1、淺談人工智能專家系統(tǒng)引言：人工智能(Artificial Intelligence),英文縮寫為Al。它是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò) 展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)的 一個(gè)分支，它企圖了解智能的實(shí)質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的能以人類智能相似的方式做出反應(yīng)的 智能機(jī)器，該領(lǐng)域的硏究包括機(jī)器人、語言識(shí)別、圖像識(shí)別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等。專家系統(tǒng)是人工智能應(yīng)用研究的一個(gè)重要領(lǐng)域。它實(shí)現(xiàn)了人工智能從理論研究走向?qū)嶋H 應(yīng)用，從一般思維方法探討轉(zhuǎn)入專門知識(shí)運(yùn)用的重大突破。專家系統(tǒng)是一個(gè)智能計(jì)算機(jī)程序 系統(tǒng)，其內(nèi)部含有大量的某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R(shí)與經(jīng)驗(yàn)，能夠利用

2、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。(參考文獻(xiàn)：1.2)摘要：專家系統(tǒng)是人工智能應(yīng)用研究的主要領(lǐng)域。專家系統(tǒng)是一個(gè)具有大量的專門知識(shí)與經(jīng)驗(yàn) 的程序系統(tǒng)，它應(yīng)用人工解能技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，根據(jù)某領(lǐng)域一個(gè)或多個(gè)專家提供的知識(shí)和 經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，以便解決那些需要人類專家處理的復(fù)雜 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)。它運(yùn)用于 醫(yī)療、軍事、地質(zhì)勘探、教學(xué)、化工等領(lǐng)域，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益?，F(xiàn)在，專 家系統(tǒng)已成為人工智能領(lǐng)域中最活躍、最受重視的領(lǐng)域。關(guān)鍵詞：人工智能，專家系統(tǒng)正文：1、什么是專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)是一種模擬

3、人類專家解決領(lǐng)域問題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。專家系統(tǒng)內(nèi)部含有大量 的某個(gè)領(lǐng)域的專家水平的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，能夠運(yùn)用人類專家的知識(shí)和解決問題的方法進(jìn)行推理 和判斷，模擬人類專家的決策過程，來解決該領(lǐng)域的復(fù)雜問題。目前，對(duì)什么是專家系統(tǒng)還沒有一個(gè)嚴(yán)格公認(rèn)的形式化定義。作為一種一般的解釋，可 以認(rèn)為專家系統(tǒng)是一種具有大量專門知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的智能程序系統(tǒng)，它能運(yùn)用領(lǐng)域?qū)＜叶嗄攴e 累的經(jīng)驗(yàn)和專門知識(shí)，模擬領(lǐng)域?qū)＜业乃季S過程，解決該領(lǐng)域小需要專家才能解決的復(fù)雜問 題。從上述解釋可以看出，專家系統(tǒng)包括以下三個(gè)方面的含義：(1) 專家系統(tǒng)是一種程序系統(tǒng)，但又具有智能，因此它不同于一般的程序系統(tǒng)，而是一 種能運(yùn)用專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)

4、進(jìn)行推理的啟發(fā)式程序系統(tǒng)。(2) 專家系統(tǒng)的智能來源于領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)、經(jīng)驗(yàn)及解決問題的訣竅。為此，專家系統(tǒng) 內(nèi)部必須包含有大量專家水平的領(lǐng)域知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，并且能夠在運(yùn)行過程中不斷的增長新知識(shí) 和修改原有知識(shí)。(3) 專家系統(tǒng)所要解決的問題一般是那些本來應(yīng)該由領(lǐng)域?qū)＜也拍芙鉀Q的問題。(參考 文獻(xiàn)：3.7.8)2、專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)通常由人機(jī)交互界面、知識(shí)庫、推理機(jī)、解釋器、綜合數(shù)據(jù)庫、知識(shí)獲取等6 個(gè)部分構(gòu)成。在其中，知識(shí)庫是專家系統(tǒng)質(zhì)量是否優(yōu)越的關(guān)鍵所在，即知識(shí)庫中知識(shí)的質(zhì)量和數(shù)量決 定著專家系統(tǒng)的質(zhì)量水平。一般來說，專家系統(tǒng)中的知識(shí)庫與專家系統(tǒng)程序是相互獨(dú)立的, 用戶可以通過改變、完善

