第8章專家系統(tǒng)

1、8 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)Expert System1.專家系統(tǒng)的概述專家系統(tǒng)的概述2.專家系統(tǒng)的知識表示和推理專家系統(tǒng)的知識表示和推理3.基于規(guī)則的專家系統(tǒng)基于規(guī)則的專家系統(tǒng)4.基于框架的專家系統(tǒng)基于框架的專家系統(tǒng)5.基于模型的專家系統(tǒng)基于模型的專家系統(tǒng)6. 實例分析實例分析 1 .專家系統(tǒng)的概述專家系統(tǒng)的概述 1.1專家系統(tǒng)的定義專家系統(tǒng)的定義 1.2專家系統(tǒng)的特點專家系統(tǒng)的特點 1.3專家系統(tǒng)的類型專家系統(tǒng)的類型 1.4專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 1.5如何構(gòu)建專家系統(tǒng)如何構(gòu)建專家系統(tǒng) 1.1 1.1 專家系統(tǒng)定義專家系統(tǒng)定義 專家系統(tǒng)（Expert System)亦稱專家咨詢系統(tǒng)，它是一種

2、智能計算機(軟件)系統(tǒng)。顧名思義，專家系統(tǒng)就是能像人類專家一樣解決困難、復(fù)雜的實際問題的計算機系統(tǒng)。 “專家”是某一專門領(lǐng)域的行家能手。專家之所以是專家，是因為他（她）們解決問題時具有超凡的能力和水平。 (1)專家有豐富的專業(yè)知識和實踐經(jīng)驗，或者說他擁有豐富的理論知識和經(jīng)驗知識，特別是經(jīng)驗知識； 1. 專家系統(tǒng)的概述專家系統(tǒng)的概述 (2)專家具有獨特的思維方式，即獨特的分析問題和解決問題的方法和策略。 專家系統(tǒng)應(yīng)該具備以下四個要素： (1) 應(yīng)用于某專門領(lǐng)域； (2) 擁有專家級知識； (3) 能模擬專家的思維； (4) 能達到專家級水平。 所以，準確一點講專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)就應(yīng)該是：應(yīng)用于某一

3、專門領(lǐng)域，擁有該領(lǐng)域相當數(shù)量的專家級知識，能模擬專家的思維，能達到專家級水平，能像專家一樣解決困難和復(fù)雜的實際問題的計算機(軟件)系統(tǒng)。 1.2 1.2 專家系統(tǒng)的特點專家系統(tǒng)的特點 (1)從處理的問題性質(zhì)看，專家系統(tǒng)善于解決那些不確定性的、非結(jié)構(gòu)化的、沒有算法解或雖有算法解但在現(xiàn)有的機器上無法實施的困難問題。 (2)從處理問題的方法看，專家系統(tǒng)則是靠知識和推理來解決問題（不像傳統(tǒng)軟件系統(tǒng)使用固定的算法來解決問題），所以，專家系統(tǒng)是基于知識的智能問題求解系統(tǒng)。 (3)從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來看，專家系統(tǒng)則強調(diào)知識與推理的分離，因而系統(tǒng)具有很好的靈活性和可擴充性。 (4)專家系統(tǒng)一般還具有解釋功能，即在運

4、行過程中一方面能回答用戶提出的問題，另一方面還能對最后的輸出（結(jié)論）或處理問題的過程作出解釋。 (5)有些專家系統(tǒng)還具有”自學習”能力，即不斷對自己的知識進行擴充、完善和提煉。這一點是傳統(tǒng)系統(tǒng)所無法比擬的。 (6)專家系統(tǒng)不像人那樣容易疲勞、遺忘，易受環(huán)境、情緒等的影響，它可始終如一地以專家級的高水平求解問題。 1.31.3專家系統(tǒng)的類型專家系統(tǒng)的類型 解釋專家系統(tǒng) 預(yù)測專家系統(tǒng) 診斷專家系統(tǒng) 設(shè)計專家系統(tǒng) 規(guī)劃專家系統(tǒng)監(jiān)視專家系統(tǒng)控制專家系統(tǒng)調(diào)試專家系統(tǒng)教學專家系統(tǒng)修理專家系統(tǒng)解釋專家系統(tǒng)解釋專家系統(tǒng)任務(wù)：任務(wù)：通過對已知信息和數(shù)據(jù)的分析與解釋，確定它們的含義。特點特點 ：數(shù)據(jù)量很大，常不準

5、確、有錯誤、不完全。能從不完全的信息中得出解釋，并能對數(shù)據(jù)做出某些假設(shè)，推理過程可能很復(fù)雜和很長。例子例子 ：語音理解、圖象分析、系統(tǒng)監(jiān)視、化學結(jié)構(gòu)分析和信號解釋等。如，衛(wèi)星圖像（云圖等）分析、集成電路分析、DENDRAL化學結(jié)構(gòu)分析等實用專家系統(tǒng)。預(yù)測專家系統(tǒng)預(yù)測專家系統(tǒng)任務(wù)：任務(wù)：通過對過去和現(xiàn)在已知狀況的分析，推斷未來可能發(fā)生的情況。特點特點 ：系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)隨時間變化，且可能是不準確和不完全，系統(tǒng)需要有適應(yīng)時間變化的動態(tài)模型，能夠從不完全和不準確的信息中得出預(yù)報，并達到快速響應(yīng)的要求。例子：例子： 氣象預(yù)報、軍事預(yù)測、人口預(yù)測、交通預(yù)測、經(jīng)濟預(yù)測和谷物產(chǎn)量預(yù)測等。如，惡劣氣候（包括暴雨

