1、第五章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)（Expert System）簡稱ES什么是ES ？專家系統(tǒng)是一種具有大量專門知識(shí)的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)。它把專門領(lǐng)域中人類專家的知識(shí)和思考解決問題的方法、經(jīng)驗(yàn)組織整理且存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，不但能模擬領(lǐng)域?qū)＜业乃季S過程，而且能令計(jì)算機(jī)如人類專家那樣智能地解決實(shí)際問題。專家系統(tǒng)的特點(diǎn)相對于人類專家， ES有以下特點(diǎn)：是人類專家智能的模擬、延伸和擴(kuò)展 是專家可以信賴的高水平智能助手和工具。具有一個(gè)或多個(gè)專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，具有 專門知識(shí)的啟發(fā)性，能以接近于人類專家 的說平在特定領(lǐng)域工作，注重特定問題求 解。 專家系統(tǒng)的特點(diǎn)（續(xù)1） 能高效、準(zhǔn)確、迅速地工作突破了時(shí)間和空間的限制，程序可

2、以永久保存并可復(fù)制。能進(jìn)行有效推理，包括各種精確性推理和非精確性推理等。具有透明性，能以可理解的方式解釋推理過程。具有自學(xué)習(xí)能力，可總結(jié)規(guī)律，不斷擴(kuò)充和完善系統(tǒng)自身。 專家系統(tǒng)的特點(diǎn)（續(xù)2）相對于一般的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)來說：從處理問題的性質(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，主要用于知識(shí)信息處理，而不是數(shù)值信息處理。如：醫(yī)療診斷、天氣預(yù)報(bào)、市場預(yù)測、軍事指揮等領(lǐng)域。處理方法主要依靠知識(shí)表達(dá)技術(shù)、知識(shí)推理、知識(shí)收集和編碼，知識(shí)存儲(chǔ)和編排，建立知識(shí)庫和管理系統(tǒng)。專家系統(tǒng)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。專家

3、系統(tǒng)的特點(diǎn)（續(xù)3）從知識(shí)的推理能力看，專家系統(tǒng)的工作是在環(huán)境模式驅(qū)動(dòng)下的知識(shí)推理過程，而不是在固定程序控制下的指令執(zhí)行過程。處理方法主要依靠知識(shí)表達(dá)技術(shù)、知識(shí)推理、知識(shí)收集和編碼，知識(shí)存儲(chǔ)和編排，建立知識(shí)庫和管理系統(tǒng)。專家系統(tǒng)不僅對用戶的提問給出解答，而且能夠?qū)Υ鸢傅耐评磉^程作出解釋，提供答案的可信度估計(jì)。專家系統(tǒng)的分類1.按代分類 1）第一代ES 第一代ES的典型例子有：化學(xué)專家系統(tǒng)DENDRAL（1968年），能夠進(jìn)行質(zhì)譜數(shù)據(jù)分析，推斷化學(xué)分子結(jié)構(gòu)，達(dá)到了化學(xué)專家的水平。 DENDRAL系統(tǒng)的問世標(biāo)志著專家系統(tǒng)的誕生。 MACSYMA（1971年）：能夠解決多種數(shù)學(xué)問題，包括：微積分運(yùn)算、

4、微分方程求解、級數(shù)展開、矩陣運(yùn)算等。專家系統(tǒng)的分類（續(xù)1）1）第一代ES 第一代ES的典型例子有：化學(xué)專家系統(tǒng)DENDRAL（1968年），能夠進(jìn)行質(zhì)譜數(shù)據(jù)分析，推斷化學(xué)分子結(jié)構(gòu)，達(dá)到了化學(xué)專家的水平。 DENDRAL系統(tǒng)的問世標(biāo)志著專家系統(tǒng)的誕生。 MACSYMA（1971年）：能夠解決多種數(shù)學(xué)問題，包括：微積分運(yùn)算、微分方程求解、級數(shù)展開、矩陣運(yùn)算等。專家系統(tǒng)的分類（續(xù)2 ）第一代專家系統(tǒng)的特點(diǎn)：高度專業(yè)化，結(jié)構(gòu)、功能不完整，移植性差；專門問題求解能力強(qiáng)，但缺乏推理解釋功能。專家系統(tǒng)的分類（續(xù)3 ） 2）第二代ES 第二代ES的典型例子有：醫(yī)療診斷專家系統(tǒng)MYCIN、地質(zhì)探礦專家系統(tǒng)PRO