5、知識(shí)庫中的知識(shí)內(nèi)容來提高專家系統(tǒng)的性能。人工智能中的知識(shí)表示形式有產(chǎn)生式、框架、語意網(wǎng)絡(luò)等，而在專家系統(tǒng)中運(yùn)用得較為 普遍的知識(shí)是產(chǎn)生式規(guī)則。產(chǎn)生式規(guī)則以IF-THEN的形式岀現(xiàn)，就像編程語言里的條件 語句一樣，IF后面跟的是條件（前件），THEN后面的是結(jié)論（后件），條件與結(jié)論均可以通 過邏輯運(yùn)算AND、OR、NOT進(jìn)行復(fù)合。在這里，產(chǎn)生式規(guī)則的理解非常簡(jiǎn)單：如果前提條 件得到滿足，就產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作或結(jié)論。產(chǎn)生式專家系統(tǒng)的知識(shí)庫中包含了大量的規(guī)則，換 言之，這里的知識(shí)庫就是一個(gè)規(guī)則集。推理機(jī)針對(duì)當(dāng)前問題的條件或已知信息，反復(fù)匹配知識(shí)庫中的規(guī)則，獲得新的結(jié)論，以 得到問題求解結(jié)果。在這里，推理

6、方式可以有正向和反向推理兩種。正向推理是從前件匹配 到結(jié)論，反向推理則先假設(shè)一個(gè)結(jié)論成立，看它的條件有沒有得到滿足。由此可見，推理機(jī) 就如同專家解決問題的思維方式，知識(shí)庫就是通過推理機(jī)來實(shí)現(xiàn)其價(jià)值的。人機(jī)界面是系統(tǒng)與用戶進(jìn)行交流時(shí)的界面。通過該界面，用戶輸入基本信息、回答系統(tǒng) 提出的相關(guān)問題，并輸出推理結(jié)果及相關(guān)的解釋等。綜合數(shù)據(jù)庫專門用于存儲(chǔ)推理過程中所需的原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果和最終結(jié)論，往往是作 為暫時(shí)的存儲(chǔ)區(qū)。解釋器能夠根據(jù)用戶的提間，對(duì)結(jié)論、求解過程做出說明，因而使專家系 統(tǒng)更具有人情味。知識(shí)獲取是專家系統(tǒng)知識(shí)庫是否優(yōu)越的關(guān)鍵，也是專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)的“瓶頸”問題，通過 知識(shí)獲取，可以擴(kuò)充和修

7、改知識(shí)庫中的內(nèi)容，也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)學(xué)習(xí)功能 （參考文獻(xiàn)：10）3、專家系統(tǒng)的特性（與人類專家相比）專家系統(tǒng)作為一個(gè)計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)具有如下幾個(gè)特性：（1）不受時(shí)間限制：人類專家的工作時(shí)間有限，但專家系統(tǒng)是恒久，一旦開發(fā)完成， 可隨時(shí)使用，并可二十四小時(shí)持續(xù)運(yùn)作。（2）操作成本低：人類專家稀少且昂貴，雖然專家系統(tǒng)的在起步發(fā)展時(shí)必須花一筆不 小的經(jīng)費(fèi)，但日常操作的成本比起人類專家便宜許多。因此在專家不在或經(jīng)濟(jì)上請(qǐng)專家不合 算的情況下，利用專家系統(tǒng)仍能處理與專家相等水準(zhǔn)的工作。（3）易于傳遞及復(fù)制：專家與專家知識(shí)是稀有的資源，在知識(shí)密集的工作環(huán)境下，新 進(jìn)人員需要作相當(dāng)多的訓(xùn)練，而關(guān)鍵人物的知識(shí)隨著人爭(zhēng)

8、變動(dòng)而不能儲(chǔ)存，在傳遞起來亦是 耗時(shí)費(fèi)力。但專家系統(tǒng)則不然，它能輕易地將知識(shí)傳遞或復(fù)制。（4）具有一致性：人類專家在判斷決策的結(jié)果常會(huì)因時(shí)或因人而異，而專家系統(tǒng)對(duì)于 所處理的問題則具有一致性的輸出。（5）可處理費(fèi)時(shí)及復(fù)雜的問題：由于專家系統(tǒng)具有既定的知識(shí)庫與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评沓绦颍?因此往往比人類專家還能勝任一些執(zhí)行起來較費(fèi)時(shí)、復(fù)雜度較高的工作。（6）需要龐大計(jì)算量的問題。另外，若工作的內(nèi)容重復(fù)性很高，專家系統(tǒng)尤其能比人 類專家有更佳的表現(xiàn)。（7）使用于特定領(lǐng)域：由于搜集知識(shí)庫建構(gòu)以及推理規(guī)則建構(gòu)的有一定的困難，因此 專家系統(tǒng)通常只使用于小范圍的特定知識(shí)領(lǐng)域。而當(dāng)問題的知識(shí)牽涉較廣，或是沒有一定的 處