6、、颶風、冰雹等）預(yù)報、戰(zhàn)場前景預(yù)測和農(nóng)作病蟲害預(yù)報等專家系統(tǒng)。診斷專家系統(tǒng)診斷專家系統(tǒng)任務(wù)任務(wù) ：根據(jù)觀察到的情況(數(shù)據(jù))來推斷出某個對象機能失常(即故障)的原因。特點特點 ：能夠了解被診斷對象或客體各組成部分的特性以及它們之間的聯(lián)系；能夠區(qū)分一種現(xiàn)象及其所掩蓋的另一種現(xiàn)象；能夠向用戶提出測量的數(shù)據(jù)，并從不確切信息中得出盡可能正確的診斷。例子：例子： 醫(yī)療診斷、電子機械和軟件故障診斷以及材料失效診斷等。如，用于抗生素治療的MYCIN,肝功能檢驗的PUFF和血清蛋白診斷等醫(yī)療專家系統(tǒng)，計算機故障診斷系統(tǒng)，雷達故障診斷系統(tǒng)和太空站熱力控制系統(tǒng)的故障檢測與診斷系統(tǒng)等。設(shè)計專家系統(tǒng)設(shè)計專家系統(tǒng)任務(wù)任務(wù)

7、 ：根據(jù)設(shè)計要求，求出滿足設(shè)計問題約束的目標配置。特點特點 ：善于從多種約束中得到符合要求的設(shè)計結(jié)果；系統(tǒng)需要檢索較大的可能解空間；能試驗性地構(gòu)造出可能設(shè)計，并易于對所得設(shè)計方案進行修改；善于分析各種子問題，并處理好子問題間的相互作用；能夠使用已有的正確設(shè)計來解釋當前新的設(shè)計。例子例子 ：VAX計算機結(jié)構(gòu)設(shè)計專家系統(tǒng)、花布立體感圖案設(shè)計和花布印染專家系統(tǒng)、大規(guī)模集成電路設(shè)計專家系統(tǒng)以及齒輪加工工藝設(shè)計專家系統(tǒng)等。 規(guī)劃專家系統(tǒng)規(guī)劃專家系統(tǒng)任務(wù)任務(wù) ：尋找出某個能夠達到給定目標的動作序列或步驟。特點特點 ：所要規(guī)劃的目標可能是動態(tài)的或靜態(tài)的，需要對未來動作做出預(yù)測，所涉及的問題可能很復(fù)雜，要求系

8、統(tǒng)能抓住重點，處理好各子目標間的關(guān)系和不確定的數(shù)據(jù)信息，并通過實驗性動作得出可行規(guī)劃 。例子例子 ：軍事指揮調(diào)度系統(tǒng)、ROPES機器人規(guī)劃專家系統(tǒng)、汽車和火車運行調(diào)度專家系統(tǒng)以及小麥和水稻施肥專家系統(tǒng)等。監(jiān)視專家系統(tǒng)監(jiān)視專家系統(tǒng)任務(wù)任務(wù) ：對系統(tǒng)、對象或過程的行為進行不斷觀察，并把觀察到的行為與其應(yīng)當具有的行為進行比較，以發(fā)現(xiàn)異常情況，發(fā)出警報。特點特點 ：系統(tǒng)應(yīng)具有快速反應(yīng)能力，應(yīng)在造成事故之前及時發(fā)出報警；發(fā)出的警報要有很高的準確性，不能假報警；能夠隨時間和條件的變化動態(tài)地處理其輸入信息。例子例子 ：可用于核電站的安全監(jiān)視、防空監(jiān)視與預(yù)警、國家財政的監(jiān)控、傳染病疫情監(jiān)視及農(nóng)作物病蟲害監(jiān)視與

9、報警等。如粘蟲測報專家系統(tǒng)是監(jiān)視專家系統(tǒng)的一個實例?？刂茖＜蚁到y(tǒng)控制專家系統(tǒng)任務(wù)任務(wù) ：自適應(yīng)地管理一個受控對象或客體的全面行為，使之滿足預(yù)期要求。特點特點 ：控制專家系統(tǒng)具有解釋、預(yù)報、診斷、規(guī)劃和執(zhí)行等多種功能。例子：例子： 空中交通管制、商業(yè)管理、自主機器人控制、作戰(zhàn)管理、生產(chǎn)過程控制和生產(chǎn)質(zhì)量控制等方面。如，已經(jīng)對海、陸、空無人駕駛車，生產(chǎn)線調(diào)度和產(chǎn)品質(zhì)量控制等課題進行控制專家系統(tǒng)的研究。調(diào)試專家系統(tǒng)調(diào)試專家系統(tǒng)任務(wù)任務(wù) ：對失靈的對象給出處理意見和方法。特點：特點： 同時具有規(guī)劃、設(shè)計、預(yù)報和診斷等專家系統(tǒng)的功能。例子：例子： 可用于新產(chǎn)品或新系統(tǒng)的調(diào)試，也可用于維修站進行被修設(shè)備的

