第八章 產(chǎn)生式規(guī)則專家系統(tǒng)

1、2022-5-1北京交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院信息管理系1第八章 產(chǎn)生式規(guī)則專家系統(tǒng)杜暉2022-5-1北京交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院信息管理系2內(nèi)容n產(chǎn)生式規(guī)則ES流行的原因n產(chǎn)生式規(guī)則的不確定性推理n產(chǎn)生式規(guī)則ES的事實(shí)庫n產(chǎn)生式規(guī)則ES的解釋機(jī)制n產(chǎn)生式規(guī)則ES不確定性推理舉例n習(xí)題2022-5-1北京交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院信息管理系3產(chǎn)生式規(guī)則ES流行的原因n產(chǎn)生式規(guī)則容易被理解n產(chǎn)生式規(guī)則基于演繹推理，保證了推理的正確性n大量產(chǎn)生式規(guī)則連成的推理樹可以是多棵樹。從廣度看，反映了實(shí)際問題的范圍；從深度看，反映了問題的難度2022-5-1北京交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院信息管理系4產(chǎn)生式規(guī)則的不確定性推理（1

2、）n在推理過程中，由于知識(shí)的不確定性知識(shí)的不確定性所引起的結(jié)論不確定性結(jié)論不確定性的傳播過程n事實(shí)的不確定性n由不確定性因素（包括模糊性/不完全性/不準(zhǔn)確與不精確性/隨機(jī)性）造成n一般用可信度CF (Certainty Factor)值表示，0CF1或0CF100%n“肺炎 CF=0.8”表示某病人患肺炎的可信度為0.8(80%)2022-5-1北京交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院信息管理系5產(chǎn)生式規(guī)則的不確定性推理（2）n規(guī)則的不確定性n專家掌握的規(guī)則大多是經(jīng)驗(yàn)性、不精確的n也可用可信度CF值表示n“如果 聽診=干鳴音 則 診斷=肺炎 CF=0.5”表示根據(jù)病人的聽診是干鳴音而診斷該病人患肺炎的可信度是

3、0.5(50%)2022-5-1北京交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院信息管理系6產(chǎn)生式規(guī)則的不確定性推理（3）n結(jié)論的不確定性n由于事實(shí)和規(guī)則的不確定性，導(dǎo)致了結(jié)論的不確定性n反映了不確定性的傳播過程n仍用可信度CF值表示2022-5-1北京交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院信息管理系7產(chǎn)生式規(guī)則的不確定性推理（4）n結(jié)論的可信度計(jì)算公式n前提為連接時(shí)n規(guī)則形式：IF E1E2En THEN H CF(R)；n結(jié)論H的可信度CF(H)=CF(R)MINCF(E1),CF(E2)CF(En)。 其中，Ek(k=1,2n)代表前提中的每個(gè)事實(shí)；CF(Ek)代表每個(gè)事實(shí)的可信度；CF(R)代表規(guī)則的可信度；CF(H)代表結(jié)論

4、的可信度2022-5-1北京交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院信息管理系8產(chǎn)生式規(guī)則的不確定性推理（5）n前提為連接時(shí)n規(guī)則形式：IF E1E2 THEN H CF(R)IF E1 THEN H CF(R1)，IF E2 THEN H CF(R2)，CF(R)=CF(R1)=CF(R2)n結(jié)論H的可信度：CF(H)=CF1(H)+CF2(H)-CF1(H)CF2(H)。其中，CF1(H)=CF(E1)CF(R1) CF2(H)=CF(E2)CF(R2)產(chǎn)生式規(guī)則的不確定性推理（6）n三項(xiàng)前提時(shí)，即IF E1E2 E3 THEN H CF(R)，結(jié)論H的可信度：CF(H)=CF12(H)+CF3(H)-CF1

5、2(H)CF3(H)。其中，CF12(H)=CF1(H)+CF2(H)-CF1(H)CF2(H)；CF3(H)=CF(E3)CF(R3)2022-5-1北京交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院信息管理系10產(chǎn)生式規(guī)則的不確定性推理（7）n與確定性逆向推理的區(qū)別n當(dāng)某個(gè)結(jié)論的可信度不為1時(shí)（即CF1），對(duì)于相同結(jié)論的其它規(guī)則仍要進(jìn)行推理，求結(jié)論的可信度，并和已計(jì)算出該結(jié)論的可信度進(jìn)行合并n舉例n有兩條相同結(jié)論的規(guī)則：R1：AG；R2：BCG。分別使用確定性逆向推理和不確定性逆向推理計(jì)算G的可信度2022-5-1北京交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院信息管理系11產(chǎn)生式規(guī)則的不確定性推理（8）n確定性逆向推理：先引用規(guī)則R1，