9、理程序時(shí)，就必須靠人類專家的智慧來處理。4、專家系統(tǒng)的類型通常，專家系統(tǒng)都是針對(duì)某一應(yīng)用領(lǐng)域而建立的。不同應(yīng)用領(lǐng)域的專家系統(tǒng)，其功能、設(shè)計(jì) 方法及實(shí)現(xiàn)技術(shù)也各不同。對(duì)專家系統(tǒng)的類型，可以有多種不同的劃分方法。例如，可以按 求解問題的性質(zhì)分類，也可以按求解問題的要求分類，還可以按系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)分類等。海 葉斯羅斯（F.Heyewoth）等人按照求解問題的性質(zhì)，將專家系統(tǒng)分為以下10種類型（1）診斷型專家系統(tǒng)：根據(jù)對(duì)癥狀的觀察分析，推導(dǎo)出產(chǎn)生癥狀的原因以及排除故障 方法的一類系統(tǒng)，如醫(yī)療、機(jī)械、經(jīng)濟(jì)等（2）解釋型專家系統(tǒng)：根據(jù)表層信息解釋深層結(jié)構(gòu)或內(nèi)部情況的一類系統(tǒng)，如地質(zhì)結(jié) 構(gòu)分析、物質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)

10、分析等。（3）預(yù)測(cè)型專家系統(tǒng)：根據(jù)現(xiàn)狀預(yù)測(cè)未來情況的一類系統(tǒng)，如氣象預(yù)報(bào)、人II預(yù)測(cè)、 水文預(yù)報(bào)、經(jīng)濟(jì)形勢(shì)預(yù)測(cè)等。（4）設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)：根據(jù)給定的產(chǎn)品要求設(shè)計(jì)產(chǎn)品的一類系統(tǒng)，如建筑設(shè)計(jì)、機(jī)械 產(chǎn)品設(shè)計(jì)等。（5）決策型專家系統(tǒng)：對(duì)可行方案進(jìn)行綜合評(píng)判并優(yōu)選的一類專家系統(tǒng)。（6）規(guī)劃型專家系統(tǒng)：用于制定行動(dòng)規(guī)劃的一類專家系統(tǒng)，如自動(dòng)程序設(shè)計(jì)、軍事計(jì) 劃的制定等。（7）教學(xué)型專家系統(tǒng)：能夠輔助教學(xué)的一類專家系統(tǒng)。（8）數(shù)學(xué)專家系統(tǒng)：用于自動(dòng)求解某些數(shù)學(xué)問題的一類專家系統(tǒng)。（9）監(jiān)視型專家系統(tǒng)：對(duì)某類行為進(jìn)行監(jiān)測(cè)并在必要時(shí)候進(jìn)行干預(yù)的一類專家系統(tǒng)， 如機(jī)場(chǎng)監(jiān)視、森林監(jiān)視。（10）修理型專家系統(tǒng)：修理型

11、專家系統(tǒng)的任務(wù)是對(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。這類專家系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是同時(shí)具有診斷、調(diào)試、計(jì)劃和執(zhí)行 等功能。（參考文獻(xiàn)：.）5、專家系統(tǒng)的建立和工作（1）專家系統(tǒng)的建立專家系統(tǒng)的建立必須遵循一定的程序一步步進(jìn)行。一般來說，首先要確認(rèn)欲解決的問題 是那些，根據(jù)這些特池的需求找出相關(guān)的知識(shí)并將其概念化，并將這些概念加以組織整理成 一個(gè)有系統(tǒng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)，如此便能初步形成一個(gè)知識(shí)庫。接下來就必須訂定一些涵蓋上述知 識(shí)的規(guī)則，這其中包含了推論技術(shù)與算法的選擇、轉(zhuǎn)譯、推演等程序。必須特別注意的是, 十分強(qiáng)調(diào)經(jīng)由測(cè)試而往前回饋的循環(huán)，測(cè)試可以指岀在前面的各個(gè)階段的缺失，而在發(fā)

