《人工智能》教學(xué)講座④：機(jī)器專家

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上人工智能教學(xué)講座機(jī)器專家1965年研制出判斷物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的第一個(gè)專家系統(tǒng)（DENDRAL）后，使得人工智能的研究，從以推理算法為主，轉(zhuǎn)變?yōu)橐灾R(shí)為主。一、基本概念每一個(gè)人，都可以利用自己的推理能力，解決一些簡(jiǎn)單的問(wèn)題。但是，當(dāng)遇到一些比較復(fù)雜的問(wèn)題時(shí)，可能就會(huì)束手無(wú)策了。此時(shí)，就需要咨詢專業(yè)領(lǐng)域里的專家了。不同領(lǐng)域里的專家，都會(huì)各自積累了許多豐富的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)，并具備了解決問(wèn)題時(shí)，獨(dú)到思維方式。專家系統(tǒng)如果能夠利用人工智能技術(shù)，讓計(jì)算機(jī)像人類專家一樣地思考問(wèn)題，來(lái)給人們排憂解難，可以滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的美好生活需要。人工智能的專家系統(tǒng)，就可以幫助人們，來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)美好的愿望

2、。思考問(wèn)題1：請(qǐng)根據(jù)事物特征的描述，推理出所描述的是什么事物？感受人類推理的過(guò)程。判斷動(dòng)物：這是脊椎動(dòng)物。生活在四川、陜西和甘肅等地。善于爬樹(shù)、嬉戲。幾乎完全靠吃竹子為生黑白相間的外表。這個(gè)動(dòng)物，是 。專家系統(tǒng)（Expert System)是指從某些領(lǐng)域里，獲得大量的專家知識(shí)和推理方法，用來(lái)求解復(fù)雜問(wèn)題的一種人工智能計(jì)算機(jī)程序。專家系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)專家系統(tǒng)應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，解決問(wèn)題的能力也越來(lái)越強(qiáng)。專家系統(tǒng)具有優(yōu)勢(shì)，如：準(zhǔn)確、高效、周到、快捷，不知疲倦地進(jìn)行工作。解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，不受周圍環(huán)境的影響。不受時(shí)空限制的專長(zhǎng)，有利于推廣專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。匯集、集成多領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)，協(xié)作解決問(wèn)題。應(yīng)用領(lǐng)域

3、專家系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展非常迅速。專家系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域已擴(kuò)展到數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、地質(zhì)、氣象、農(nóng)業(yè)、法律、教育、交通、藝術(shù)以及計(jì)算機(jī)學(xué)科，產(chǎn)生了極大的社會(huì)效益。同時(shí)，也促進(jìn)了人工智能本身的理論、技術(shù)的發(fā)展?；顒?dòng)體驗(yàn)1： 請(qǐng)?jiān)诰W(wǎng)上，輸入“專家系統(tǒng)”詞語(yǔ)，搜索一些領(lǐng)域的專家系統(tǒng)。并嘗試體驗(yàn)一下專家系統(tǒng)。二、工作原理基本結(jié)構(gòu)專家的能力有2個(gè)方面：具有大量的專業(yè)知識(shí)。根據(jù)具體問(wèn)題，靈活運(yùn)用知識(shí)，推理得到答案。人工智能的專家系統(tǒng)，則用“知識(shí)庫(kù)”來(lái)存放專家的知識(shí)，用“推理機(jī)”來(lái)模擬專家思維的過(guò)程，如圖：基本結(jié)構(gòu) 專家系統(tǒng)以邏輯推理為手段，以知識(shí)為中心解決問(wèn)題的。核心是“知識(shí)庫(kù)”和“推理機(jī)”。工作過(guò)程：根據(jù)知識(shí)、

4、事實(shí)，進(jìn)行推理。不斷地由已知的前提，推出中間結(jié)果，并將中間結(jié)果放到數(shù)據(jù)庫(kù)中，作為已知事實(shí)進(jìn)行推理，直到獲得最終結(jié)果。產(chǎn)生式規(guī)則產(chǎn)生式規(guī)則模擬人類求解問(wèn)題的思維方式，來(lái)表達(dá)專家領(lǐng)域里的啟發(fā)式知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。是用來(lái)描述事物之間因果關(guān)系的。產(chǎn)生式規(guī)則，通常是用“IF（如果）”和邏輯運(yùn)算符AND（與）、OR（或）、NOT（非）以及“THEN（然后）”組成的表達(dá)式。產(chǎn)生式：IF THEN 其中： P：產(chǎn)生式的前提、條件、前件。Q：產(chǎn)生式的結(jié)論、操作、后件。當(dāng)P被滿足時(shí)，應(yīng)該得出Q的結(jié)論，或者是應(yīng)該執(zhí)行的操作。思考問(wèn)題2： 推理關(guān)系：如果是動(dòng)物，并且吃肉，那么是食肉動(dòng)物。 產(chǎn)生式：IF 動(dòng)物 AND 吃肉

