第六章專家系統(tǒng)*第1頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三6.1專家系統(tǒng)概述專家系統(tǒng)(expertsystem)是人工智能應用研究最活躍和最廣泛的課題之一定義：是一個含有大量的某個領域專家水平的知識與經(jīng)驗智能計算機程序系統(tǒng)，能夠利用人類專家的知識和解決問題的方法來處理該領域問題

2第2頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三

6.1專家系統(tǒng)概述6.1.1專家系統(tǒng)特點專家系統(tǒng)具有一些共同的特點和優(yōu)點專家系統(tǒng)具有下列3個特點：

啟發(fā)性透明性靈活性專家系統(tǒng)的優(yōu)點存在八個方面

3第3頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三6.1.2專家系統(tǒng)的類型

解釋專家系統(tǒng)預測專家系統(tǒng)診斷專家系統(tǒng)設計專家系統(tǒng)規(guī)劃專家系統(tǒng)6.1專家系統(tǒng)概述監(jiān)視專家系統(tǒng)控制專家系統(tǒng)調試專家系統(tǒng)教學專家系統(tǒng)修理專家系統(tǒng)4第4頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三1.解釋專家系統(tǒng)

(expertsystemforinterpretation)任務通過對過去和現(xiàn)在已知狀況的分析，推斷未來可能發(fā)生的情況特點數(shù)據(jù)量很大，常不準確、有錯誤、不完全能從不完全的信息中得出解釋，并能對數(shù)據(jù)做出某些假設推理過程可能很復雜和很長例子語音理解、圖象分析、系統(tǒng)監(jiān)視、化學結構分析和信號解釋等6.1專家系統(tǒng)概述5第5頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三2.預測專家系統(tǒng)

(expertsystemforprediction)任務通過對已知信息和數(shù)據(jù)的分析與解釋，確定它們的涵義。特點系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)隨時間變化，且可能是不準確和不完全系統(tǒng)需要有適應時間變化的動態(tài)模型例子有氣象預報、軍事預測等6.1專家系統(tǒng)概述6第6頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三3.診斷專家系統(tǒng)

(expertsystemfordiagnosis)任務根據(jù)觀察到的情況(數(shù)據(jù))來推斷出某個對象機能失常(即故障)的原因特點能夠了解被診斷對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有醫(yī)療診斷等6.1專家系統(tǒng)概述7第7頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三4.設計專家系統(tǒng)

(expertsystemfordesign)任務尋找出某個能夠達到給定目標的動作序列或步驟特點從多種約束中得到符合要求的設計系統(tǒng)需要檢索較大的可能解空間能試驗性地構造出可能設計，易于修改能夠使用已有設計來解釋當前新的設計例子VAX計算機結構設計專家系統(tǒng)等6.1專家系統(tǒng)概述8第8頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三5.規(guī)劃專家系統(tǒng)

(expertsystemforplanning)任務尋找出某個能夠達到給定目標的動作序列或步驟特點所要規(guī)劃的目標可能是動態(tài)的或靜態(tài)的，需要對未來動作做出預測所涉及的問題可能很復雜例子軍事指揮調度系統(tǒng)、ROPES機器人規(guī)劃專家系統(tǒng)、汽車和火車運行調度專家系統(tǒng)等。6.1專家系統(tǒng)概述9第9頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三6.監(jiān)視專家系統(tǒng)

(expertsystemformonitoring)任務對系統(tǒng)、對象或過程的行為進行不斷觀察，并把觀察到的行為與其應當具有的行為進行比較，以發(fā)現(xiàn)異常情況，發(fā)出警報特點系統(tǒng)應具有快速反應能力系統(tǒng)發(fā)出的警報要有很高的準確性系統(tǒng)能夠動態(tài)地處理其輸入信息例子粘蟲測報專家系統(tǒng)6.1專家系統(tǒng)概述10第10頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三7.控制專家系統(tǒng)

(expertsystemforcontrol)任務自適應地管理一個受控對象或客體的全面行為，使之滿足預期要求特點控制專家系統(tǒng)具有解釋、預報、診斷、規(guī)劃和執(zhí)行等多種功能例子空中交通管制、商業(yè)管理、自主機器人控制、作戰(zhàn)管理、生產過程控制和生產質量控制等6.1專家系統(tǒng)概述11第11頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三8.調試專家系統(tǒng)

(expertsystemfordebugging)

任務對失靈的對象給出處理意見和方法特點同時具有規(guī)劃、設計、預報和診斷等專家系統(tǒng)的功能例子在這方面的實例還比較少見6.1專家系統(tǒng)概述12第12頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三9.教學專家系統(tǒng)