10、調(diào)整、測量與試驗。在這方面的實例還比較少見。教學專家系統(tǒng)教學專家系統(tǒng)任務(wù)：任務(wù)：根據(jù)學生的特點、弱點和基礎(chǔ)知識，以最適當?shù)慕贪负徒虒W方法對學生進行教學和輔導(dǎo)。特點：特點：同時具有診斷和調(diào)試等功能；具有良好的人機界面。例子：例子： MACSYMA符號積分與定理證明系統(tǒng)，計算機程序設(shè)計語言和物理智能計算機輔助教學系統(tǒng)以及聾啞人語言訓練專家系統(tǒng)等。 修理專家系統(tǒng)修理專家系統(tǒng)任務(wù)任務(wù)：對發(fā)生故障的對象(系統(tǒng)或設(shè)備)進行處理，使其恢復(fù)正常工作。特點：特點：具有診斷、調(diào)試、計劃和執(zhí)行等功能。例子：例子：美國貝爾實驗室的ACI電話和有線電視維護修理系統(tǒng)。此外，還有決策專家系統(tǒng)和咨詢專家系統(tǒng)等。1.41.4專

11、家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 專家系統(tǒng)包括兩個主要模塊：專家系統(tǒng)包括兩個主要模塊：知識庫知識庫和和推理機推理機。 下圖為通用專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。由于每個專家系統(tǒng)所需下圖為通用專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。由于每個專家系統(tǒng)所需要完成的任務(wù)和特點不同，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也不盡相同，一般要完成的任務(wù)和特點不同，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也不盡相同，一般只具有圖中部分模塊。只具有圖中部分模塊。 （1 1）知識庫）知識庫 知識庫用于存放系統(tǒng)求解問題所需要的領(lǐng)域?qū)ｉT知知識庫用于存放系統(tǒng)求解問題所需要的領(lǐng)域?qū)ｉT知識，知識獲取過程中獲得的專門知識，以適當?shù)闹R表達識，知識獲取過程中獲得的專門知識，以適當?shù)闹R表達式和結(jié)構(gòu)形式存入知識庫中。知識庫一般由式

12、和結(jié)構(gòu)形式存入知識庫中。知識庫一般由規(guī)則庫規(guī)則庫、事實事實庫庫和和語義網(wǎng)絡(luò)語義網(wǎng)絡(luò)組成。規(guī)則庫存放啟發(fā)式知識；事實庫存放組成。規(guī)則庫存放啟發(fā)式知識；事實庫存放應(yīng)用領(lǐng)域所需的數(shù)據(jù)、信息和事實；語義網(wǎng)絡(luò)用于表達領(lǐng)應(yīng)用領(lǐng)域所需的數(shù)據(jù)、信息和事實；語義網(wǎng)絡(luò)用于表達領(lǐng)域的概念、事實、實體以及它們之間的關(guān)系。域的概念、事實、實體以及它們之間的關(guān)系。（2）數(shù)據(jù)庫）數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫用于存放所解問題的原始數(shù)據(jù)和推理過程中得到數(shù)據(jù)庫用于存放所解問題的原始數(shù)據(jù)和推理過程中得到的各種中間信息。隨著問題的不同，數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容也是動態(tài)的各種中間信息。隨著問題的不同，數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容也是動態(tài)變化的。為了使推理機能方便地求解問題，數(shù)

13、據(jù)的表示和組變化的。為了使推理機能方便地求解問題，數(shù)據(jù)的表示和組織形式應(yīng)盡量和知識庫的表示相容?？椥问綉?yīng)盡量和知識庫的表示相容。（3 3）推理機）推理機 推理機是一組程序，用來控制和協(xié)調(diào)整個專家系統(tǒng)的推理機是一組程序，用來控制和協(xié)調(diào)整個專家系統(tǒng)的工作。當用戶的要求、數(shù)據(jù)和事實輸入到系統(tǒng)以后，推理機工作。當用戶的要求、數(shù)據(jù)和事實輸入到系統(tǒng)以后，推理機在一定的控制策略下，搜索知識庫中的規(guī)則、事實和語義網(wǎng)在一定的控制策略下，搜索知識庫中的規(guī)則、事實和語義網(wǎng)絡(luò)，并按正向推理或逆向推理的方式進行推理和判斷，最后絡(luò)，并按正向推理或逆向推理的方式進行推理和判斷，最后獲得推理結(jié)果。獲得推理結(jié)果。（4 4）解釋

14、器）解釋器 解釋器負責對推理出的結(jié)果做出必要的解釋，包解釋器負責對推理出的結(jié)果做出必要的解釋，包括系統(tǒng)的解題步驟、處理策略和選擇處理方法的理由括系統(tǒng)的解題步驟、處理策略和選擇處理方法的理由等內(nèi)容。以便向用戶說明推理過程，使用戶容易接受等內(nèi)容。以便向用戶說明推理過程，使用戶容易接受推理結(jié)果，同時也有利于新手向?qū)＜蚁到y(tǒng)學習，為用推理結(jié)果，同時也有利于新手向?qū)＜蚁到y(tǒng)學習，為用戶維護和管理提供方便。戶維護和管理提供方便。（5 5）知識獲?。┲R獲取 知識獲取為建立知識庫、修改知識庫中已有知識知識獲取為建立知識庫、修改知識庫中已有知識和擴充新知識提供手段，用于把專家的知識轉(zhuǎn)換和加和擴充新知識提供手段，用