12、展的 過程中，需求、概念、組織結(jié)構(gòu)與規(guī)則都是常常變動(dòng)的，因此必須不斷地重新組織，并加以 精煉化。專家系統(tǒng)的開發(fā)小組通常是由一群學(xué)科領(lǐng)域?qū)＜?、程序設(shè)計(jì)師知識(shí)工程師所組成，其中 知識(shí)工程師在專家系統(tǒng)的建立中通常扮演著中樞的角色，他經(jīng)由訪問專家及其它方法，以決 定系統(tǒng)內(nèi)之決策法則與知識(shí)，并不斷測(cè)試、修正，以開發(fā)出一個(gè)有效的專家系統(tǒng)。許多專家 皆指出，撰寫專家系統(tǒng)的最困難的部分就在于知識(shí)工程的層而，包括知識(shí)取得及知識(shí)表示。 知識(shí)不但需要有知識(shí)工程的專業(yè)知識(shí)、各方面廣泛的背景知識(shí)，同時(shí)亦應(yīng)具備良好的溝通協(xié) 調(diào)能力，因此有經(jīng)驗(yàn)的知識(shí)工程師很少。（2）專家系統(tǒng)的工作流程專家系統(tǒng)的基本工作流程是，用戶通過人機(jī)

13、界面回答系統(tǒng)的提問，推理機(jī)將用戶輸入的 信息與知識(shí)庫中各個(gè)規(guī)則的條件進(jìn)行匹配，并把被匹配規(guī)則的結(jié)論存放到綜合數(shù)據(jù)庫中。最 后，專家系統(tǒng)將得出最終結(jié)論呈現(xiàn)給用戶。在這里，專家系統(tǒng)還可以通過解釋器向用戶解釋 以下問題：系統(tǒng)為什么要向用戶提出該問題（Why）,計(jì)算機(jī)是如何得出最終結(jié)論的（How）o（參考文獻(xiàn):10.11.13）6、專家系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例上邊談了很多關(guān)于專家系統(tǒng)的理論知識(shí)，未免有些抽象，下而通過介紹一個(gè)專家系統(tǒng)的 具體實(shí)例來對(duì)它達(dá)到更好的認(rèn)識(shí)。這個(gè)專家系統(tǒng)是圖書館參考服務(wù)專家系統(tǒng)，以下就它的建 立進(jìn)行說明。（以下實(shí)例來自于網(wǎng)頁.tw/ytchia

14、ng/,經(jīng)筆者分析并參考相 關(guān)資料后，刪減改動(dòng)。） 參考服務(wù)專家系統(tǒng)的建構(gòu)分為以下四個(gè)部分：（1）確立服務(wù)的范圍、流程與相關(guān)知識(shí)：建立一個(gè)參考服務(wù)專家系統(tǒng)，首要的步驟即是確立服務(wù)的范圍，列出清晰的作業(yè)步驟, 并找出相關(guān)的知識(shí)與概念，如此才能建立出精確、完整的知識(shí)庫與推論器圖書館必須確認(rèn)圖書館中那些工作是可以由專家系統(tǒng)來負(fù)責(zé)進(jìn)行的。館員必須要將問題 分為數(shù)類，如必須花費(fèi)大暈時(shí)間的問題、令人厭煩的問題、經(jīng)常重復(fù)的問題、館員較喜歡處 理的問題等。圖書館參考服務(wù)專家系統(tǒng)應(yīng)提供何程度的服務(wù)，并無一定的標(biāo)準(zhǔn)，端賴圖書館 想要使專家系統(tǒng)發(fā)揮何種效益而定。每個(gè)圖書館的服務(wù)宗旨不同，參考服務(wù)的表現(xiàn)不同，當(dāng) 然專

15、家系統(tǒng)中所包含的數(shù)據(jù)及問題的類型均有差異，不過一般來說，大致可分為三種型態(tài): 啟發(fā)式，中介式，深入式。（2）知識(shí)的萃?。褐R(shí)的粹取可取材白不同的地方，除了人類專家的知識(shí)之外，如相關(guān)的教科書、手冊(cè)、 報(bào)告、數(shù)據(jù)庫等都可以成為知識(shí)的來源。此程序通常是由知識(shí)工程師來主導(dǎo)進(jìn)行，與專家洽 談，詢問相關(guān)的問題以及解決的方式。因此，由于專家知識(shí)是專家系統(tǒng)的主要內(nèi)涵，知識(shí)工 程師必須盡可能不借持個(gè)人的知識(shí)作主觀的判斷解釋，主動(dòng)詢問或?qū)б龑＜?，并在兩者之間 形成一個(gè)良好的溝通模式，才能使知識(shí)的粹取順利進(jìn)行。（3）知識(shí)的呈現(xiàn)：知識(shí)取得后，接著是如何將知識(shí)予以結(jié)構(gòu)化。下列有幾種表示專家知識(shí)的方法：法則：法則是最常用

