人工智能

ArtificialIntelligence

10/10/20231安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1/43第五章專家系統(tǒng)5.1專家系統(tǒng)概述5.5新型專家系統(tǒng)5.2基于規(guī)則專家系統(tǒng)5.6專家系統(tǒng)設(shè)計5.3基于框架專家系統(tǒng)5.7專家系統(tǒng)開發(fā)工具5.4基于模型專家系統(tǒng)5.8專家系統(tǒng)實例10/10/20232安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2/435.1專家系統(tǒng)概述專家系統(tǒng)(expertsystem)是人工智能應(yīng)用研究最活躍和最廣泛課題之一定義：是一種具有大量某個領(lǐng)域?qū)＜宜街R與經(jīng)驗智能計算機(jī)程序系統(tǒng)，能夠利用人類專家知識和處理問題辦法來處理該領(lǐng)域問題

10/10/20233安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院3/435.1.1專家系統(tǒng)特點專家系統(tǒng)具有某些共同特點和長處專家系統(tǒng)具有下列3個特點：啟發(fā)性透明性靈活性專家系統(tǒng)長處存在八個方面(P201)

10/10/20234安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院4/435.1.2專家系統(tǒng)類型

解釋專家系統(tǒng)預(yù)測專家系統(tǒng)診斷專家系統(tǒng)設(shè)計專家系統(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)10/10/20235安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院5/431.解釋專家系統(tǒng)

(expertsystemforinterpretation)任務(wù)

通過對過去和目前已知情況分析，推斷將來也許發(fā)生情況特點數(shù)據(jù)量很大，常不精確、有錯誤、不完全能從不完全信息中得出解釋，并能對數(shù)據(jù)做出某些假設(shè)推理過程也許很復(fù)雜和很長例子

語音理解、圖象分析、系統(tǒng)監(jiān)視、化學(xué)構(gòu)造分析和信號解釋等10/10/20236安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院6/432.預(yù)測專家系統(tǒng)

(expertsystemforprediction)任務(wù)

通過對已知信息和數(shù)據(jù)分析與解釋，確定它們涵義。特點系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)隨時間變化，且也許是不精確和不完全系統(tǒng)需要有適應(yīng)時間變化動態(tài)模型例子

有氣象預(yù)報、軍事預(yù)測等10/10/20237安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院7/433.診斷專家系統(tǒng)

(expertsystemfordiagnosis)任務(wù)

根據(jù)觀測到情況(數(shù)據(jù))來推斷出某個對象機(jī)能失常(即故障)原因特點能夠理解被診斷對象或客體各組成部分特性以及它們之間聯(lián)系能夠辨別一種現(xiàn)象及其所掩蓋另一種現(xiàn)象能夠向顧客提出測量數(shù)據(jù)，并從不確切信息中得出盡也許正確診斷例子

有醫(yī)療診斷、故障診斷等10/10/20238安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院8/434.設(shè)計專家系統(tǒng)

(expertsystemfordesign)任務(wù)

尋找出某個能夠達(dá)成給定目標(biāo)動作序列或步驟特點從多種約束中得到符合要求設(shè)計系統(tǒng)需要檢索較大也許解空間能試驗性地構(gòu)造出也許設(shè)計，易于修改能夠使用已有設(shè)計來解釋目前新設(shè)計例子

VAX計算機(jī)構(gòu)造設(shè)計、電路設(shè)計等10/10/20239安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院9/435.規(guī)劃專家系統(tǒng)

(expertsystemforplanning)任務(wù)

尋找出某個能夠達(dá)成給定目標(biāo)動作序列或步驟特點所要規(guī)劃目標(biāo)也許是動態(tài)或靜態(tài)，需要對將來動作做出預(yù)測所包括問題也許很復(fù)雜例子軍事指揮調(diào)度系統(tǒng)、ROPES機(jī)器人規(guī)劃專家系統(tǒng)、汽車和火車運行調(diào)度專家系統(tǒng)等。10/10/202310安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院10/436.監(jiān)視專家系統(tǒng)

