第九章專家系統(tǒng)開發(fā)與實例

1、2021-12-9北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系1第九章 專家系統(tǒng)開發(fā)與實例杜暉2021-12-9北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系2內(nèi)容n專家系統(tǒng)開發(fā)過程n專家系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)n專家系統(tǒng)開發(fā)工具CLIPS(C Language Integrated Production System)n專家系統(tǒng)開發(fā)實例n習(xí)題2021-12-9北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系3專家系統(tǒng)開發(fā)過程（1）n專家系統(tǒng)由專家和知識工程師共同研制而成n專家是實際領(lǐng)域經(jīng)驗豐富的人，可以不懂計算機n知識工程師是懂計算機和專家系統(tǒng)原理，并具有編程能力的人2021-12-9北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系4專家系統(tǒng)開發(fā)過程（

2、2）專家系統(tǒng)開發(fā)過程（3）n在知識工程師的引導(dǎo)和啟發(fā)下，專家提供解決實際問題的知識和經(jīng)驗（分析）n知識工程師根據(jù)對專家知識以及專家系統(tǒng)的理解設(shè)計知識庫、推理機等模塊（設(shè)計）n知識工程師利用知識工程語言編制知識庫、推理機等模塊程序，并將模塊程序集成為專家系統(tǒng)（實現(xiàn)）2021-12-9北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系6專家系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)（1）n編程語言n基本方法n知識獲取工具n幫助和加快知識獲取n專家系統(tǒng)開發(fā)工具n專門用于開發(fā)專家系統(tǒng)的軟件2021-12-9北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系7專家系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)（2）n編程語言nLISP（LISt Processing，1960）和PROLOG（PR

3、Ogramming in LOGic 1972）n優(yōu)點：專為人工智能設(shè)計，具有搜索和匹配，回溯，以及解釋說明功能n缺點：數(shù)值計算和圖形功能相對較弱2021-12-9北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系8專家系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)（3）n知識獲取工具n基于知識編輯的知識獲取工具nMicrosoft Wordn基于知識庫修改的知識獲取工具nCLIPS系統(tǒng)提供的編輯器，不但提供了知識編輯功能，而且，通過應(yīng)用程序的載入，可以修改專家系統(tǒng)的知識庫n數(shù)據(jù)開采程序不但能夠自動獲得知識，而且還可以將所獲得的知識加入到專家系統(tǒng)的知識庫中2021-12-9北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系9專家系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)（4）n專家系統(tǒng)開

4、發(fā)工具n結(jié)構(gòu)2021-12-9北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系10專家系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)（5）n開發(fā)環(huán)境由知識編輯、編譯模塊，知識庫查詢、維護模塊，以及事實庫查詢、維護模塊組成n運行環(huán)境由推理機，解釋機制，以及人機交互模塊組成n知識庫和事實庫都有一定的格式要求，知識和事實由開發(fā)環(huán)境輸入，給運行系統(tǒng)使用2021-12-9北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系11專家系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)（6）n專家系統(tǒng)開發(fā)工具的特點n由開發(fā)環(huán)境和運行環(huán)境組成n開發(fā)環(huán)境用于建立知識庫，事實庫，并修改、查詢知識庫和事實庫n對指定知識表示形式的推理機和解釋機制預(yù)先做好n運行環(huán)境的目的在于支持實際系統(tǒng)的運行n提供一套用于開發(fā)專家系統(tǒng)的語

5、言n知識表示語言：完成外部知識到內(nèi)部知識的轉(zhuǎn)換n工具操作語言：使用工具中的開發(fā)環(huán)境，實現(xiàn)運行環(huán)境中的功能n常用專家系統(tǒng)開發(fā)工具nM.1，VP-EXPERT，CLIPS等2021-12-9北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系12專家系統(tǒng)開發(fā)工具CLIPS（1）nCLIPS是由美國國家航天局約翰遜空間中心人工智能部在1985年推出的專家系統(tǒng)開發(fā)工具，其特點包括：n可用于管理、工業(yè)、商業(yè)、文教等各種領(lǐng)域的專家系統(tǒng)開發(fā)n適用于各種型號的計算機，從IBM PC及其兼容機到VAX、HP、SUN、MACINTOSH直到CRAYn用C語言寫成，運行速度快n具有不確定性推理能力n只支持產(chǎn)生式規(guī)則的正向推理n免費使