15、于把專家的知識轉(zhuǎn)換和加工為計算機的內(nèi)部表示，從而實現(xiàn)專家系統(tǒng)知識庫的工為計算機的內(nèi)部表示，從而實現(xiàn)專家系統(tǒng)知識庫的不斷更新。不斷更新。（6 6）人機接口）人機接口 人機接口用于專家系統(tǒng)和用戶之間的交互作用，負責人機接口用于專家系統(tǒng)和用戶之間的交互作用，負責把用戶熟悉的自然語言、表格和圖形等信息表示手段轉(zhuǎn)換把用戶熟悉的自然語言、表格和圖形等信息表示手段轉(zhuǎn)換成內(nèi)部表示形式，再交給各相應(yīng)的組成部分去處理。專家成內(nèi)部表示形式，再交給各相應(yīng)的組成部分去處理。專家系統(tǒng)輸出的信息也用人機接口轉(zhuǎn)換成用戶能理解的形式，系統(tǒng)輸出的信息也用人機接口轉(zhuǎn)換成用戶能理解的形式，并顯示給用戶。并顯示給用戶。1.5 1.5

16、如何構(gòu)建專家系統(tǒng)如何構(gòu)建專家系統(tǒng)建立專家系統(tǒng)的一般步驟如下：建立專家系統(tǒng)的一般步驟如下：（1）設(shè)計初始知識庫）設(shè)計初始知識庫。知識庫的設(shè)計是建立專家系統(tǒng)最。知識庫的設(shè)計是建立專家系統(tǒng)最重要和最艱巨的任務(wù)。初始知識庫的設(shè)計包括：重要和最艱巨的任務(wù)。初始知識庫的設(shè)計包括： 問題知識化問題知識化，即辨別所研究問題的實質(zhì)，如要解，即辨別所研究問題的實質(zhì)，如要解決的任務(wù)是什么，它是決的任務(wù)是什么，它是如何定義如何定義的，可否把它分解為子的，可否把它分解為子問題或子任務(wù)，它問題或子任務(wù)，它包含那些典型數(shù)據(jù)包含那些典型數(shù)據(jù)等。等。 知識概念化知識概念化，即概括知識表示所需要的關(guān)鍵概念，即概括知識表示所需要的

17、關(guān)鍵概念及其關(guān)系，如及其關(guān)系，如數(shù)據(jù)類型、已知條件（狀態(tài)）和目標（狀數(shù)據(jù)類型、已知條件（狀態(tài)）和目標（狀態(tài)）態(tài)）、提出的假設(shè)以及控制策略等。、提出的假設(shè)以及控制策略等。 概念形式化概念形式化，即確定用來組織知識的，即確定用來組織知識的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式數(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，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，它包括假設(shè)空間、過程模型和數(shù)據(jù)特性等。它包括假設(shè)空間、過程模型和數(shù)據(jù)特性等。 形式規(guī)則化形式規(guī)則化，即編制規(guī)則把形式化了的知識變換，即編

18、制規(guī)則把形式化了的知識變換為由為由編程語言表示編程語言表示的可供計算機執(zhí)行的語句和程序。的可供計算機執(zhí)行的語句和程序。 規(guī)則合法化規(guī)則合法化，即確認規(guī)則化了的，即確認規(guī)則化了的知識的合理性知識的合理性，檢驗，檢驗規(guī)則的有效性規(guī)則的有效性。（2）原型機的開發(fā)與試驗）原型機的開發(fā)與試驗。在選定知識表達方法之后，。在選定知識表達方法之后，即可著手建立整個系統(tǒng)所需要的試驗子集，它包括整個模即可著手建立整個系統(tǒng)所需要的試驗子集，它包括整個模型的典型知識，而且只涉及與試驗有關(guān)的足夠簡單的任務(wù)型的典型知識，而且只涉及與試驗有關(guān)的足夠簡單的任務(wù)和推理過程。和推理過程。 （3 3）知識庫的改進與歸納）知識庫的改

19、進與歸納。反復(fù)對知識庫及推理規(guī)則進。反復(fù)對知識庫及推理規(guī)則進改進試驗，歸納出更完善的結(jié)果。經(jīng)過相當長時間（數(shù)月改進試驗，歸納出更完善的結(jié)果。經(jīng)過相當長時間（數(shù)月至至2 2、3 3年）的努力，使系統(tǒng)在一定范圍內(nèi)達到人類專家水年）的努力，使系統(tǒng)在一定范圍內(nèi)達到人類專家水平。平。 2 .專家系統(tǒng)的知識表示和推理專家系統(tǒng)的知識表示和推理 2.12.1知識表示知識表示 2.22.2知識獲取知識獲取 2.32.3知識推理知識推理 2.2.專家系統(tǒng)的知識表示和推理專家系統(tǒng)的知識表示和推理2.1 2.1 知識表示知識表示知識表示是一種用來在專家系統(tǒng)的知識庫中對知識編碼的知識表示是一種用來在專家系統(tǒng)的知識庫中對