16、表示專家知識(shí)的方法，其標(biāo)準(zhǔn)的程序架構(gòu)為若則（If-then）,即 評(píng)估一個(gè)情況，若狀況為真，則采取行動(dòng)。參考服務(wù)可以藉由擬訂一些法則來解決一些推論 性問題，舉例如下：專家系統(tǒng)內(nèi)法則的數(shù)量與程度比傳統(tǒng)程序多上許多，而傳統(tǒng)程序大概僅有50條到100 條法則，而專家系統(tǒng)常具備數(shù)百至數(shù)千條法則。法則可以依據(jù)個(gè)別的需求將其作不同的的定 義，因此提供相文件大的彈性，可以用來處理的不確定狀況?？蚣埽褐R(shí)框架是組織知識(shí)的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，運(yùn)用對(duì)象導(dǎo)向的方式涵蓋特定對(duì)象的所有 知識(shí)。每一個(gè)特定的對(duì)象都包含了一個(gè)以上的屬性，稱為Slots,而每個(gè)性又有一至多個(gè)屬 性值，或事些設(shè)定的合理的范圍，稱為Facets。舉例來

17、說，我們可以將每個(gè)書給予一個(gè)框架：語意網(wǎng)絡(luò)：語意網(wǎng)絡(luò)是由由多個(gè)代表概念的點(diǎn)（Nodes）及連接點(diǎn)與點(diǎn)之間的?。ˋrcs）所組 成的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。如圖三所示，我們可以透過它將書藉與其它相關(guān)要素之間相互連結(jié)的關(guān)系圖 架構(gòu)起來。（4）系統(tǒng)的發(fā)展要素：系統(tǒng)的發(fā)展要索不外乎發(fā)展工具與人員的運(yùn)用兩方面。首先解釋該系統(tǒng)的發(fā)展工具：在 發(fā)展參考服務(wù)專家系統(tǒng)時(shí)，最好先建立一個(gè)雛型化的系統(tǒng)，測(cè)試建立系統(tǒng)的不同方式，以發(fā) 現(xiàn)最好的解決方案。專家系統(tǒng)一般可利用程序語言或?qū)＜蚁到?gòu)工具來加以開發(fā)；其次解釋 人員的運(yùn)用：圖書館在開發(fā)參考服務(wù)專家系統(tǒng)時(shí)，雖然大部分建構(gòu)工作的技術(shù)部分主要是由 知識(shí)工程師與程序設(shè)計(jì)師完成的，但館員

18、在整個(gè)過程中亦是舉足輕重的，必須參與整個(gè)開發(fā) 的作業(yè)，以使建構(gòu)出來的系統(tǒng)確能符合所需。館員可以依其能力，及與其它專家合作的程度， 適時(shí)地扮演這些角色：作為信息資源的專家，作為協(xié)調(diào)者，作為信息中介者，作為知識(shí)的工 程師,進(jìn)行使用研究,進(jìn)行與外部資源的連結(jié)等等。（參考文獻(xiàn)：3）7、專家系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展前景專家系統(tǒng)運(yùn)用于醫(yī)療、軍事、地質(zhì)勘探、教學(xué)、化工等領(lǐng)域，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和 社會(huì)效益。但與此同時(shí)，專家系統(tǒng)在開發(fā)使用中也存在著一下缺點(diǎn)：（1）知識(shí)獲取的“瓶頸”。（2）另一種知識(shí)獲取的困難就是多個(gè)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)之間相互才盾的處理。（3）知識(shí)“窄臺(tái)階”。（4）推理能力弱。（5）智能水平低。以上種種都是專家系統(tǒng)發(fā)展中存在著的一些限制，在未來的年代中，許多今日專家系統(tǒng) 缺失將會(huì)被改善，相信未來專家系統(tǒng)應(yīng)該繼續(xù)研究的項(xiàng)目有:具有處理