成的短語(yǔ)和句子信息。 專家系統(tǒng)的特點(diǎn)專家系統(tǒng)的特點(diǎn) 三大特點(diǎn) 啟發(fā)性 透明性 靈活性 八大優(yōu)點(diǎn)專家系統(tǒng)的

18、類型專家系統(tǒng)的類型 解釋專家系統(tǒng) 預(yù)測(cè)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)解釋專家系統(tǒng) 任務(wù)任務(wù) 通過對(duì)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 特點(diǎn)特點(diǎn) 數(shù)據(jù)量很大，常不準(zhǔn)確、有錯(cuò)誤、不完全能從不完全的信息中得出解釋，并能對(duì)數(shù)據(jù)做出某些假設(shè)，推理過程可能很復(fù)雜和很長(zhǎng) 例子例子 語(yǔ)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(hào)解釋等。預(yù)測(cè)專家系統(tǒng)預(yù)測(cè)專家系統(tǒng) 任務(wù)任務(wù) 通過對(duì)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)特點(diǎn) 系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化，且可能是不準(zhǔn)確和不完全，系統(tǒng)需要有適應(yīng)時(shí)間變化的

19、動(dòng)態(tài)模型 例子例子 有氣象預(yù)報(bào)、軍事預(yù)測(cè)、人口預(yù)測(cè)、交通預(yù)測(cè)、經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)和谷物產(chǎn)量預(yù)測(cè)等診斷專家系統(tǒng)診斷專家系統(tǒng) 任務(wù)任務(wù) 根據(jù)觀察到的情況(數(shù)據(jù))來推斷出某個(gè)對(duì)象機(jī)能失常(即故障)的原因 特點(diǎn)特點(diǎn) 能夠了解被診斷對(duì)象或客體各組成部分的特性以及它們之間的聯(lián)系，能夠區(qū)分一種現(xiàn)象及其所掩蓋的另一種現(xiàn)象，能夠向用戶提出測(cè)量的數(shù)據(jù)，并從不確切信息中得出盡可能正確的診斷 例子例子 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。設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng) 任務(wù)任務(wù) 尋找出某個(gè)能夠達(dá)到給定目標(biāo)的動(dòng)作序列或步驟。 特點(diǎn)特點(diǎn) 從多種約束中得到符合要求的設(shè)計(jì)；系統(tǒng)需要檢索較大的可能解空間；能試驗(yàn)性地構(gòu)造出可能設(shè)

20、計(jì)；易于修改；能夠使用已有設(shè)計(jì)來解釋當(dāng)前新的設(shè)計(jì)。 例子例子 VAX計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)等。 規(guī)劃專家系統(tǒng)規(guī)劃專家系統(tǒng) 任務(wù)任務(wù) 尋找出某個(gè)能夠達(dá)到給定目標(biāo)的動(dòng)作序列或步驟。 特點(diǎn)特點(diǎn) 所要規(guī)劃的目標(biāo)可能是動(dòng)態(tài)的或靜態(tài)的，需要對(duì)未來動(dòng)作做出預(yù)測(cè)，所涉及的問題可能很復(fù)雜 。 例子例子 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)等。監(jiān)視專家系統(tǒng)監(jiān)視專家系統(tǒng) 任務(wù)任務(wù) 對(duì)系統(tǒng)、對(duì)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)特點(diǎn) 系統(tǒng)具有快速反應(yīng)能力，發(fā)出的警報(bào)要有很高的準(zhǔn)確性，能夠動(dòng)態(tài)地處理其輸入信息。 例

21、子例子 粘蟲測(cè)報(bào)專家系統(tǒng)?？刂茖＜蚁到y(tǒng)控制專家系統(tǒng) 任務(wù)任務(wù) 自適應(yīng)地管理一個(gè)受控對(duì)象或客體的全面行為，使之滿足預(yù)期要求。 特點(diǎn)特點(diǎn) 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。 例子例子 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)過程控制和質(zhì)量控制等。調(diào)試專家系統(tǒng)調(diào)試專家系統(tǒng) 任務(wù)任務(wù) 對(duì)失靈的對(duì)象給出處理意見和方法。 特點(diǎn)特點(diǎn) 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。 例子例子 在這方面的實(shí)例還比較少見。教學(xué)專家系統(tǒng)教學(xué)專家系統(tǒng) 任務(wù)任務(wù):教學(xué)專家系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)、弱點(diǎn)和基礎(chǔ)知識(shí)，以最適當(dāng)?shù)慕贪负徒虒W(xué)方法對(duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)和輔導(dǎo)。 特點(diǎn)特點(diǎn)(1)同時(shí)具

