人工智能專家系統(tǒng)

1、專家系統(tǒng)概論1專家系統(tǒng)的概念2 專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的開發(fā)、專喚的概念1 什么是專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)是一個(gè)具有大量的專門知識與 經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng)，它應(yīng)用人工智能技術(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，簡而言之，專家系統(tǒng)是 _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)。專家系統(tǒng)的概念2 專家系統(tǒng)與一般應(yīng)用程序的區(qū)別前者把問題求解的知識隱含地編入程序,而后者則把其應(yīng)用領(lǐng)域的問題求解知識單獨(dú) 組成一個(gè)實(shí)體，即為知識庫。知識庫的處理是通過與知識庫分開的控制策略進(jìn)行的。更 明確地說，一般應(yīng)用程序把

2、知識組織為兩級:數(shù)據(jù)級和程序級；大多數(shù)專家系統(tǒng)則將知識 組織成三級；數(shù)據(jù)、知識庫和控制。專家系統(tǒng)的概念3 專家系統(tǒng)的類型對專家系統(tǒng)可以按不同的方法分類。通常，可以按應(yīng)用領(lǐng)域、知識表示方法、控制 策略、任務(wù)類型等分類。如按任務(wù)類型來劃 分，常見的有解釋型、預(yù)測型、診斷型、調(diào) 試型、維護(hù)型、規(guī)劃型、設(shè)計(jì)型、監(jiān)督型、 控制型、教育型等。專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1 專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)!專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 如圖所示，其中箭頭方向 為數(shù)據(jù)流動的方向。專家 系統(tǒng)通常宙人機(jī)交互界面、 知識庫、俺機(jī)、解釋器、 綜合數(shù)據(jù)庫、知禎魄等 6個(gè)部分構(gòu)成。1裁乘缶I皀當(dāng)心基本結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的主要部分是知識庫和推理引擎。根據(jù)到目前為止

3、討論的推理系統(tǒng)，知識庫由 謂詞演算事實(shí)和有關(guān)討論主題的規(guī)則構(gòu)成。推理引擎由所有操縱知識庫來演繹用戶要求的信息的過程構(gòu)成如消解、前向鏈或反向鏈。用戶接口可能包括某種自然語言處理 系統(tǒng)，它允許用戶用一個(gè)有限的自然語言形 式與系統(tǒng)交互。也可是用帶有菜單的圖形接 口界面。解釋子系統(tǒng)分析被系統(tǒng)執(zhí)行的推理 結(jié)構(gòu)，并把它解釋給用戶。專條系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中，這四個(gè)部分構(gòu)成了一個(gè)系 統(tǒng).在一個(gè)專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，一個(gè)知識工程師 （經(jīng)常是一個(gè)訓(xùn)練過的AI計(jì)算機(jī)科學(xué)家）與應(yīng) 用領(lǐng)域的一個(gè)專家（或幾個(gè)專家）共同工作以 便把專家的相關(guān)知識表示成一種形式,以使它 能被輸入到知識庫.這個(gè)過程經(jīng)常由一個(gè)知識 采集子系統(tǒng)協(xié)

4、助。和其他情況一樣，這個(gè)子 系統(tǒng)檢查正在增長的知識庫的可能不一致和 不完備信息，然后將它們表示給專家以做出決定。專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)2 專家系統(tǒng)的工作原理及一般工作過程專家系統(tǒng)的基本工作流程是，用戶通過人機(jī)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） ?領(lǐng)域?qū)＜一蛑R工程師通過專門的軟件工具，或編程實(shí)現(xiàn) 專家系統(tǒng)中知識的獲取，不斷地充實(shí)和完善知識庫

5、中的知識。專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的工作過程是根據(jù)知識庫中的知識和用戶提供的事實(shí)推理，不斷地由已知的前提推出未知的結(jié)論，并把這些未知的結(jié) 論納入工作存儲空間，作為己知的新事實(shí)繼續(xù)推理，從而把求解的問題由未知狀態(tài)轉(zhuǎn)換為已知狀態(tài)?？梢姡瑢＜蚁到y(tǒng)的工作過程是 專家工作過程的一種機(jī)器模擬o專家系統(tǒng)的開發(fā)1 專家系統(tǒng)的開發(fā)條件基礎(chǔ)知識型數(shù)據(jù)庫的建立 專家系統(tǒng)的核心是知識。面向基層農(nóng)戶和農(nóng)技人員，MVPES將描述型知識。 數(shù)據(jù)型知識。 規(guī)則型知識。蔬菜栽培的領(lǐng)域知識用如下幾種類型來表示 和組織：(1)(2)(3)1 專家系統(tǒng)的開發(fā)條件計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的推理技術(shù)推理是在建立知識庫、規(guī)則庫、數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，從用戶