5、SPECTOR、數(shù)學(xué)發(fā)現(xiàn)專家系統(tǒng)AM等。 MYCIN系統(tǒng)（1974年）：它是第一個(gè)結(jié)構(gòu)較完整、功能較全面的專家系統(tǒng)。該系統(tǒng)第一次明確采用了“知識(shí)庫”的概念，引入了“可信度”方法，能夠給出推理過程的解釋和可信度估計(jì)，用英語與用戶進(jìn)行人機(jī)交互，在專家指導(dǎo)下修改知識(shí)庫，學(xué)習(xí)醫(yī)療知識(shí)。專家系統(tǒng)的分類（續(xù)4 ） PROSPECTOR（1981）：該系統(tǒng)擁有15種礦藏的知識(shí)，并成功地用于鉬礦勘探。其特點(diǎn)是很好地協(xié)調(diào)了多名專家多種礦廠的知識(shí)模型。AM系統(tǒng)（1976）：它能夠進(jìn)行概括、抽象和歸納推理，發(fā)現(xiàn)某些數(shù)論的概念和定理。專家系統(tǒng)的分類（續(xù)5 ）第二代專家系統(tǒng)的特點(diǎn)：是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較完整，功能較全面，移植性好

6、的專業(yè)型應(yīng)用系統(tǒng)；采用啟發(fā)式推理、似然推理、非精確推理，增強(qiáng)了系統(tǒng)的表達(dá)能力，開拓了使用啟發(fā)性知識(shí)和可信度分析解決問題的新途徑；將具有一定普遍意義的推理方法與大量同領(lǐng)域有關(guān)的專門知識(shí)結(jié)合起來，從而使這些系統(tǒng)具有館法的通用性；用產(chǎn)生式規(guī)則、框架、語義網(wǎng)絡(luò)表達(dá)知識(shí)；用LISP語言編程。專家系統(tǒng)的分類（續(xù)6 ） 3）第三代ES 第三代ES的典型代表有：多學(xué)科綜合型專家系統(tǒng)HPP80、骨架型專家系統(tǒng)EMYCIN 和EXPERT等。 HPP80 系統(tǒng)是20世紀(jì)80年代具有大型知識(shí)庫的多學(xué)科綜合型專家系統(tǒng)。包括兩大部分： 1.多學(xué)科應(yīng)用專家系統(tǒng)。如化學(xué)、分子遺傳學(xué)、蛋白質(zhì)分析、結(jié)構(gòu)力學(xué)、集成電路設(shè)計(jì)、計(jì)算

7、機(jī)故障診斷、輔助教學(xué)、石油勘探、醫(yī)學(xué)診斷等各學(xué)科所集成的專家系統(tǒng)。 2.知識(shí)工程工具。用于建立應(yīng)用專家系統(tǒng)的輔助工具，即專家系統(tǒng)的開發(fā)工具（生成器）。專家系統(tǒng)的分類（續(xù)7 ）第三代專家系統(tǒng)的特點(diǎn)：多學(xué)科綜合應(yīng)用系統(tǒng)；利用專家系統(tǒng)開發(fā)工具建立專家系統(tǒng)；是一種大型知識(shí)工程系統(tǒng)。專家系統(tǒng)的分類2.按用途分類預(yù)測型專家系統(tǒng) 解釋型專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)診斷型專家系統(tǒng)規(guī)劃型專家系統(tǒng)控制型專家系統(tǒng)監(jiān)視型專家系統(tǒng)修理型專家系統(tǒng)教學(xué)型專家系統(tǒng) 專家系統(tǒng)的分類3.按知識(shí)表示分類基于產(chǎn)生式規(guī)則的專家系統(tǒng) 基于一階謂詞的專家系統(tǒng)基于框架的專家系統(tǒng)基于語義網(wǎng)絡(luò)的專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)發(fā)展趨勢專家系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是： （1）傳