(expertsystemformonitoring)任務(wù)對系統(tǒng)、對象或過程行為進(jìn)行不停觀測，并把觀測到行為與其應(yīng)當(dāng)具有行為進(jìn)行比較，以發(fā)覺異常情況，發(fā)出警報特點系統(tǒng)應(yīng)具有迅速反應(yīng)能力系統(tǒng)發(fā)出警報要有很高精確性系統(tǒng)能夠動態(tài)地處理其輸入信息例子

防空監(jiān)視、蟲害測報專家系統(tǒng)10/10/202311安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院11/437.控制專家系統(tǒng)

(expertsystemforcontrol)任務(wù)

自適應(yīng)地管理一種受控對象或客體全面行為，使之滿足預(yù)期要求特點

控制專家系統(tǒng)具有解釋、預(yù)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(jī)器人控制、作戰(zhàn)管理、生產(chǎn)過程控制和生產(chǎn)質(zhì)量控制等10/10/202312安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院12/438.調(diào)試專家系統(tǒng)

(expertsystemfordebugging)

任務(wù)

對失靈對象給出處理意見和辦法特點

同步具有規(guī)劃、設(shè)計、預(yù)報和診斷等專家系統(tǒng)功能例子在這方面實例還比較少見。程序調(diào)試。10/10/202313安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院13/439.教學(xué)專家系統(tǒng)

(expertsystemforinstruction)任務(wù)

根據(jù)學(xué)生特點，以合適辦法對學(xué)生進(jìn)行教學(xué)和輔導(dǎo)特點同步具有診斷和調(diào)試等功能具有良好人機(jī)界面例子

MACSYMA符號積分與定理證明系統(tǒng)，計算機(jī)程序設(shè)計語言和物理智能計算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)等10/10/202314安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院14/4310.修理專家系統(tǒng)

(expertsystemforrepair)

任務(wù)

對發(fā)生故障對象(系統(tǒng)或設(shè)備)進(jìn)行處理，使其恢復(fù)正常工作功能

有診斷、調(diào)試、計劃和執(zhí)行等功能例子

電視維護(hù)修理系統(tǒng)10/10/202315安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院15/435.1.3專家系統(tǒng)構(gòu)造和建造步驟專家系統(tǒng)構(gòu)造定義：指專家系統(tǒng)各組成部分構(gòu)造辦法和組織形式知識庫推理機(jī)專家知識輸入或提問答案圖5.1專家系統(tǒng)構(gòu)造簡圖10/10/202316安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院16/43抱負(fù)專家系統(tǒng)圖5.2則為抱負(fù)專家系統(tǒng)構(gòu)造圖接口顧客事實規(guī)則計劃議程中間解黑板知識庫解釋器執(zhí)行器調(diào)度器協(xié)調(diào)器10/10/202317安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院17/43一般應(yīng)用程序與專家系統(tǒng)區(qū)分：一般應(yīng)用程序

專家系統(tǒng)把問題求解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(yīng)用領(lǐng)域問題求解知識單獨組成一種實體。即為知識庫。將知識組織成三級；數(shù)據(jù)、知識庫和控制。10/10/202318安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院18/43知識化問題圖5.3建立專家系統(tǒng)步驟合法化概念化形式化規(guī)則化知識概念構(gòu)造形式規(guī)則再設(shè)計改善重新論述2.專家系統(tǒng)建造步驟10/10/202319安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院19/43建立系統(tǒng)一般步驟如下設(shè)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(jī)（prototype）開發(fā)與試驗知識庫改善與歸納

規(guī)則10/10/202320安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院20/435.2基于規(guī)則專家系統(tǒng)知識庫（規(guī)則）工作存放器（事實）推理機(jī)1.基于規(guī)則專家系統(tǒng)工作模型圖5.4基于規(guī)則工作模型10/10/202321安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院21/43基于規(guī)則專家系統(tǒng)采取下列