6、提問A？當(dāng)回答為yes時(shí)，推出結(jié)論G成立，即yes，不再搜索R2對(duì)結(jié)論G進(jìn)行推理2022-5-1北京交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院信息管理系12產(chǎn)生式規(guī)則的不確定性推理（9）n不確定性逆向推理：設(shè)R1：AG CF(0.8)；R2：BCG CF(0.9)n引用規(guī)則R1，提問A？當(dāng)回答為yes時(shí)，還需要給定事實(shí)的可信度，設(shè)為CF(0.7)，按公式求得G的可信度為CF1(G)=0.80.7=0.56n由于G的可信度不為1，再引用規(guī)則R2，提問B和C，設(shè)回答B(yǎng)為yes，CF(0.7)，回答C為yes，CF(0.8)，計(jì)算G的可信度為CF2(G)=0.9min0.7,0.8=0.63產(chǎn)生式規(guī)則的不確定性推理（10

7、）n合并G的可信度為CF(G)=CF1(G)+CF2(G)-CF1(G)CF2(G)=0.56+0.63-0.560.63=0.84n如果對(duì)某個(gè)事實(shí)用戶回答為no，則它的可信度CF=02022-5-1北京交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院信息管理系14產(chǎn)生式規(guī)則ES的事實(shí)庫n不確定性推理事實(shí)庫的關(guān)系型結(jié)構(gòu)n事實(shí)屬性放事實(shí)，y/n值表示是(yes)還是否(no)，規(guī)則號(hào)表示事實(shí)取y/n的理由，規(guī)則號(hào)為“0”表示向用戶提問得到，具體規(guī)則號(hào)表示由該規(guī)則推出，可信度表示該事實(shí)的可信度事實(shí)y/n值規(guī)則號(hào)可信度A1n00A2y00.7A3y40.632022-5-1北京交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院信息管理系15產(chǎn)生式規(guī)則ES的

8、解釋機(jī)制（1）n推理過程的全部解釋n推理過程成功路徑的解釋n僅對(duì)推理過程中的成功路徑進(jìn)行說明2022-5-1北京交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院信息管理系16產(chǎn)生式規(guī)則ES的解釋機(jī)制（2）n推理過程的全部解釋n提取一條規(guī)則壓入規(guī)則棧時(shí)，顯示“引用”該規(guī)則和“求”規(guī)則前提中的某項(xiàng)事實(shí)。將事實(shí)為結(jié)論，壓入棧頂，繼續(xù)搜索規(guī)則n若棧頂目標(biāo)在規(guī)則庫中找不到以其為結(jié)論的規(guī)則，則向用戶提問n用戶的回答（yes或no）以一個(gè)事實(shí)表示，記入事實(shí)庫2022-5-1北京交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院信息管理系17產(chǎn)生式規(guī)則ES的解釋機(jī)制（3）n從規(guī)則棧中退出一條規(guī)則時(shí)，說明規(guī)則是“成功”還是“失敗”的n若規(guī)則前提中的所有事實(shí)都成立，則規(guī)

9、則是成功的，其結(jié)論也成立，記入事實(shí)庫n若規(guī)則前提中有事實(shí)不成立，則規(guī)則是失敗的n求得最后結(jié)果，做最后說明時(shí)，將事實(shí)庫中所有取值為“y”的事實(shí)逐個(gè)顯示2022-5-1北京交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院信息管理系18產(chǎn)生式規(guī)則ES應(yīng)用舉例（4）n應(yīng)用舉例（P124）n有如下規(guī)則及可信度nR1：ABCG CF(0.8) R2：DEA CF(0.7) R3：JKB CF(0.8) R4：PQC CF(0.9) R5：F(RS)D CF(0.6)n已知事實(shí)及可信度：nF(0.4)，R(0.5)，S(0.6)，E(n)，J(0.4)，K(0.6)，P(n)，Q(0.4)2022-5-1北京交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院信息管