6、用2021-12-9北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系13專家系統(tǒng)開發(fā)工具CLIPS（2）nCLIPS語言符號n知識表示的基本單位是字段n常量字段n字：以英文字母為首字符的一串字符，如word, father-ofn字符串：以雙引號開始和結(jié)束，其間可以有任意個字，如：”word”，”father-of”n數(shù)：包括整型和實數(shù)型兩種n變量字段n形式為 ?name，name為變量名，用一個字表示2021-12-9北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系14專家系統(tǒng)開發(fā)工具CLIPS（3）n事實n由配對的左、右括號括住的一個或多個字段組成，如(cost 78 dollars)，(name “John Doe

7、”)n加入事實用assert命令，格式為：(assert )，如(assert (emergency fire)n顯示事實用facts命令，格式為(facts)n撤消事實用retract命令，格式為(retract )，如(retract 0)2021-12-9北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系15專家系統(tǒng)開發(fā)工具CLIPS（4）n規(guī)則n定義規(guī)則用defrule命令，格式為：（defrule = ) 如(defrule fire-emergency An example rule (emergency fire) = (assert (action activate-sprinkler-sys

8、tem)n顯示規(guī)則用rules命令，格式為(rules)2021-12-9北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系16專家系統(tǒng)開發(fā)工具CLIPS（15）n使用變量n在前提中約束一個值，然后斷言結(jié)論中的約束變量，如：n(defrule grandfather (is-a-grandfather ?name) = (assert( is-a-man ?name)n運行(assert(is-a-grandfather jack)n撤消事實，如：n(defrule modify-grandfather-fact ?old-fact (retract ?old-fact)2021-12-9北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理

9、學(xué)院信息管理系17專家系統(tǒng)開發(fā)工具CLIPS（16）n字段通配符n單字段通配符?，如：n(defrule find-brown-haired-people (person ?name ? brown) = (printout t ?name has brown hair crlf)n運行(assert(person John brown black) (assert(person Jill blue blond) (assert(person Jack green brown) (assert(person Jane brown brown) (assert(person Fred green

10、 red)2021-12-9北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系18專家系統(tǒng)開發(fā)工具CLIPS（17）n特權(quán)（salience）n設(shè)計規(guī)則的優(yōu)先級別n取值從-10000到10000，未指定特權(quán)的規(guī)則默認為0n例如：n(defrule fire-second (declare (salience -30) (priority) = (printout t Print second crlf) (defrule fire-first (priority)=(printout t Print first crlf)n運行(assert(priority)2021-12-9北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管

11、理系19專家系統(tǒng)開發(fā)工具CLIPS（18）n輸入數(shù)據(jù)（read）n(defrule player-select (phase choose-player) = (printout t who moves first (computer: c human:h)?) (assert(player-select =(read)n運行(assert(phase choose-player)2021-12-9北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系20專家系統(tǒng)開發(fā)工具CLIPS（19）n其它常用命令n(load)：從文件載入規(guī)則n(reset)：事實庫復(fù)位n(run)：啟動規(guī)則的執(zhí)行n(clear)：清除知識

12、和事實n(halt)：暫停規(guī)則執(zhí)行n(step)：一步步執(zhí)行n(exit)：退出CLIPS專家系統(tǒng)開發(fā)實例n爐灶維修專家系統(tǒng)n麥粒腫診斷專家系統(tǒng)2021-12-9北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系212021-12-9北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系22爐灶維修專家系統(tǒng)n問題描述nStove.clpn系統(tǒng)運行演示麥粒腫診斷專家系統(tǒng)（1）n根據(jù)以下產(chǎn)生式規(guī)則開發(fā)麥粒腫診斷專家系統(tǒng)：nR1：毛囊皮根微紅腫輕型nR2：鼻塞流涕外感風(fēng)熱nR3：舌苔薄黃胃納差胃腸積熱nR4：眼瞼局部明顯紅腫重型nR5：眼瞼局部紅腫頂尖有膿點重型nR6：膿點破潰晚期nR7：輕型外感風(fēng)熱輕風(fēng)熱型nR8：重型外感風(fēng)熱重風(fēng)熱型2021-12-9北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系23麥粒腫診斷專家系統(tǒng)（2）nR9：重型胃腸積熱重積熱型nR10：輕型散瘌法nR11：晚期外敷藥物nR12：輕風(fēng)熱型散瘌加罐nR13：重風(fēng)熱型挑瘌加罐nR14：重積熱型放血法n根據(jù)規(guī)則畫出推理樹n首先對所有癥狀進行提問，收集“yes”或“no”的回答2021-12-9北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系24麥粒腫診斷專家系統(tǒng)（3）2021-12-9北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系25麥粒腫診斷專家系統(tǒng)（4）n根據(jù)給出的規(guī)則進行正向推理，推出治療方法，程序結(jié)束；沒有推出治療方法，提示沒有相應(yīng)規(guī)則或癥狀輸入有誤，