8、統(tǒng)的專家系統(tǒng)與面向?qū)ο?、神?jīng)網(wǎng)絡(luò)以及模糊技術(shù)相融合，將是專家系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的總趨勢。 （2）專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)相融合，將是專家系統(tǒng)應(yīng)用形式和應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展的總趨勢。 （3）功能集成形成大型化專家系統(tǒng)，從單學(xué)科、單功能、專門性的小型專家系統(tǒng)，向多學(xué)科、多功能 、綜合性的大型知識(shí)系統(tǒng)發(fā)展。 （4）技術(shù)集成化。 （5）智能集成達(dá)到擬人化。 （6）網(wǎng)上專家系統(tǒng)將會(huì)流行和活躍起來。 專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在什么情況下開發(fā)專家系統(tǒng)是可能的該領(lǐng)域有高水平的專家；領(lǐng)域?qū)＜覍栴}答案的選擇和精度有基本一致的看法，否則要驗(yàn)證專家系統(tǒng)幾乎是 不可能的；專家必須能描述和解釋他們用于該領(lǐng)域問題的方法，否則知識(shí)工程師很難

9、從他們那里成功抽取知識(shí)以建立知識(shí)庫；專家系統(tǒng)所涉及到的問題不能太難，知識(shí)應(yīng)該是易獲得的；任務(wù)要被很好地理解，不能太新；任務(wù)不能涉及到大量的常識(shí)，否則智能程序會(huì)感到困惑。在什么情況下建立專家系統(tǒng)是必要的（1）應(yīng)用領(lǐng)域有使用專家系統(tǒng)的需求；（2）任務(wù)的解決能帶來較高的效益；（3）領(lǐng)域問題適合專家系統(tǒng)解決；（4）人類專家非常稀少或缺乏；（5）任務(wù)很難甚至無法完成任務(wù)或需要很高代價(jià)；（6）人類專家經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)有可能不斷丟失（7）問題經(jīng)常是在危險(xiǎn)或難達(dá)到的環(huán)境中作決策（8）問題不能是太易或太簡單，沒有必要建立ES（9）問題范圍必須是充分地窄，保證問題有實(shí)際效益。專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則專門任務(wù)。應(yīng)

10、面向?qū)＜抑R(shí)和經(jīng)驗(yàn)；行之有效的場合；原型設(shè)計(jì)。采用“最小系統(tǒng)觀點(diǎn)”進(jìn)行系統(tǒng)原型設(shè)計(jì)，逐步修改、擴(kuò)大和完善；專家合作。領(lǐng)域?qū)＜遗c知識(shí)工程師相互合作是知識(shí)獲取成功的關(guān)鍵；用戶參與。用戶參與專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)，有助于人機(jī)接口設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)的運(yùn)行與評價(jià)；輔助工具。采用專家系統(tǒng)開發(fā)工具進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，借鑒益友系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)，提高設(shè)計(jì)效率；知識(shí)獲取知識(shí)獲取一般是指從某個(gè)或某些知識(shí)源中獲取專家系統(tǒng)問題求解所需要的專門知識(shí)，并以某種形式在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)、傳輸與轉(zhuǎn)移。專家系統(tǒng)的知識(shí)獲取一般是由知識(shí)工程師與專家系統(tǒng)知識(shí)的獲取機(jī)構(gòu)共同完成的。包括：手工知識(shí)獲??；半自動(dòng)獲?。蛔詣?dòng)知識(shí)獲??；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)獲取；一個(gè)面向AI的C

11、程序環(huán)境問題的提出本章主要內(nèi)容環(huán)境的實(shí)現(xiàn)原理一些實(shí)例可改進(jìn)的地方學(xué)習(xí)要求讀程序有條件的話，自己寫些程序希望提出一些改進(jìn)意見不要束縛住自己一些基本概念原子文字原子(符號)：abc, sin 數(shù)字原子：15, 12.3表(a b c), (10 20 30), (a (1 23), (a b) (c d)S-表達(dá)式原子和表統(tǒng)稱為S-表達(dá)式表頭和表尾(a) ：頭=a，尾=NULL/( )(a b c)：頭=a，尾=(b c)(a b) (c d) ：頭=(a b)，尾=(c d)表結(jié)構(gòu)示意圖基本結(jié)構(gòu)：表頭表尾例：(a), 頭=a，尾=( )a例：(a b), 頭=a，尾=(b) ab例：(a b)

12、(10 20), 頭=(a b)，尾=(10 20) ab 1020(10 20)(10 20)(a b)例：(a b) 10 20), 頭=(a b)，尾=(10 20) ab 1020(10 20)(a b)基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)typedef struct node /* 節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu) */ char mark; /* 無用單元收集標(biāo)志，暫不說明 */ union struct node *node_ptr; char *string; int i; float f; head; /* 表頭 */ union struct node *t; P_FUNC p; tail; /* 表尾 */ char