6、提供的已有事實(shí)，推出新 的結(jié)果。采南產(chǎn)生式推理方式。多條規(guī)則之間一般都有聯(lián)系，即其中某條規(guī)則的前提是另一 條規(guī)則的結(jié)論?？梢园茨嫦蛲评淼乃枷氚淹?理前提與推理目標(biāo)之間的一系列規(guī)則展開為 一棵樹型的結(jié)構(gòu)，形成知識樹或推理樹。2專家系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)思想與基本設(shè)計(jì)原則(1) 設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，首先集中精力研究一 小部分假設(shè)，以及下述的觀測或觀察，也就 是說，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)時(shí)，先不要考慮那些不十分確定的事物。使用一部分結(jié)論，只取 那些確實(shí)可信的觀察和肯定的規(guī)則。(2) 挑選那些最有利于區(qū)別各個(gè)假設(shè)的 觀測。也就是說，應(yīng)用這些觀測可以把各種 假設(shè)完全區(qū)分開來。2專家系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)思想與基本設(shè)計(jì)原則(3) 在許多

7、情況下，為得到許多所需的 結(jié)論，可以有許多方式來組合觀測。在決定 規(guī)則時(shí)，首先從確認(rèn)或區(qū)分各種假設(shè)所需的 數(shù)量最少的觀測組合開始。(4) 把那些并不具有很強(qiáng)的預(yù)測或區(qū)別 能力的觀測組合起來，以便通過觀測或結(jié)論 之間的依賴關(guān)系來改善這些觀測的區(qū)別能力。*2 專家系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)思想與基本設(shè)計(jì)原則(5) 建立中間假設(shè)。引入中間假設(shè)的目 的是為了減少規(guī)則數(shù)量和簡化推理過程。例 如，由觀測的組合可以產(chǎn)生中間假設(shè)組合H1、 H2和H3。利用這些中間假設(shè)的組合合取 (H1aH2a H3)可以減少產(chǎn)生式規(guī)則組合的增長率。同時(shí)，還可以采取以下的做法：先 獨(dú)立地確定中間假設(shè)H,然后在進(jìn)一步的推理中，利用H的肯定或

8、否定，而不是始終以事實(shí)來推理。2 專家系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)思想與基本設(shè)計(jì)原則(6) 以各種事例來試驗(yàn)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。 研究那些產(chǎn)生不準(zhǔn)確結(jié)論的事例，并且確定 系統(tǒng)可以做些什么修改以校正錯(cuò)誤。修改系 統(tǒng)后要檢驗(yàn)系統(tǒng)對這些事例產(chǎn)生的結(jié)果以及系統(tǒng)的這些修改對其它事例的影響o專家系統(tǒng)的開發(fā)2 專家系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)思想與基本設(shè)計(jì)原則各類專家系統(tǒng)之間具有一些共同的問題。 對于一些任務(wù)相似的專家系統(tǒng)，由于問題特 征不同而具有不同的求解方法；而另一些任 務(wù)不同的專家系統(tǒng)，由于問題性質(zhì)相近而具 有類似的求解方法。顯然，從問題的一般特 征出發(fā)來考慮建立模型的方法，能夠更易于 抓住問題的本質(zhì)。3 專家系統(tǒng)的開發(fā)工具目前國外出

9、現(xiàn)了許多專用的專家系統(tǒng)工具，開發(fā)某領(lǐng)域的專家系統(tǒng)基本上是運(yùn)用開 發(fā)工具來實(shí)現(xiàn)的，如JL986Hal. Lemmon 等人開發(fā)的Comax棉花生產(chǎn)管理專家系統(tǒng)。我國也出現(xiàn)不少專家系統(tǒng)工具，如“天馬”專家系統(tǒng)開發(fā)工具、ASCS農(nóng)業(yè)專家咨 詢系統(tǒng)開發(fā)平臺、國家863計(jì)劃研究成果”農(nóng) 業(yè)專家系統(tǒng)開發(fā)平臺（PAID： Platform for Agricultural Intelligencesystem Development）等。3 專家系統(tǒng)的開發(fā)工具現(xiàn)有的專家系統(tǒng)工具，主要分為骨架型 工具（又稱外殼）、語言型工具、構(gòu)造輔助工 具和支撐環(huán)境等4類。、專家系統(tǒng)的開發(fā)3專家系統(tǒng)的開發(fā)工具1）骨架型開發(fā)工