(expertsystemforinstruction)特點同時具有診斷和調試等功能具有良好的人機界面例子MACSYMA符號積分與定理證明系統(tǒng)，計算機程序設計語言和物理智能計算機輔助教學系統(tǒng)等6.1專家系統(tǒng)概述13第13頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三10.修理專家系統(tǒng)

(expertsystemforrepair)

任務對發(fā)生故障的對象(系統(tǒng)或設備)進行處理，使其恢復正常工作功能有診斷、調試、計劃和執(zhí)行等功能例子ACI電話和有線電視維護修理系統(tǒng)6.1專家系統(tǒng)概述14第14頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三6.1.3專家系統(tǒng)的結構和建造步驟定義：指專家系統(tǒng)各組成部分的構造方法和組織形式專家系統(tǒng)結構圖6.1專家系統(tǒng)概述知識庫推理機專家知識輸入或提問答案圖6.1專家系統(tǒng)結構簡圖15第15頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三圖6.2則為理想專家系統(tǒng)的結構圖接口用戶事實規(guī)則計劃議程中間解黑板知識庫解釋器執(zhí)行器調度器協(xié)調器6.1專家系統(tǒng)概述16第16頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三一般應用程序與專家系統(tǒng)的區(qū)別：一般應用程序

專家系統(tǒng)把問題求解的知識隱含地編入程序。把知識組織為兩級：數(shù)據(jù)級和程序級。把其應用領域的問題求解知識單獨組成一個實體。即為知識庫。將知識組織成三級；數(shù)據(jù)、知識庫和控制。6.1專家系統(tǒng)概述17第17頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三知識化問題圖6.3建立專家系統(tǒng)的步驟合法化概念化形式化規(guī)則化知識概念結構形式規(guī)則再設計改進重新闡述2.專家系統(tǒng)的建造步驟6.1專家系統(tǒng)概述18第18頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三建立系統(tǒng)的一般步驟如下設計初始知識庫問題知識化知識概念化概念形式化形式規(guī)則化規(guī)則合法化原型機（prototype）的開發(fā)與實驗知識庫的改進與歸納

規(guī)則6.1專家系統(tǒng)概述19第19頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三6.2基于規(guī)則的專家系統(tǒng)知識庫（規(guī)則）工作存儲器（事實）推理機1.基于規(guī)則的專家系統(tǒng)的工作模型圖6.4基于規(guī)則的工作模型20第20頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三基于規(guī)則的專家系統(tǒng)采用下列

模塊來建立產生式系統(tǒng)的模型：知識庫以一套規(guī)則建立人的長期存儲器模型工作存儲器建立人的短期存儲器模型，存放問題事實和由規(guī)則激發(fā)而推斷出的新事實推理機借助于把存放在工作存儲器內的問題事實和存放在知識庫內的規(guī)則結合起來，建立人的推理模型，以推斷出新的信息6.2基于規(guī)則的專家系統(tǒng)21第21頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三2.基于規(guī)則專家系統(tǒng)的結構6.2基于規(guī)則的專家系統(tǒng)解釋器用戶界面開發(fā)界面外部程序工作存儲器推理機知識庫用戶知識工程師圖6.5基于規(guī)則專家系統(tǒng)的結構22第22頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三6.3基于框架的專家系統(tǒng)1.面向目標編程與基于框架設計基于框架的專家系統(tǒng)建立在框架的基礎之上基于框架的專家系統(tǒng)采用面向目標編程技基于框架的設計和面向目標的編程共享許多特征在設計基于框架系統(tǒng)時，專家系統(tǒng)的設計者們把目標叫做框架23第23頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三特征名稱值側面規(guī)則目標議程表人類男人女人約翰李勇麗達王紅類（class）槽(Slots)子類（subclass)例子(instances)規(guī)則(rules)目標議程表