模塊來建立產(chǎn)生式系統(tǒng)模型：知識庫

以一套規(guī)則建立人長期存放器模型工作存放器

建立人短期存放器模型，寄存問題事實和由規(guī)則激發(fā)而推斷出新事實推理機(jī)

借助于把寄存在工作存放器內(nèi)問題事實和寄存在知識庫內(nèi)規(guī)則結(jié)合起來，建立人推理模型，以推斷出新信息10/10/202322安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院22/432.基于規(guī)則專家系統(tǒng)構(gòu)造解釋器顧客界面開發(fā)界面外部程序工作存放器推理機(jī)知識庫顧客知識工程師圖5.5基于規(guī)則專家系統(tǒng)構(gòu)造10/10/202323安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院23/435.3基于框架專家系統(tǒng)1.面向目標(biāo)編程與基于框架設(shè)計基于框架專家系統(tǒng)建立在框架基礎(chǔ)之上基于框架專家系統(tǒng)采取面向目標(biāo)編程技術(shù)基于框架設(shè)計和面向目標(biāo)編程共享許多特性在設(shè)計基于框架系統(tǒng)時，專家系統(tǒng)設(shè)計者們把目標(biāo)叫做框架10/10/202324安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院24/43特性名稱值側(cè)面規(guī)則目標(biāo)議程表人類男人女人約翰李勇麗達(dá)王紅類（class）槽(Slots)子類（subclass)例子(instances)規(guī)則(rules)目標(biāo)議程表(goalagenda)2.基于框架專家系統(tǒng)構(gòu)造圖5.6人類框架分層構(gòu)造10/10/202325安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院25/433.基于框架專家系統(tǒng)一般設(shè)計辦法基于框架專家系統(tǒng)主要設(shè)計步驟與基于規(guī)則專家系統(tǒng)相同。主要差異在于如何看待和使用知識在設(shè)計基于框架專家系統(tǒng)時，把整個問題和每件事想像為編織起來事物在辨識事物之后，尋找把這些事物組織起來辦法對于任何類型專家系統(tǒng)，其設(shè)計是個高度交互過程10/10/202326安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院26/435.4基于模型專家系統(tǒng)1.基于模型專家系統(tǒng)提出有關(guān)人工智能一種觀點:人工智能是對多種定性模型取得、體現(xiàn)和使用計算辦法進(jìn)行研究學(xué)問?；谶壿嬓睦砟Ｐ?、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、定性物理模型、可視知識模型在很多模型中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型應(yīng)用最為廣泛10/10/202327安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院27/432.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型從知識表達(dá)、推理機(jī)制到控制方式，與目前專家系統(tǒng)中基于邏輯心理模型有本質(zhì)區(qū)分三種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與專家系統(tǒng)集成模式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)支持專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)支持神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)10/10/202328安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院28/43神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)基本構(gòu)造知識獲取學(xué)習(xí)示例網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造學(xué)習(xí)算法解釋器專家神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)顧客知識庫推理機(jī)圖5.7神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)基本構(gòu)造10/10/202329安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院29/43神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)幾個問題討論神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識表達(dá)是一種隱式表達(dá)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過實例學(xué)習(xí)實現(xiàn)知識自動獲取神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理是個正向非線性數(shù)值計算過程，同步也是一種并行推理機(jī)制同一知識領(lǐng)域幾個獨立專家系統(tǒng)可組合成更大神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)10/10/202330安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院30/435.5新型專家系統(tǒng)5.5.1新型專家系統(tǒng)特性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(xué)習(xí)功能引入新推理機(jī)制具有自糾錯和自完善能力

