案例推理技術(shù)研究及其應(yīng)用

1、案例推理技術(shù)研究及其應(yīng)用【摘要】案例推理技術(shù)作為新的一種智能技術(shù),模擬人類求解問題的思路,通過歷史案例找到新問題的解。本文介紹了案例推理技術(shù)的基本原理,總結(jié)其技術(shù)特點(diǎn),并對案例推理技術(shù)的應(yīng)用研究情況做了總結(jié)。 【關(guān)鍵詞】案例推理 智能技術(shù) 案例檢索 案例推理技術(shù)是人工智能領(lǐng)域中較新崛起的一種重要的問題求解和學(xué)習(xí)方法。作為一種基于經(jīng)驗(yàn)的問題求解技術(shù),案例推理模擬人類求解問題的思路,通過修改已有的解決方案滿足求解新問題的需要。1977年Schank和 Abelson的著作可以看作是案例推理思想的萌芽1,在80年代中后期,案例推理研究得到了迅速的發(fā)展。 1 案例推理的基本原理 當(dāng)人們選擇醫(yī)生看病時,

2、他們更愿意選擇年長的,因?yàn)橐粋€有經(jīng)驗(yàn)的老醫(yī)生有更多的臨床經(jīng)驗(yàn),已經(jīng)見過和治療過許多與我們有類似疾病的病人。從本質(zhì)上講,我們考慮醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)時,更多的是根據(jù)他們曾處理過多少病例,而不是他們懂得的治療知識。案例推理與醫(yī)生看病有相似的原理,符合專家迅速、準(zhǔn)確地求解新問題的過程。 如圖1所示,案例推理一般要經(jīng)過案例檢索、案例重用、案例修正和案例存儲四個階段2。為了解決問題案例,首先需要案例庫中搜索與所給問題相似的案例,然后對檢索出來案例信息和知識進(jìn)行重用得到建議解,如果該建議解失敗或不滿意時需對其進(jìn)行修正,得到修正后的案例并將新案例存入案例庫。目前絕大多數(shù)現(xiàn)有的案例推理系統(tǒng)基本上都是案例檢索和案例重用的

3、系統(tǒng),而案例的調(diào)整通常是由案例推理系統(tǒng)的管理員來完成的。 1)案例表示 案例表示是案例推理的基礎(chǔ),案例知識一般是以結(jié)構(gòu)化的方式表示的,是對應(yīng)領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)化描述。為了進(jìn)行案例的表示,首先要選擇足以描述案例特點(diǎn)的屬性或稱特征,并決定特征的類型和取值范圍。特征的選擇方法主要有結(jié)合專家領(lǐng)域知識的方法和由系統(tǒng)自動進(jìn)行特征選擇的方法,主要技術(shù)有:歸納法,隨機(jī)爬山法、并行搜索法和分步定向搜索法等3。案例的表示方法主要有結(jié)構(gòu)表示型和特征-值對表示型。 2)案例檢索 案例檢索根據(jù)待解決問題的問題描述在案例庫中找到與該問題或情況最相似的案例。常用的案例檢索方法有最近相鄰法,歸納法,知識導(dǎo)引法和模板檢索法等。這些方法

4、可單獨(dú)或組合使用。案例的相似性匹配方法有許多種,如決策樹,粗糙集,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),證據(jù)理論,聚類分析等。 3)案例重用 如何由檢索出的匹配案例的解決方案得到新案例的解決方案,這個過程叫做案例的重用。在一些簡單的系統(tǒng)中,可以直接將檢索到的匹配案例的解決方案復(fù)制到新案例,作為新案例的解決方案。這種方法適用于推理過程復(fù)雜,但解決方案很簡單的問題。例如申請銀行貸款。在多數(shù)情況下,由于案例庫中不存在與新案例完全匹配的存貯案例,所以需要對存貯案例的解決方案進(jìn)行調(diào)整以得到新案例的解決方案。案例修正的方法主要有推導(dǎo)式調(diào)整、參數(shù)調(diào)整等。推導(dǎo)式調(diào)整指重新利用產(chǎn)生匹配案例的解決方案的算法,方法或規(guī)則來推導(dǎo)得出新案例的解決