13、type; /* 類型標(biāo)記 */ NODE; type域說明 f: head.f為符點(diǎn)數(shù) i: head.i為整數(shù) c: head.string為常量字符串指針, tail.t為屬性表 v: head.string為變量字符串指針, tail.t為屬性表 l: 節(jié)點(diǎn)為表, head.node_ptr為表頭, tail.t為表尾 p: tail.p為函數(shù)指針, head.string為函數(shù)名 內(nèi)存管理 node_buffNODE_BUFF_NUM: node區(qū)數(shù)組 node_num_in_buff: 一個(gè)node區(qū)含有的單元數(shù) free_node_list: 自由單元表 string_buff:

14、 文字原子名存儲(chǔ)空間.abc0def0sin0sum0 string0 string_buff_ptrstring_buff_end無用單元收集為什么進(jìn)行無用單元收集局部變量引起變量指針改變例：p指向(a b c)改為指向(d e f)后，如果再?zèng)]有其他指針指向(a b c)，則(a b c)成為無用的單元如何知道哪些單元是無用的？所有符號單元所有符號的屬性所有正在使用的“NODE *”型變量所指向的內(nèi)容無用單元收集方法NODE *var_listVAR_LIST_LEN：變量堆棧標(biāo)記：0：自由單元1，2：交替使用，標(biāo)記一個(gè)單元被收集通過free_node函數(shù)啟動(dòng)無用單元的收集過程。建立一個(gè)單

15、元的過程(new_node函數(shù))：有自由單元，則申請一個(gè)無自由單元，則啟動(dòng)無用單元收集，申請一個(gè)建立S-表達(dá)式的手段讀串：sread_s(“(a b c)”) = (a b c)讀鍵盤：read_s( ) = 鍵盤的輸入轉(zhuǎn)化為s-表達(dá)式讀文件：fread_s(pFile) = 從pFile所指的文件得到一個(gè)s表達(dá)式注意：該文件必須以二進(jìn)制形式打開例：pFile = fopen(, “rb”);make類函數(shù)：make_atom(): 可以是“abc”, “12.3”等make_constant(): 必須是字母開頭的串make_int(): 是整數(shù)make_float(): 是符點(diǎn)數(shù)一些常用函

16、數(shù)假定：x = (a b (c d), y = (1 2 3 4), z = fcons(z, x) = (f a b (c d)cons(x, y) = (a b (c d) 1 2 3 4)append(x, y) = (a b (c d) 1 2 3 4) / 注意：副作用list_copy(x) = (a b (c d)car(x) = acdr(x) = (b (c d)nth(1, x) = bnth(2, x) = (c d)nthcdr(2, y) = (3 4)list2(z, x) = (f (a b (c d)read_s系列一些常用函數(shù)（續(xù)）print_s系列print

17、_s(NODE *s)sprint_s(char *str, NODE *s)fprint_s(FILE *pf, NODE *s)eql與equaleql：當(dāng)兩指針相等，或二者同為數(shù)值時(shí)，數(shù)值相等時(shí)，eql為 真，否則為假equal：當(dāng)二者邏輯上相等時(shí)，equal為真，否則為假例：設(shè)x=(a b c); y=copy_list(x), z=x; u=a; v=a; eql(x, y) = FALSE eql(x, z) = TRUEeql(u, v) = TRUE equal(x, y) = TRUEequal(x, z) = TRUE函數(shù)調(diào)用NODE *funcall (NODE *fun

18、ction)function : ( .)返回值：該C函數(shù)的返回值C函數(shù)的定義形式：NODE *(NODE *p)聲明：declare_func();函數(shù)調(diào)用舉例NODE *sort (NODE *list)/ 功能：對list中的元素排序聲明：declare_func(sort);設(shè)：f = (sort (3 2 4 5 1)則：funcall(f)= (1 2 3 4 5)過程：funcall函數(shù)將(3 2 4 5 1)作為參數(shù)傳遞給sort函數(shù)符號的屬性任一符號可以有多個(gè)屬性，每個(gè)屬性可以有一個(gè)值屬性類似于C中的結(jié)構(gòu)，但是屬性的多少是動(dòng)態(tài)的，隨時(shí)可以改變屬性以A-表的形式存儲(chǔ)A-表：( ) ( ) .)取屬性值與賦屬性值get_property(, );set_property(, , );使用上的限制條件在C的主函數(shù)main()中必須運(yùn)行初始化函數(shù)init();“NODE *”型變量必須有初值