20、知識編碼的方法。方法。2.1.1 2.1.1 知識的類型知識的類型過程性知識過程性知識。描述如何解決問題，提供如何做事的建議。描述如何解決問題，提供如何做事的建議。陳述性知識陳述性知識。描述問題的相關(guān)已知信息，包括斷定為真或。描述問題的相關(guān)已知信息，包括斷定為真或假的簡單語句和一組更完整地描述一些對象或概念的語句。假的簡單語句和一組更完整地描述一些對象或概念的語句。 啟發(fā)式啟發(fā)式 知識知識。描述引導(dǎo)推理過程的規(guī)則。它是經(jīng)驗性的，。描述引導(dǎo)推理過程的規(guī)則。它是經(jīng)驗性的，并且表示專家通過求解過去問題的經(jīng)驗編譯知識。專家將獲并且表示專家通過求解過去問題的經(jīng)驗編譯知識。專家將獲取有關(guān)問題的基本知識，如

21、基本法則、函數(shù)關(guān)系等，并且把取有關(guān)問題的基本知識，如基本法則、函數(shù)關(guān)系等，并且把它編譯成簡單的啟發(fā)信息，以輔助問題求解。它編譯成簡單的啟發(fā)信息，以輔助問題求解。結(jié)構(gòu)知識結(jié)構(gòu)知識。描述知識的結(jié)構(gòu)。這類知識描述專家對此問題。描述知識的結(jié)構(gòu)。這類知識描述專家對此問題的整體智力模型。的整體智力模型。2.1.2 2.1.2 對象對象- -屬性屬性- -值三元組（值三元組（O-A-VO-A-V）O-A-V中表示的對象可以是物理項（如轎車、球），或者中表示的對象可以是物理項（如轎車、球），或者抽象項（如愛或痛苦）。屬性是所考慮問題的重要對象特抽象項（如愛或痛苦）。屬性是所考慮問題的重要對象特征，其值指定屬性

22、的賦值可以是布爾的、數(shù)字的或者字符征，其值指定屬性的賦值可以是布爾的、數(shù)字的或者字符串的。串的。 2.1.3 規(guī)則規(guī)則規(guī)則指關(guān)聯(lián)規(guī)則指關(guān)聯(lián)已知知識已知知識和和待推測其他信息待推測其他信息的知識結(jié)構(gòu)。的知識結(jié)構(gòu)。規(guī)則結(jié)構(gòu)從邏輯上連接規(guī)則結(jié)構(gòu)從邏輯上連接IF部分中一個或多個前提（也稱條件）部分中一個或多個前提（也稱條件）到到THEN部分中的一個或多個后部（也稱結(jié)論）。部分中的一個或多個后部（也稱結(jié)論）。 IF IF 這個球的顏色是紅的這個球的顏色是紅的 THEN THEN 我喜歡這個球我喜歡這個球 一般來說，規(guī)則可以用一般來說，規(guī)則可以用AND語句、語句、OR語句或兩者組合連接語句或兩者組合連接起

23、來的多個條件。其結(jié)論可以包含單條語句或起來的多個條件。其結(jié)論可以包含單條語句或AND連接的連接的組合。這條規(guī)則也可以包含一個組合。這條規(guī)則也可以包含一個ELSE語句。語句。 IF IF 今天（時間在）上午今天（時間在）上午8 8點之后點之后 AND AND 今天是工作日今天是工作日 AND AND 我在家我在家 OR OR 我的老板打來電話，說我工作遲到了我的老板打來電話，說我工作遲到了 THEN THEN 我工作遲到了我工作遲到了 ELSE ELSE 我工作沒有遲到我工作沒有遲到規(guī)則可以規(guī)則可以 表示如下各種形式的知識：表示如下各種形式的知識： 2.1.4 框架框架 框架是一種表示概念或?qū)ο?/p>

24、的一成不變知識的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。框架是一種表示概念或?qū)ο蟮囊怀刹蛔冎R的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 人們試圖用以往的經(jīng)驗來分析與解釋當前遇到的情況，人們試圖用以往的經(jīng)驗來分析與解釋當前遇到的情況，但無法把過去的經(jīng)驗一一都存在腦子里，而只能以一個通用但無法把過去的經(jīng)驗一一都存在腦子里，而只能以一個通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式存儲以往的經(jīng)驗。這樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱為框架。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式存儲以往的經(jīng)驗。這樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱為框架?？蚣芡ǔＳ擅枋鍪挛锏母鱾€方面的槽組成，每個槽可擁有框架通常由描述事物的各個方面的槽組成，每個槽可擁有若干個側(cè)面，每個側(cè)面又可以擁有若干個值。若干個側(cè)面，每個側(cè)面又可以擁有若干個值。 2.2 2.2 知識獲取知識獲取

25、 知識獲取過程：知識獲取過程：1.1.知識獲取的任務(wù)知識獲取的任務(wù)(1)(1)抽取知識抽取知識: : 識別、理解、篩選、歸納等，識別、理解、篩選、歸納等，及及自學習。自學習。 (2)(2)知識的轉(zhuǎn)換知識的轉(zhuǎn)換: : 第一步：從專家及文獻資料處抽取的知識轉(zhuǎn)換為某種知第一步：從專家及文獻資料處抽取的知識轉(zhuǎn)換為某種知識表示模式，如產(chǎn)生式規(guī)則、框架等（知識工程師完成）識表示模式，如產(chǎn)生式規(guī)則、框架等（知識工程師完成） 第二步：該模式表示的知識轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)可直接利用的內(nèi)第二步：該模式表示的知識轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)可直接利用的內(nèi)部形式（輸入及編譯實現(xiàn)）部形式（輸入及編譯實現(xiàn)）(3)(3)知識的輸入知識的輸入: : 知