10、具專家系統(tǒng)一般都有推理機(jī)和知識庫兩部分，而規(guī) 則集存于知識庫內(nèi)。在一個(gè)理想的專家系統(tǒng)中，推理 機(jī)完全獨(dú)立于求解問題領(lǐng)域。系統(tǒng)功能上的完善或改 變，只依賴于規(guī)則集的完善和改變。由此，借用以前 開發(fā)好的專家系統(tǒng)，將描述領(lǐng)域知識的規(guī)則從原系統(tǒng) 中“挖掉”,只保留其獨(dú)立于問題領(lǐng)域知識的推理機(jī) 部分，這樣形成的工具稱為骨架型工具。這類工具因 其控制策略是預(yù)先給定的，使用起來很方便，用戶只 須將具體領(lǐng)域的知識明確地表示成為一些規(guī)則就可以To專家系統(tǒng)的開發(fā)3專家系統(tǒng)的開發(fā)工具2）語言型開發(fā)工具語言型工具提供給用戶的是建立專家系統(tǒng)所需要 的基本機(jī)制，其控制策略也不固定于一種或幾種形式, 用戶可以通過一定手段來

11、影響其控制策略。因此，語 言型工具的結(jié)構(gòu)變化范圍廣泛，表示靈活，所適應(yīng)的 范圍要比骨架型工具廣泛得多。專家系統(tǒng)的開發(fā)3專家系統(tǒng)的開發(fā)工具3）構(gòu)造輔助工具系統(tǒng)構(gòu)造輔助工具由一些程序模塊組成，有些程 序能幫助獲得和表達(dá)領(lǐng)域?qū)＜业闹R，有些程序能幫 助設(shè)計(jì)正在構(gòu)造的專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。它主要分兩類， 一種是設(shè)計(jì)輔助工具，另一種是知識獲取輔助工具。%3專家系統(tǒng)的開發(fā)工具4）支撐環(huán)境支撐設(shè)施是指幫助進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的工具，它常被 作為知識工程語言的一部分。工具支撐環(huán)境僅是一個(gè) 附帶的軟件包，以便使用戶界面更友好。它包括四個(gè) 典型組件：調(diào)試輔助工具、輸入輸出設(shè)施、解釋設(shè)施和知識庫編輯器。%專家系統(tǒng)的開發(fā)3 專家系

12、統(tǒng)的開發(fā)步驟(1)設(shè)計(jì)初始知識庫。知識庫的設(shè)計(jì)是 建立專家系統(tǒng)最重要和最艱巨的任務(wù)。初始 知識庫的設(shè)計(jì)包括：(a) 問題知識化，即辨別所研究問題 的實(shí)質(zhì)，如要解決的任務(wù)是什么，它是如何 定義的，可否把它分解為子問題或子任務(wù)， 它包含哪些典型數(shù)據(jù)等。知識概念化，即概括知識表示所 需要的關(guān)鍵概念及其關(guān)系，如數(shù)據(jù)類型、已， 知條件(狀態(tài))和目標(biāo)(狀態(tài))、提出的假設(shè)以 及控制策略等。%3 專家系統(tǒng)的開發(fā)步驟(1)設(shè)計(jì)初始知識庫。知識庫的設(shè)計(jì)是 建立專家系統(tǒng)最重要和最艱巨的任務(wù)。初始 知識庫的設(shè)計(jì)包括：概念形式化，即確定用來組織知 識的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)用人工智能中各種知 識表示方法把與概念化過程有關(guān)的關(guān)鍵概念 、子問題及信息流特性等變換為比較正式的 表達(dá)，它包括假設(shè)空間、過程模型和數(shù)據(jù)特 性等。、專家系統(tǒng)的開發(fā)3 專家系統(tǒng)的開發(fā)步驟(1)設(shè)計(jì)初始知識庫。知識庫的設(shè)計(jì)是建立專家系統(tǒng)最重要和最艱巨的任務(wù)。初始 知識庫的設(shè)計(jì)包括:(b) 形式規(guī)則化，即編制規(guī)則、把形 式化了的知識變換為由編程語言表示的可供 計(jì)算機(jī)執(zhí)行的語句和程序。(c) 規(guī)則合法化，即確認(rèn)規(guī)則化了知 識的合理性，檢驗(yàn)規(guī)則的有效性。專家系統(tǒng)的開發(fā)3 專家系統(tǒng)