5、 THEN 食肉動(dòng)物思考問(wèn)題3： 請(qǐng)寫(xiě)出下列推理關(guān)系的產(chǎn)生式。推理關(guān)系：如果是三角形，并且三條邊相等，那么是等邊三角形。產(chǎn)生式：IF AND THEN 。三、開(kāi)發(fā)專家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)專家系統(tǒng)采用的手段，有2種：程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。專家系統(tǒng)工具。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言目前，開(kāi)發(fā)專家系統(tǒng)比較常用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，有3類：函數(shù)型語(yǔ)言。邏輯型語(yǔ)言。面向?qū)ο笳Z(yǔ)言。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，來(lái)開(kāi)發(fā)專家系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：比較靈活、針對(duì)性強(qiáng)。缺點(diǎn)是：一切工作都要從頭做起，工作量很大。專家系統(tǒng)工具目前，開(kāi)發(fā)專家系統(tǒng)常用的專家系統(tǒng)工具，分為2種：專家系統(tǒng)外殼。專家系統(tǒng)通用工具。專家系統(tǒng)工具外殼專家系統(tǒng)外殼（骨架系統(tǒng)）是將比較成熟的、具體的專

6、家系統(tǒng)，抽去具體的知識(shí)，只剩下的外殼、骨架結(jié)構(gòu)的部分。既保留了體系的結(jié)構(gòu)、功能，又把專用領(lǐng)域的界面，改成為了通用領(lǐng)域的界面。利用專家系統(tǒng)外殼作為開(kāi)發(fā)工具，只要將新的領(lǐng)域知識(shí)，填充到專家系統(tǒng)外殼中去，就可以生成新的專家系統(tǒng)。采用外殼建造專家系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：可以大大減少系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的工作量。而缺點(diǎn)是：只適用于建造與外殼類似的專家系統(tǒng)，局限性大，靈活性也差。所以，用外殼來(lái)建造專家系統(tǒng)的關(guān)鍵是：選擇合適的外殼。通用工具專家系統(tǒng)通用工具是不依賴于任何已有的專家系統(tǒng)，不針對(duì)任何具體領(lǐng)域的。專家系統(tǒng)通用工具與專家系統(tǒng)的外殼相比，具有更大的靈活性和通用性。但是，同時(shí)也增加了使用難度。 （通用的專家系統(tǒng)工具，也有許多

7、種，如：OPS-5、PROLOG、UNITS、RLL、ROSIE等。）活動(dòng)體驗(yàn)2： 如果是對(duì)各種水果，進(jìn)行特征抽取、合理分類?？梢允褂脤＜蚁到y(tǒng)外殼“InterModeller”，來(lái)開(kāi)發(fā)一個(gè)簡(jiǎn)單的“水果識(shí)別”專家系統(tǒng)。雙擊“InterModeller.exe”文件圖標(biāo)，打開(kāi)“InterModeller”窗口。圖1 單擊“文件”“新建”，選擇“順序規(guī)則”單擊菜單欄中的“文件”“新建”命令項(xiàng)，彈出的“建立一個(gè)新InterModeller模型”對(duì)話框，如圖1。單選最下面的一項(xiàng)“順序規(guī)則”后，單擊“新模型”按鈕確定，又如圖1。單擊菜單欄中的“模型”命令項(xiàng)后，會(huì)看到在彈出的下拉菜單中，系統(tǒng)默認(rèn)建立“順序規(guī)

8、則1”的選項(xiàng)，如圖2。圖2 單擊“模型”“規(guī)則編輯器”單擊選擇下拉菜單中的“規(guī)則編輯器”命令項(xiàng)，系統(tǒng)彈出“規(guī)則編輯器”對(duì)話框，如圖3。圖3 規(guī)則編輯器輸入“顏色、形狀、”，相關(guān)的規(guī)則內(nèi)容，并選擇對(duì)應(yīng)的“AND、AND、THEN”邏輯運(yùn)算符，如圖4。圖4 輸入“顏色、形狀”單擊“粘貼”按鈕，把輸入規(guī)則內(nèi)容粘貼到“順序規(guī)則1”窗口，如圖5。圖5 粘貼到“順序規(guī)則1”窗口先關(guān)閉“規(guī)則編輯器”對(duì)話框后，再單擊菜單欄中的“模型”“運(yùn)行”命令項(xiàng)，如圖6。圖6 單擊“模型”“運(yùn)行” 運(yùn)行顯示“InterModeller咨詢”對(duì)話框，如圖7。圖7 InterModeller咨詢模型一旦建立，就可以像小型專家系