26、識編輯器知識編輯器 。(4)(4)知識的檢測知識的檢測: : 不一致、不完整等。不一致、不完整等。 2.2.知識獲取的模式知識獲取的模式（1 1）非自動知識獲取）非自動知識獲取( (人工獲取人工獲取) ) 計算機人員（或知識工程師）與領(lǐng)域?qū)＜液献?，對有關(guān)計算機人員（或知識工程師）與領(lǐng)域?qū)＜液献?，對有關(guān)領(lǐng)域知識和專家知識，進行挖掘、搜集、分析、綜合、整領(lǐng)域知識和專家知識，進行挖掘、搜集、分析、綜合、整理、歸納，然后以某種表示形式存入知識庫。理、歸納，然后以某種表示形式存入知識庫。 （2 2）自動知識獲?。┳詣又R獲取 自動獲取又可分為兩種形式：一種是系統(tǒng)本身具有一種自動獲取又可分為兩種形式：一種

27、是系統(tǒng)本身具有一種機制，使得系統(tǒng)在運行過程中能不斷地總結(jié)經(jīng)驗，并修改機制，使得系統(tǒng)在運行過程中能不斷地總結(jié)經(jīng)驗，并修改和擴充自己的知識庫；另一種是開發(fā)專門的機器學習系統(tǒng)，和擴充自己的知識庫；另一種是開發(fā)專門的機器學習系統(tǒng)，讓機器自動從實際問題中獲取知識，并填充知識庫。讓機器自動從實際問題中獲取知識，并填充知識庫。（3 3）半自動知識獲?。┌胱詣又R獲取 半自動獲取，即利用某種專門的知識獲取系統(tǒng)，采取提半自動獲取，即利用某種專門的知識獲取系統(tǒng)，采取提示、指導(dǎo)或問答的方式，幫助專家提取、歸納有關(guān)知識，示、指導(dǎo)或問答的方式，幫助專家提取、歸納有關(guān)知識，并自動記入知識庫。并自動記入知識庫。 2.3 2

28、.3 知識推理知識推理2.3.1 2.3.1 人類的推理人類的推理 人類通過將事實和知識組合起來，以求解問題。他人類通過將事實和知識組合起來，以求解問題。他們獲取特定問題的事實，并利用他們對問題領(lǐng)域的一們獲取特定問題的事實，并利用他們對問題領(lǐng)域的一般理解來得出合乎邏輯的結(jié)論。這個過程稱為人類的般理解來得出合乎邏輯的結(jié)論。這個過程稱為人類的推理。推理。人類推理大致可分為以下幾類：人類推理大致可分為以下幾類：（1 1）演繹推理）演繹推理演繹推理使用問題事實、公理、規(guī)則等形成相關(guān)的一般性演繹推理使用問題事實、公理、規(guī)則等形成相關(guān)的一般性知識。該過程首先比較公理和規(guī)則集，然后得出新的知識。該過程首先比

29、較公理和規(guī)則集，然后得出新的公理。例如：公理。例如： 規(guī)則：如果我站在雨中，我會淋濕。規(guī)則：如果我站在雨中，我會淋濕。 公理：我站在雨中。公理：我站在雨中。 結(jié)論：我會淋濕。結(jié)論：我會淋濕。（2 2）歸納推理）歸納推理通過一般化過程從有限的事實得出一般性結(jié)論。通過一般化過程從有限的事實得出一般性結(jié)論。 前提：吉林動物園的猴子吃香蕉。前提：吉林動物園的猴子吃香蕉。 前提：長沙動物園的猴子吃香蕉。前提：長沙動物園的猴子吃香蕉。 結(jié)論：一般來說，所有猴子都吃香蕉。結(jié)論：一般來說，所有猴子都吃香蕉。通過歸納推理，在有限的案例基礎(chǔ)上得出某種類型所有案通過歸納推理，在有限的案例基礎(chǔ)上得出某種類型所有案例的

30、一般化結(jié)論。例的一般化結(jié)論。（3 3）誘導(dǎo)推理）誘導(dǎo)推理誘導(dǎo)是一種允許似是而非的推理的演繹形式。誘導(dǎo)是一種允許似是而非的推理的演繹形式。 規(guī)則：如果天在下雨，那么地面是濕的。規(guī)則：如果天在下雨，那么地面是濕的。 公理：地面是濕的。公理：地面是濕的。 結(jié)論：天正在下雨嗎？結(jié)論：天正在下雨嗎？假定只得到信息假定只得到信息“地面是濕的地面是濕的”，一個似是而非的推理可，一個似是而非的推理可能是能是“天在下雨天在下雨”。但是，這個結(jié)論可能是錯的，因為地。但是，這個結(jié)論可能是錯的，因為地面是濕的可能還有其他的原因，如有人給草地澆了水面是濕的可能還有其他的原因，如有人給草地澆了水。（4 4）類比推理）類比