5、方案;參數(shù)調(diào)整指將存貯案例與當(dāng)前案例的指定參數(shù)進(jìn)行比較,然后對解進(jìn)行適當(dāng)修改的結(jié)構(gòu)調(diào)整方法。此外還可以采用重新實(shí)例化、案例替換、抽象與再具體化等方法。 4)案例修正 在案例重用得不到滿意的解時,需要使用領(lǐng)域知識對不合格的解決方案進(jìn)行修正,修正后符合應(yīng)用領(lǐng)域的要求。進(jìn)行案例修正的技術(shù)包括領(lǐng)域規(guī)則、遺傳算法、約束滿足、函數(shù)規(guī)劃和基于案例的修正等方法。 5)案例庫維護(hù) 案例推理系統(tǒng)的重要特點(diǎn)之一是能夠?qū)W習(xí)。對于新問題,在進(jìn)行案例修正后,如果案例修正的結(jié)果是正確的,則需要更新案例庫。根據(jù)檢出案例與新案例的相似程度,可能需要在庫中新建一個案例;或當(dāng)所檢索到的案例與新案例非常接近時,沒有必要將此新案例完全

6、存入庫中,只需要將調(diào)整后案例的一小部分存入庫中。隨著案例庫中積累案例的增加,案例庫中包含了更多的知識,系統(tǒng)解決問題的能力也不斷增強(qiáng)。 2 案例推理技術(shù)的特點(diǎn) 基于案例的推理與基于規(guī)則的推理方法不同的是,基于規(guī)則的推理方法經(jīng)常依賴于問題領(lǐng)域中的一般性知識,或是在問題描述與結(jié)論之間建立一般性的聯(lián)系,而案例推理不需要了解問題和結(jié)論之間的內(nèi)部機(jī)理,直接利用過去經(jīng)驗(yàn)中的具體案例來解決新問題,它通過尋找與之相似的歷史案例,把它重新應(yīng)用到新問題的環(huán)境中來。另外,案例推理是一個不斷改善的學(xué)習(xí)過程,一旦解決了-個新問題,就獲得了新的經(jīng)驗(yàn),可以用來解決將來的問題。案例推理具有如下一些特點(diǎn): 1)不需要顯式表達(dá)的領(lǐng)

7、域模型,通過收集以往的案例就可以獲取知識,避開了“知識獲取瓶頸”的問題。 2)只需確定足以描述案例的主要特征,這比構(gòu)造顯式領(lǐng)域模型要容易得多,并且在案例庫不完備的情況下系統(tǒng)也能工作。 3)在有些領(lǐng)域用具體的或一般化的案例所提供的解答比通過規(guī)則推理得到的解答更令人滿意,如在法律領(lǐng)域。 4)案例推理系統(tǒng)能夠從新的案例中獲得知識(即學(xué)習(xí)),這使得系統(tǒng)維護(hù)更容易。 5)通過獲得新案例,案例推理系統(tǒng)能反映出使用者的經(jīng)驗(yàn)來。當(dāng)一個基于規(guī)則的專家系統(tǒng)在六個單位運(yùn)行了六個月之后,六個系統(tǒng)還是一樣的;如果六個相同的案例推理系統(tǒng)在不同的單位使用,六個月之后它們會成為六個不同的系統(tǒng),因?yàn)槊恳粋€系統(tǒng)都得到了不同的新案例。 3 案例推理的應(yīng)用研究情況 案例推理已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療診斷、機(jī)械設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、故障診斷、軟件工程、語言理解和法律法規(guī)等各個領(lǐng)域。Schank在耶魯大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開發(fā)了案例推理的第一個應(yīng)用系統(tǒng)?CYRUS4用于美國前國務(wù)卿Cyrus Vance的旅行及會議資料的動態(tài)記憶。CYRUS的案例組織模型后來被多個案例推理系統(tǒng)所采用,其中CHEF系統(tǒng)5基本具備了案例推理的主要環(huán)節(jié),是一個在技