10、理系19產(chǎn)生式規(guī)則ES應(yīng)用舉例（5）n問題n用逆向推理求結(jié)論G的可信度，并解釋整個(gè)推理過程n推理過程n將規(guī)則分解為只含的規(guī)則，消去的規(guī)則nR1：ABCG CF(0.8) R21：DA CF(0.7) R22：EA CF(0.7) R3：JKB CF(0.8) R41：PC CF(0.9) R42：QC CF(0.9) R51：FD CF(0.6) R52：RSD CF(0.6)2022-5-1北京交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院信息管理系20產(chǎn)生式規(guī)則ES應(yīng)用舉例（6）n畫出推理樹2022-5-1北京交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院信息管理系21產(chǎn)生式規(guī)則ES應(yīng)用舉例（7）n利用規(guī)則棧和事實(shí)庫進(jìn)行逆向推理n引用R1規(guī)

11、則（將R1規(guī)則壓入規(guī)則棧頂）求An引用R21規(guī)則（將R21規(guī)則壓入規(guī)則棧頂）求D規(guī)則號(hào)前提表結(jié)論FR51FDR21DAR1ABCG事實(shí)y/n值規(guī)則號(hào)可信度Fyes00.4Ryes00.5Syes00.6DyesR51，R520.47Eno00產(chǎn)生式規(guī)則ES應(yīng)用舉例（8）n引用R51規(guī)則求F。提問F？回答yes，CF(0.4)，計(jì)算D的可信度為：CF1(D)=0.40.6=0.24，R51規(guī)則成功，退棧n引用R52規(guī)則（將R52規(guī)則壓入規(guī)則棧頂）求R和S。提問R？回答yes，CF(0.5)；提問S？回答yes，CF(0.6)；計(jì)算D的可信度為：CF2(D)=0.6min0.5,0.6=0.3；R

12、52規(guī)則成功，退棧；合并D的可信度為：CF(D)=0.24+0.3-0.240.3=0.4680.47n回溯到規(guī)則R21，計(jì)算A的可信度：CF1(A)=0.470.7=0.3290.33，R21規(guī)則成功（R21規(guī)則退棧）2022-5-1北京交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院信息管理系23產(chǎn)生式規(guī)則ES應(yīng)用舉例（9）n引用R22規(guī)則（將R22規(guī)則壓入規(guī)則棧頂）求E。提問E？回答no，即CF(0)，計(jì)算A的可信度：CF2(A)=00.7=0，R22規(guī)則失?。≧22規(guī)則退棧）。合并A的可信度為：CF(A)=0.33+0-0.330=0.33n回溯到R1規(guī)則求Bn引用R3規(guī)則（將R3規(guī)則壓入規(guī)則棧頂）求J和K。提問

13、J？回答yes，CF(0.4)；提問K？回答yes，CF(0.6)；計(jì)算B的可信度：CF(B)=0.8min0.4,0.6=0.32，R3規(guī)則成功（R3規(guī)則退棧）n回溯到R1規(guī)則求Cn引用R41規(guī)則（將R41規(guī)則壓入規(guī)則棧頂）求P。提問P？回答no，即CF(0)，計(jì)算C的可信度：CF1(C)=0.90=0，R41規(guī)則失敗（R41規(guī)則退棧）2022-5-1北京交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院信息管理系24產(chǎn)生式規(guī)則ES應(yīng)用舉例（10）n引用R42規(guī)則（將R42規(guī)則壓入規(guī)則棧頂）求Q。提問Q？回答yes，CF(0.4)，計(jì)算C的可信度：CF2(C)=0.90.4=0.36，R42規(guī)則成功（R42規(guī)則退棧）。合并C的可信度為：CF(C)=0+0.36-00.36=0.36n回溯到R1規(guī)則，CF(G)=0.8min0.33,0.32,0.36=0.256，R1規(guī)則成功（R1規(guī)則退棧），目標(biāo)G成立的可信度為0.256n成功推理路徑的解釋nF成立的可信度為0.4，用戶回答的事實(shí)nR成立的可信度為0.5，用戶回答的事實(shí)nS成立的可信度為0.6，用戶回答的事實(shí)2022-5-1北京交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院信息管理系25產(chǎn)生式規(guī)則ES應(yīng)用舉例（11）nD成立的可信度為0.47，由規(guī)則R51，R52推出nA成立的可信度為0.33，由規(guī)則R21，R22推出nJ成立的