31、推理人類通過其經(jīng)驗形成一些概念的模型。通過類比推理使用人類通過其經(jīng)驗形成一些概念的模型。通過類比推理使用這個模型，用以幫助理解一些情況或?qū)ο?。得出兩者的這個模型，用以幫助理解一些情況或?qū)ο?。得出兩者的類比，尋求異同，來引?dǎo)其推理。類比，尋求異同，來引導(dǎo)其推理。 老虎框架老虎框架 類別：動物類別：動物 腿的個數(shù)：腿的個數(shù)：4 4 食物：肉食物：肉 居住地區(qū)：印度和南非居住地區(qū)：印度和南非 顏色：茶色帶斑紋顏色：茶色帶斑紋 框架提供了獲取典型信息的自然途徑?？梢杂盟鼇肀硎究蚣芴峁┝双@取典型信息的自然途徑?？梢杂盟鼇肀硎疽恍┫嗨茖ο蟮牡湫吞卣鳌Ｒ恍┫嗨茖ο蟮牡湫吞卣?。（5 5）常識推理）常識推理 人

32、類通過經(jīng)驗學會高效地求解問題。他們使用常識，人類通過經(jīng)驗學會高效地求解問題。他們使用常識，來快速得出解決方案。常識推理更依賴于恰當?shù)呐袛喽鴣砜焖俚贸鼋鉀Q方案。常識推理更依賴于恰當?shù)呐袛喽皇蔷_的邏輯。不是精確的邏輯。 汽車松散的風扇葉片往往引起奇怪的噪聲。汽車松散的風扇葉片往往引起奇怪的噪聲。 機師可能憑常識處理汽車的問題。當汽車發(fā)出奇怪的噪聲時，機師可能憑常識處理汽車的問題。當汽車發(fā)出奇怪的噪聲時，他可能憑常識立即懷疑是風扇葉片松了他可能憑常識立即懷疑是風扇葉片松了。這種知識也稱為啟發(fā)信息。這種知識也稱為啟發(fā)信息。2.3.2 2.3.2 機器推理機器推理 機器推理是專家系統(tǒng)從已知信息獲取新

33、的信息的過程。機器推理是專家系統(tǒng)從已知信息獲取新的信息的過程。邏輯推理使用簡單的規(guī)則形式，稱為假言推理。如邏輯推理使用簡單的規(guī)則形式，稱為假言推理。如: : IF AIF A是正確的是正確的 AND A AND A B B是正確的是正確的 THEN BTHEN B是正確的是正確的斷言斷言“如果如果A A為真，且為真，且A A蘊含蘊含B B也是真的，那么假設(shè)也是真的，那么假設(shè)B B是真是真的的”的邏輯規(guī)則的邏輯規(guī)則. .考慮下面的例子：考慮下面的例子： （1）當張三知道有地方賣衣服打折的時候，她總是會去買衣服。）當張三知道有地方賣衣服打折的時候，她總是會去買衣服。 （2 2）張三張三了解到商場有

34、打折賣的衣服。了解到商場有打折賣的衣服。 （3 3）因此，）因此，張三張三會去買衣服。會去買衣服。與假言推理法相對的一種規(guī)則是與假言推理法相對的一種規(guī)則是 假言易位反向推理，它規(guī)假言易位反向推理，它規(guī)定：如果定：如果A蘊含蘊含B（AB）是真的，同時）是真的，同時“非非B”為真，那為真，那么我們可以推出么我們可以推出“非非A”為真。例如：為真。例如： （1 1）只要星期天是晴天，我們就去游泳。）只要星期天是晴天，我們就去游泳。 （2 2）星期天我們沒有去游泳。）星期天我們沒有去游泳。 （3 3）因此，星期天一定不是晴天。）因此，星期天一定不是晴天。3 .基于規(guī)則的專家系統(tǒng)基于規(guī)則的專家系統(tǒng) 3.

35、1 基于規(guī)則的專家系統(tǒng)的工作模型基于規(guī)則的專家系統(tǒng)的工作模型 3.2 基于規(guī)則的專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基于規(guī)則的專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 3.3.基于規(guī)則的專家系統(tǒng)基于規(guī)則的專家系統(tǒng)3.1 3.1 基于規(guī)則的專家系統(tǒng)的工作模型基于規(guī)則的專家系統(tǒng)的工作模型 該模型使用一套包含在知識庫內(nèi)的規(guī)則對工作存儲該模型使用一套包含在知識庫內(nèi)的規(guī)則對工作存儲器內(nèi)的具體問題信息器內(nèi)的具體問題信息( (事實事實) )進行處理進行處理, ,通過推理機推通過推理機推斷出新的信息。通常包括以下模塊：斷出新的信息。通常包括以下模塊：(1)(1)知識庫知識庫。以一套規(guī)則建立的長期存儲器模型。以一套規(guī)則建立的長期存儲器模型。(2)(2)工作存

36、儲器工作存儲器。建立短期存儲器模型。建立短期存儲器模型, ,存放問題事實和存放問題事實和由規(guī)則激發(fā)而推斷出的新事實。由規(guī)則激發(fā)而推斷出的新事實。(3)(3)推理機推理機。借助于把存放在工作存儲器內(nèi)的問題事實和。借助于把存放在工作存儲器內(nèi)的問題事實和存放在知識庫內(nèi)的規(guī)則結(jié)合起來存放在知識庫內(nèi)的規(guī)則結(jié)合起來, ,建立推理模型建立推理模型, ,以推以推斷出新的信息。斷出新的信息。推理機作為推理模塊推理機作為推理模塊, ,并把事實與規(guī)則的先決條件進行比較并把事實與規(guī)則的先決條件進行比較, ,確定哪條規(guī)則能夠被激活。通過這些激活規(guī)則確定哪條規(guī)則能夠被激活。通過這些激活規(guī)則, ,推理機把推理機把結(jié)論加進工