先進(jìn)智能人機(jī)接口10/10/202331安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院31/435.5.2分布式專家系統(tǒng)主要目標(biāo)：把一種專家系統(tǒng)功能經(jīng)分解后來分布到多種處理器上去并行地工作，從而在總體上提升系統(tǒng)處理效率。能夠工作在緊耦合多處理器系統(tǒng)環(huán)境中，也可工作在松耦合計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境里，因此其總體構(gòu)造在很大程度上依賴于其所在硬件環(huán)境。10/10/202332安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院32/43設(shè)計和實現(xiàn)分布式專家系統(tǒng)，需要處理問題：功能分布

把分解得到系統(tǒng)各部分功能或任務(wù)合理均衡地分派到各處理節(jié)點上去知識分布

根據(jù)功能分布情況把有關(guān)知識經(jīng)合理劃分后來分派到各處理節(jié)點上。接口設(shè)計

各部分間接口設(shè)計目標(biāo)是要達(dá)成各部分之間互相通訊和同步容易進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)造

一方面依賴于應(yīng)用環(huán)境與性質(zhì)，另一方面依賴于其所處硬件環(huán)境驅(qū)動方式

可供選擇幾個驅(qū)動方式(1)控制驅(qū)動(2)數(shù)據(jù)驅(qū)動(3)需求驅(qū)動(4)事件驅(qū)動10/10/202333安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院33/435.5.3協(xié)同式專家系統(tǒng)一般專家系統(tǒng)解題領(lǐng)域面很窄協(xié)同式多專家系統(tǒng)是克服一般專家系統(tǒng)不足一種主要途徑。協(xié)同式多專家系統(tǒng)亦可稱“群專家系統(tǒng)”10/10/202334安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院34/43設(shè)計與建立一種協(xié)同式多專家系統(tǒng)，

需要處理問題：任務(wù)分解公共知識導(dǎo)出討論方式：黑板裁決問題：如少數(shù)服從多數(shù)、加權(quán)法等驅(qū)動方式10/10/202335安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院35/435.6專家系統(tǒng)設(shè)計分為下列兩部分介紹以設(shè)計一種基于規(guī)則維修咨詢系統(tǒng)為例，說明專家系統(tǒng)設(shè)計過程。這一過程包括描述專家知識、應(yīng)用知識和解釋決策等。專家知識描述知識使用和決策解釋10/10/202336安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院36/435.6.1專家知識描述結(jié)論表達(dá)結(jié)論要求了所包括專門知識范圍觀測表達(dá)觀測是得到結(jié)論所需要觀測或量測成果推理規(guī)則表達(dá)產(chǎn)生式規(guī)則是決策規(guī)則最為常用表達(dá)形式可根據(jù)觀測和假設(shè)之間邏輯關(guān)系提成3類：1)從觀測到觀測規(guī)則（FF規(guī)則）FactFF規(guī)則要求那些可從已確定觀測直接推導(dǎo)出來觀測真值。由于通過把觀測和假設(shè)相組合能夠描述功能更強(qiáng)產(chǎn)生式規(guī)則形式。2)從觀測到假設(shè)規(guī)則（FH規(guī)則）Hypothesis在許多用于分類專家系統(tǒng)中，產(chǎn)生式規(guī)則可對產(chǎn)生式結(jié)論可信程度進(jìn)行量度。3)從假設(shè)到假設(shè)規(guī)則（HH規(guī)則）HH(從假設(shè)到假設(shè))規(guī)則用來要求假設(shè)之間推理。10/10/202337安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院37/435.6.2知識使用和決策解釋結(jié)論分級與選擇問詢問題策略固定次序根據(jù)詳細(xì)情況作出某種選擇決策解釋對系統(tǒng)設(shè)計者解釋對系統(tǒng)使用者解釋10/10/202338安徽大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院38/435.7專家系統(tǒng)開發(fā)工具專家系統(tǒng)工具是一種更高級計算機(jī)程序設(shè)計語言現(xiàn)有專家系統(tǒng)工具，主要分為:骨架型工具：知識庫以外部分；語言型工具：OPS5、CLIPS構(gòu)造輔助工具：設(shè)計輔助工具、知識獲