(goalagenda)2.基于框架專家系統(tǒng)的結構6.3基于框架的專家系統(tǒng)圖6.6人類的框架分層結構24第24頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三3.基于框架專家系統(tǒng)的一般設計方法基于框架專家系統(tǒng)的主要設計步驟與基于規(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在設計基于框架的專家系統(tǒng)時，把整個問題和每件事想像為編織起來的事物在辨識事物之后，尋找把這些事物組織起來的方法對于任何類型的專家系統(tǒng)，其設計是個高度交互的過程6.3基于框架的專家系統(tǒng)25第25頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三6.4基于模型的專家系統(tǒng)1.基于模型專家系統(tǒng)的提出關于人工智能的一個觀點綜合各種模型的專家系統(tǒng)比基于邏輯心理模型的系統(tǒng)具有更強的功能，從而有可能顯著改進專家系統(tǒng)的設計在諸多模型中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型的應用最為廣泛26第26頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三2.基于神經(jīng)網(wǎng)絡的專家系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡模型從知識表示、推理機制到控制方式，與目前專家系統(tǒng)中的基于邏輯的心理模型有本質的區(qū)別三種神經(jīng)網(wǎng)絡模型與專家系統(tǒng)集成模式神經(jīng)網(wǎng)絡支持專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)支持神經(jīng)網(wǎng)絡協(xié)同式的神經(jīng)網(wǎng)絡專家系統(tǒng)6.4基于模型的專家系統(tǒng)27第27頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三神經(jīng)網(wǎng)絡專家系統(tǒng)的基本結構6.4基于模型的專家系統(tǒng)知識獲取學習示例網(wǎng)絡結構學習算法解釋器專家神經(jīng)網(wǎng)絡用戶知識庫推理機圖6.7神經(jīng)網(wǎng)絡專家系統(tǒng)的基本結構28第28頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三神經(jīng)網(wǎng)絡專家系統(tǒng)的幾個問題討論神經(jīng)網(wǎng)絡的知識表示是一種隱式表示神經(jīng)網(wǎng)絡通過實例學習實現(xiàn)知識自動獲取神經(jīng)網(wǎng)絡的推理是個正向非線性數(shù)值計算過程，同時也是一種并行推理機制同一知識領域的幾個獨立的專家系統(tǒng)可組合成更大的神經(jīng)網(wǎng)絡專家系統(tǒng)6.4基于模型的專家系統(tǒng)29第29頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三6.5新型專家系統(tǒng)6.5.1新型專家系統(tǒng)的特征并行與分布處理多專家系統(tǒng)協(xié)同工作高級語言和知識語言描述具有自學習功能引入新的推理機制具有自糾錯和自完善能力

先進的智能人機接口30第30頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三6.5.2分布式專家系統(tǒng)主要目的：把一個專家系統(tǒng)的功能經(jīng)分解以后分布到多個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?？梢怨ぷ髟诰o耦合的多處理器系統(tǒng)環(huán)境中，也可工作在松耦合的計算機網(wǎng)絡環(huán)境里，所以其總體結構在很大程度上依賴于其所在的硬件環(huán)境。6.5新型專家系統(tǒng)31第31頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三設計和實現(xiàn)分布式專家系統(tǒng)，需要解決的問題：功能分布

把分解得到的系統(tǒng)各部分功能或任務合理均衡地分配到各處理節(jié)點上去知識分布

根據(jù)功能分布的情況把有關知識經(jīng)合理劃分以后分配到各處理節(jié)點上。接口設計各部分間接口的設計目的是要達到各部分之間互相通訊和同步容易進行系統(tǒng)結構一方面依賴于應用的環(huán)境與性質，另一方面依賴于其所處的硬件環(huán)境驅動方式可供選擇的幾種驅動方式(1)控制驅動(2)數(shù)據(jù)驅動(3)需求驅動(4)事件驅動6.5新型專家系統(tǒng)32第32頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三6.5.3協(xié)同式專家系統(tǒng)一般專家系統(tǒng)解題的領域面很窄協(xié)同式多專家系統(tǒng)是克服一般專家系統(tǒng)的局限性的一個重要途徑。協(xié)同式多專家系統(tǒng)亦可稱“群專家系統(tǒng)”6.5新型專家系統(tǒng)33第33頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三設計與建立一個協(xié)同式多專家系統(tǒng)，

需要解決的問題：任務的分解公共知識的導出討論方式驅動方式6.5新型專家系統(tǒng)34第34頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三6.6專家系統(tǒng)設計分為以下兩部分介紹以設計一個基于規(guī)則的維修咨詢系統(tǒng)為例，說明專家系統(tǒng)的設計過程。這一過程包括描述專家知識、應用知識和解釋決策等。專家知識的描述知識的使用和決策解釋35第35頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三6.6.1專家知識的描述結論的表示結論規(guī)定了所涉及專門知識的范圍觀測的表示觀測是得到結論所需要的觀察或量測結果推理規(guī)則的表示產生式規(guī)則是決策規(guī)則最為常用的表示形式可根據(jù)觀測和假設之間的邏輯關系分成3類：(1)FF規(guī)則)(2)FH規(guī)則(3)HH規(guī)則6.6專家系統(tǒng)設計36第36頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三6.6.2知識的使用和決策解釋結論的分級與選擇詢問問題的策略固定的順序根據(jù)具體情況作出某種選擇決策的解釋對系統(tǒng)設計者的解釋對系統(tǒng)使用者的解釋6.6專家系統(tǒng)設計37第37頁，共42頁，2023年，2月20日，星期三6.7專家系統(tǒng)開發(fā)工具專家系統(tǒng)工具是一種更高級的計算機程序設計語言現(xiàn)有的專家系統(tǒng)工具，主要分為骨架型工具、語言型工