37、作存儲器結(jié)論加進工作存儲器, ,并進行處理并進行處理, ,直到再沒有其他規(guī)則直到再沒有其他規(guī)則的先決條件能與工作存儲器內(nèi)的事實相匹配為止。的先決條件能與工作存儲器內(nèi)的事實相匹配為止。 3.2 3.2 基于規(guī)則的專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基于規(guī)則的專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 一個基于規(guī)則的專家系統(tǒng)的完整結(jié)構(gòu)組成如下：一個基于規(guī)則的專家系統(tǒng)的完整結(jié)構(gòu)組成如下：(1)(1)知識庫知識庫。(2)(2)工作存儲器工作存儲器。(3)(3)推理機推理機。(4)(4)用戶界面用戶界面( (接口接口) )。用戶通過該界面來觀察系統(tǒng)。用戶通過該界面來觀察系統(tǒng), ,并與系并與系統(tǒng)對話統(tǒng)對話( (交互交互) )。(5)(5)開發(fā)開發(fā)( (者

38、者) )界面界面。知識工程師通過該界面對專家系統(tǒng)進。知識工程師通過該界面對專家系統(tǒng)進行開發(fā)。行開發(fā)。(6)(6)解釋器解釋器。對系統(tǒng)的推理提供解釋。對系統(tǒng)的推理提供解釋。(7)(7)外部程序外部程序。如數(shù)據(jù)庫、擴展盤和算法等。如數(shù)據(jù)庫、擴展盤和算法等, ,對專家系統(tǒng)對專家系統(tǒng)的工作起支持作用。它們應(yīng)易于被專家系統(tǒng)所訪問和使的工作起支持作用。它們應(yīng)易于被專家系統(tǒng)所訪問和使用。用。 4 .基于框架的專家系統(tǒng)基于框架的專家系統(tǒng) 4.1 基于框架的專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基于框架的專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 4.2 基于框架的專家系統(tǒng)的一般設(shè)計方法基于框架的專家系統(tǒng)的一般設(shè)計方法 4.1 基于框架的專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基于框架的

39、專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 與基于規(guī)則的專家系統(tǒng)的定義類似與基于規(guī)則的專家系統(tǒng)的定義類似, ,基于框架的?；诳蚣艿膶＜蚁到y(tǒng)也是個計算機程序家系統(tǒng)也是個計算機程序, ,該程序使用一組包含在知識該程序使用一組包含在知識庫內(nèi)的框架對工作存儲器內(nèi)的具體問題信息進行處理庫內(nèi)的框架對工作存儲器內(nèi)的具體問題信息進行處理, ,通過推理機推斷出新的信息。通過推理機推斷出新的信息。 4.4.基于框架的專家系統(tǒng)基于框架的專家系統(tǒng)開發(fā)基于框架的專家系統(tǒng)的開發(fā)基于框架的專家系統(tǒng)的主要任務(wù)主要任務(wù)如下：如下： (1)(1)定義問題定義問題, ,包括對問題和結(jié)論的考察與綜述。包括對問題和結(jié)論的考察與綜述。 (2)(2)分析領(lǐng)域分析領(lǐng)

40、域, ,包括定義事物、事物特征、事件和框架結(jié)構(gòu)。包括定義事物、事物特征、事件和框架結(jié)構(gòu)。 (3)(3)定義類及其特征。定義類及其特征。 (4)(4)確定框架結(jié)構(gòu)。確定框架結(jié)構(gòu)。 (5)(5)確定模式匹配規(guī)則。確定模式匹配規(guī)則。 (6)(6)規(guī)定事物通信方法。規(guī)定事物通信方法。 (7)(7)設(shè)計系統(tǒng)界面。設(shè)計系統(tǒng)界面。 (8)(8)對系統(tǒng)進行評價。對系統(tǒng)進行評價。 (9)(9)對系統(tǒng)進行擴展對系統(tǒng)進行擴展, ,深化和擴寬知識深化和擴寬知識。4.2 4.2 基于框架的專家系統(tǒng)的一般設(shè)計方法基于框架的專家系統(tǒng)的一般設(shè)計方法 基于框架的專家系統(tǒng)能夠提供基于規(guī)則的專家系統(tǒng)所沒基于框架的專家系統(tǒng)能夠提供基于規(guī)則的專家系統(tǒng)所沒有的特征有的特征,如繼承、側(cè)面、信息通信和模式匹配規(guī)則等如繼承、側(cè)面、信息通信和模式匹配規(guī)則等,因而因而也就提供了一種更加強大的開發(fā)復(fù)雜系統(tǒng)的工具。也就是說也就提供了一種更加強大的開發(fā)復(fù)雜系統(tǒng)的工具。也就是說,基于框架的專家系統(tǒng)具有比基于規(guī)則的專家系統(tǒng)更強的功能基于框架的專家系統(tǒng)具有比基于規(guī)則的專家系統(tǒng)更強的功能,適用于解決更復(fù)雜的問題。適用于解決更復(fù)雜的問題。5.基于模型的專家系統(tǒng)基于模型的專家系統(tǒng) 5.1基于模