22、有診斷和調(diào)試等功能。(2)具有良好的人機(jī)界面。 例子例子 MACSYMA符號(hào)積分與定理證明系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)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(yǔ)言訓(xùn)練專家系統(tǒng)等。 修理專家系統(tǒng)修理專家系統(tǒng) 任務(wù)任務(wù) 對(duì)發(fā)生故障的對(duì)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。 例子例子 美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的ACI電話和有線電視維護(hù)修理系統(tǒng)。 此外，還有決策專家系統(tǒng)和咨詢專家系統(tǒng)等。Questions1能根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)、弱點(diǎn)和基礎(chǔ)知識(shí)，以最適當(dāng)?shù)慕贪负徒虒W(xué)方法對(duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)和輔導(dǎo)的專家系統(tǒng)是：A解釋專家系統(tǒng)B調(diào)試專家系統(tǒng)C監(jiān)視專家系統(tǒng)D教學(xué)專家系統(tǒng)2用于尋找出某

23、個(gè)能夠達(dá)到給定目標(biāo)的動(dòng)作序列或步驟的專家系統(tǒng)是：A設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)B診斷專家系統(tǒng)C預(yù)測(cè)專家系統(tǒng)D規(guī)劃專家系統(tǒng)3能對(duì)發(fā)生故障的對(duì)象（系統(tǒng)或設(shè)備）進(jìn)行處理，使其恢復(fù)正常工作的專家系統(tǒng)是：A修理專家系統(tǒng)B診斷專家系統(tǒng)C調(diào)試專家系統(tǒng)D規(guī)劃專家系統(tǒng)4能通過對(duì)過去和現(xiàn)在已知狀況的分析，推斷未來可能發(fā)生的情況的專家系統(tǒng)是：A修理專家系統(tǒng)B預(yù)測(cè)專家系統(tǒng)C調(diào)試專家系統(tǒng)D規(guī)劃專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和建造步驟專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和建造步驟專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 定義：定義：專家系統(tǒng)各部分的構(gòu)造方法和組織形式 專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖已學(xué)過的知識(shí)表示方法有哪些呢？已學(xué)過的知識(shí)表示方法有哪些呢？理想專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖理想專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

24、專家系統(tǒng)的定義？ 專家系統(tǒng)程序與常規(guī)的應(yīng)用程序之間有何不同呢?一般應(yīng)用程序與專家系統(tǒng)的區(qū)別一般應(yīng)用程序一般應(yīng)用程序?qū)＜蚁到y(tǒng)專家系統(tǒng)把問題求解的知識(shí)隱含地編入程序 知識(shí)組織為兩級(jí)：數(shù)據(jù)級(jí)和程序級(jí) 把其應(yīng)用領(lǐng)域的問題求解知識(shí)單獨(dú)組成一個(gè)實(shí)體，即為知識(shí)庫(kù)。 將知識(shí)組織成三級(jí)；數(shù)據(jù)、知識(shí)庫(kù)和控制。 專家系統(tǒng)構(gòu)造步驟3.2 基于規(guī)則的專家系統(tǒng)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 基于規(guī)則的專家系統(tǒng)采用下面的模塊來建立產(chǎn)生式基于規(guī)則的專家系統(tǒng)采用下面的模塊來建立產(chǎn)生式系統(tǒng)的模型：系統(tǒng)的模型： 知識(shí)庫(kù)：知識(shí)庫(kù)：以一套規(guī)則建立人的長(zhǎng)期存儲(chǔ)器模型 工作存儲(chǔ)器：工作存儲(chǔ)器：存放人的短期存儲(chǔ)器模型，存放

25、問題事實(shí)和由規(guī)則激發(fā)而推斷出來的新知識(shí)。 推理機(jī)：推理機(jī)：借助于存放在工作存儲(chǔ)器中的問題事實(shí)和存放在知識(shí)庫(kù)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。 基于規(guī)則的專家系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)3.3 基于框架的專家系統(tǒng)模型基于框架的專家系統(tǒng)模型1、面向目標(biāo)編程與基于框架設(shè)計(jì)、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 采用面向目標(biāo)編程技術(shù) 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。 2、基于框架專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、基于框架專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類類槽槽子類子類例子例子規(guī)則規(guī)則目標(biāo)議程表目標(biāo)議程表3、基于框架專家系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法、基

26、于框架專家系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法 基于框架專家系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)步驟與基于規(guī)則的專家系統(tǒng)相似。主要差別在于如何看待和使用知識(shí)。 在設(shè)計(jì)基于框架的專家系統(tǒng)時(shí)，把整個(gè)問題和每件事想像為編織起來的事物 在辨識(shí)事物之后，尋找把這些事物組織起來的方法 對(duì)于任何類型的專家系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)是高度交互的過程。3.4 基于模型的專家系統(tǒng)基于模型的專家系統(tǒng) 1、基于模型專家系統(tǒng)的提出、基于模型專家系統(tǒng)的提出 人工智能的研究的一種觀點(diǎn)：人工智能是對(duì)各種定性模型的獲得、表達(dá)及使用的計(jì)算方法進(jìn)行研究的學(xué)問。 基于該觀點(diǎn)人們提出了基于模型的專家系統(tǒng)。 采用各種定性模型來設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。 在諸多模型中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模