9、統(tǒng)一樣運(yùn)行，完成交互式分類。探究學(xué)習(xí)： 按照上述方法，可以建立各種分類導(dǎo)向的主題模型，如：“識(shí)別熊貓、食肉動(dòng)物、植物識(shí)別”等。知識(shí)拓展1：專家系統(tǒng)的分類專家系統(tǒng)的分類方法很多，根據(jù)用途不同，可以將專家系統(tǒng)歸為幾大類：解釋型。用語(yǔ)言分析符號(hào)數(shù)據(jù)，進(jìn)而闡明這些數(shù)據(jù)的實(shí)際意義。預(yù)測(cè)型。根據(jù)對(duì)象的過(guò)去和現(xiàn)在情況，來(lái)推斷對(duì)象的未來(lái)演變結(jié)果。診斷型。根據(jù)輸入的信息，來(lái)找出對(duì)象的故障和缺陷。調(diào)試型。給出已確定故障的排除方案。維修型。指定并實(shí)施，糾正某類故障的規(guī)劃。規(guī)劃型。根據(jù)給定目標(biāo)，擬訂行動(dòng)計(jì)劃。設(shè)計(jì)型。根據(jù)給定要求，形成所需方案和圖樣。監(jiān)護(hù)型。完成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)任務(wù)?？刂菩?。完成實(shí)時(shí)控制任務(wù)。教育型。診斷型和

10、調(diào)試型的組合，用于教學(xué)和培訓(xùn)。知識(shí)拓展2：智能模擬的局限性智能模擬只是對(duì)人類智能的模擬，不能模擬人類思維的社會(huì)性。人類大腦的特殊機(jī)能，絕不是由單純的生物學(xué)運(yùn)動(dòng)造成的。而是長(zhǎng)期的社會(huì)實(shí)踐的結(jié)果，是與周圍環(huán)境長(zhǎng)期發(fā)生聯(lián)系的結(jié)果。孤立地模擬大腦的機(jī)制，不到與外界相聯(lián)系的環(huán)境之中，當(dāng)然就不可能產(chǎn)生思想。如：“狼孩”具有人腦的天然機(jī)能。但是，因?yàn)椤袄呛ⅰ睕](méi)有在人類社會(huì)中成長(zhǎng)，脫離了社會(huì)生活。因而，“狼孩”的智力低下，沒(méi)有社會(huì)意識(shí)。計(jì)算機(jī)不能參與人類長(zhǎng)期的發(fā)展過(guò)程，不能參加人類的一切社會(huì)實(shí)踐。因此，計(jì)算機(jī)是不會(huì)具有真正意義上的思維，也不可能會(huì)模擬人的社會(huì)意識(shí)。某些自然屬性，是可以模擬的。社會(huì)屬性，是不能模擬的。知識(shí)拓展3：開(kāi)發(fā)專家系統(tǒng)步驟采用簡(jiǎn)單專家系統(tǒng)外殼的方式，適合于開(kāi)發(fā)小型的、簡(jiǎn)易的專家系統(tǒng)。采用簡(jiǎn)單專家系統(tǒng)外殼，進(jìn)行開(kāi)發(fā)專家系統(tǒng)的一般過(guò)程，如下：開(kāi)發(fā)工具要據(jù)目標(biāo)，選擇開(kāi)發(fā)工具。不同的專家系統(tǒng)處理不同領(lǐng)域的知識(shí)，在構(gòu)造一個(gè)專家系統(tǒng)前，首先考慮這個(gè)專家系統(tǒng)要完成一個(gè)什么樣的任務(wù)，根據(jù)不同的任務(wù)選擇合適的專家系統(tǒng)外殼。分析事實(shí)在這一過(guò)程中，要對(duì)領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行分析。分析該領(lǐng)域中的知識(shí)是依據(jù)什么分類的？每一類都有哪些實(shí)例。一般可以從形狀、特征、功能等角度，考慮給領(lǐng)域知識(shí)分類。知識(shí)表示方式選擇知識(shí)表示的方式有許多種，各有特點(diǎn)。在實(shí)際使用中，可