27、型的應(yīng)用最為廣泛。 2、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的專家系統(tǒng)、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(shí)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)集成模式三種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與專家系統(tǒng)集成模式（1）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)支持專家系統(tǒng) 以傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)為主，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的有關(guān)技術(shù)為輔。（2）專家系統(tǒng)支持神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的有關(guān)技術(shù)為核心，建立相應(yīng)領(lǐng)域的專家系統(tǒng)，采用專家系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)完成解釋等方面的工作（3）協(xié)同式的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng) 針對(duì)大的復(fù)雜問題，將其分解為若干子問題，針對(duì)每個(gè)子問題的特點(diǎn)，選擇用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或?qū)＜蚁到y(tǒng)加以實(shí)現(xiàn)，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)之間建立一種耦合關(guān)系

28、 4、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)5、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)的幾個(gè)問題討論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)的幾個(gè)問題討論（1）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)表示是一種隱式表示。（2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過實(shí)例學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)知識(shí)自動(dòng)獲取。（3）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，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)各輸出節(jié)點(diǎn)的輸出是數(shù)值，因而需要一個(gè)解釋器對(duì)輸出模式進(jìn)行解釋。（4）同一知識(shí)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)。3.5 新型專家系統(tǒng)新型專家系統(tǒng) 協(xié)同式專家系統(tǒng)協(xié)同式專家系統(tǒng) 分布式專家系統(tǒng)分布式專家系統(tǒng)3.5.1 新型專家系統(tǒng)的特征新型專家系統(tǒng)的特征1、并行與分布處理、并行與分布處理2

29、、多專家系統(tǒng)協(xié)同工作、多專家系統(tǒng)協(xié)同工作3、高級(jí)語(yǔ)言和知識(shí)語(yǔ)言描述、高級(jí)語(yǔ)言和知識(shí)語(yǔ)言描述4、具有自學(xué)習(xí)功能、具有自學(xué)習(xí)功能5、引入新的推理機(jī)制、引入新的推理機(jī)制6、具有自糾錯(cuò)和自完善能力、具有自糾錯(cuò)和自完善能力7、先進(jìn)的智能人機(jī)接口、先進(jìn)的智能人機(jī)接口3.5.2 分布式專家系統(tǒng)分布式專家系統(tǒng) 主要目的主要目的：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。 環(huán)境要求：環(huán)境要求：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。 需要解決的問題：需要解決的問題：功能分布功能

30、分布 知識(shí)分布知識(shí)分布 接口設(shè)計(jì)接口設(shè)計(jì) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)方式 ：1、控制驅(qū)動(dòng)2、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)3、需求驅(qū)動(dòng)4、事件驅(qū)動(dòng)3.5.3 協(xié)同式專家系統(tǒng)協(xié)同式專家系統(tǒng) 一般專家系統(tǒng)解題的領(lǐng)域面很窄單個(gè)專家系統(tǒng)的應(yīng)用局限性很大，很難獲得滿意的應(yīng)用。 協(xié)同式多專家系統(tǒng)是克服一般專家系統(tǒng)的局限性的一個(gè)重要途徑。 協(xié)同式多專家系統(tǒng)亦可稱“群專家系統(tǒng)”， 表示能綜合若干個(gè)相近領(lǐng)域的或一個(gè)領(lǐng)域的多個(gè)方面的子專家系統(tǒng)互相協(xié)作共同解決一個(gè)更廣領(lǐng)域問題的專家系統(tǒng)。 系統(tǒng)更強(qiáng)調(diào)子系統(tǒng)之間的協(xié)同合作，而不著重處理的分布和知識(shí)的分布。 設(shè)計(jì)與建立一個(gè)協(xié)同式多專家系統(tǒng)，需要解設(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：決的問題：（1）任務(wù)的分解 （2）公共知識(shí)的導(dǎo)出 （3）討論方式 （4）裁決問題 （5）驅(qū)動(dòng)方式3.6 專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)設(shè)計(jì) 按照專家表達(dá)知識(shí)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(cè)或觀察 推理或決策規(guī)則。 1、結(jié)論的表示、結(jié)論的表示 結(jié)論規(guī)定了所涉及專門知識(shí)的范圍。在EXPERT中，每個(gè)假設(shè)用簡(jiǎn)寫的助記符號(hào)和用自然語(yǔ)言(中文、英語(yǔ)或其它設(shè)計(jì)者希望使用的語(yǔ)言)寫的正式的說明語(yǔ)句來表示。助記符號(hào)用于編寫決策規(guī)則時(shí)引用假設(shè)。 2、觀測(cè)的表示、觀測(cè)的表示 觀測(cè)是得到結(jié)論所需要的觀察或量測(cè)結(jié)果。它們通?？梢杂眠壿嬛担赫?T)，