Ai人工智能 第七章 專家系統(tǒng)

1、Ai人工智能第七章 專家系統(tǒng)目 錄CONTENTS01專家系統(tǒng)概述02基于規(guī)則的專家系統(tǒng)03基于框架的專家系統(tǒng)04基于模型的專家系統(tǒng)05專家系統(tǒng)的開發(fā)06專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例專家系統(tǒng)概述0101專家系統(tǒng)概述專家系統(tǒng)(Expert System，ES)屬于人工智能的一個(gè)發(fā)展分支，運(yùn)用于醫(yī)療、軍事、地質(zhì)勘探、教學(xué)、化工等領(lǐng)域，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 現(xiàn)在，專家系統(tǒng)已成為人工智能領(lǐng)域中最活躍、最受重視的領(lǐng)域。定義7.1 專家系統(tǒng)是一種在特定領(lǐng)域內(nèi)具有專家水平解決問題能力的程序系統(tǒng)。01專家系統(tǒng)的主要特性為解決特定領(lǐng)域的具體問題，除需要一些公共的常識(shí)，還需要大量與所研究領(lǐng)域問題密切相關(guān)的知識(shí)。一

2、般采用啟發(fā)式的解題方法。在解題過程中除了用演繹方法外，有時(shí)還要求助于歸納方法和抽象方法。需處理問題的模糊性、不確定性和不完全性。能對(duì)自身的工作過程進(jìn)行推理(自推理或解釋).采用基于知識(shí)的問題求解方法。知識(shí)庫與推理機(jī)分離。專家系統(tǒng)在當(dāng)前以及未來，都將會(huì)是人類值得信賴的高水平智能助手，是將人工智能技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際中的重要手段。01專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)核心臨時(shí)儲(chǔ)存（黑板）知識(shí)庫用來存放專家提供的知識(shí)。專家系統(tǒng)的問題求解過程是通過知識(shí)庫中的知識(shí)來模擬專家的思維方式的，因此，知識(shí)庫是專家系統(tǒng)質(zhì)量是否優(yōu)越的關(guān)鍵所在，即知識(shí)庫中知識(shí)的質(zhì)量和數(shù)量決定著專家系統(tǒng)的質(zhì)量水平。一般來說，專家系統(tǒng)中的知識(shí)庫與專家系統(tǒng)程序是相

3、互獨(dú)立的，用戶可以通過改變、完善知識(shí)庫中的知識(shí)內(nèi)容來提高專家系統(tǒng)的性能。解釋器能夠向用戶解釋專家系統(tǒng)的行為方法，包括解釋推理結(jié)論的正確性以及系統(tǒng)輸出其他候選結(jié)果的原因等。人工智能中的知識(shí)表示形式有產(chǎn)生式、框架、語義網(wǎng)絡(luò)等，而在專家系統(tǒng)中運(yùn)用得較為普遍的知識(shí)是產(chǎn)生式規(guī)則。在這里，產(chǎn)生式規(guī)則的理解非常簡單：如果前提條件得到滿足，就產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作或結(jié)論。01專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)推理機(jī)針對(duì)當(dāng)前問題的條件或已知信息，反復(fù)匹配知識(shí)庫中的規(guī)則，獲得新的結(jié)論，以得到問題的求解結(jié)果，在這里，推理方式可以有正向和反向推理兩種。正向推理是從前件匹配到結(jié)論，反向推理則先假設(shè)一個(gè)結(jié)論成立，看它的條件有沒有得到滿足。由此可見，

4、推理就如同專家解決問題的思維方式，知識(shí)庫就是通過推理機(jī)來實(shí)現(xiàn)其價(jià)值的。人機(jī)界面是系統(tǒng)與用戶進(jìn)行交流時(shí)的界面。通過該界面，用戶輸入基本信息、回答系統(tǒng)提出的相關(guān)問題，并輸出推理結(jié)果及相關(guān)的解釋等。01專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)綜合數(shù)據(jù)庫專門用于存儲(chǔ)推理過程中所需的原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果和最終結(jié)論，往往是作為暫時(shí)的存儲(chǔ)區(qū)。解釋器能夠根據(jù)用戶的提問，對(duì)結(jié)論、求解過程做出說明，因而使專家系統(tǒng)更具有人情味。知識(shí)獲取是專家系統(tǒng)知識(shí)庫是否優(yōu)越的關(guān)健，也是專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)的“瓶頸”問題，通過知識(shí)獲取、可以擴(kuò)充和修改知識(shí)庫中的內(nèi)容，也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)學(xué)習(xí)功能。01專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)01專家系統(tǒng)的類型解釋專家系統(tǒng)解釋專家系統(tǒng)的任務(wù)是通過對(duì)已知

5、信息和數(shù)據(jù)的分析與解釋，確定它們的含義。專家系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)量大，而且往往是不準(zhǔn)確的、有錯(cuò)誤的或不完全的。系統(tǒng)能夠從不完企的信息中得到解釋，并能對(duì)數(shù)據(jù)做出某些假設(shè)。系統(tǒng)推理過程復(fù)雜，要求系統(tǒng)具有對(duì)自身的推理過程做出解釋的能力。解釋專家系統(tǒng)的例子有語音理解、圖像分析、系統(tǒng)監(jiān)視、化學(xué)結(jié)構(gòu)分析和信號(hào)解釋等。01專家系統(tǒng)的類型2) 預(yù)測專家系統(tǒng)預(yù)測專家系統(tǒng)的任務(wù)是通過對(duì)過去和現(xiàn)在的已知狀況的分析，推斷未來可能發(fā)生的情況。預(yù)測專家系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化，而且可能是不準(zhǔn)確和不完全的。系統(tǒng)需要有適應(yīng)時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)模型，能夠從不完全的和不準(zhǔn)確的信息中得出預(yù)報(bào)，并達(dá)到快速響應(yīng)

6、的要求。預(yù)測專家系統(tǒng)的例子有氣象預(yù)報(bào)、軍事預(yù)測、人口預(yù)測等。01專家系統(tǒng)的類型3) 診斷專家系統(tǒng)診斷專家系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)觀察到的數(shù)據(jù)來推測出某個(gè)對(duì)象出現(xiàn)故障的原因。診斷專家系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):能夠了解被診斷對(duì)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。能夠向用戶提供測量的數(shù)據(jù)，并從不確切信息中得出盡可能正確的診斷。診斷專家系統(tǒng)的例子有醫(yī)療診斷、電子機(jī)械和軟件故障診斷、材料失效診斷等。01專家系統(tǒng)的類型4) 設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)的任務(wù)是分解設(shè)計(jì)要求，求出能夠滿足設(shè)計(jì)問題約束的目標(biāo)配置。設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)具有如下特點(diǎn):善于從多方面的要求中得到符合要求的設(shè)計(jì)結(jié)果。

7、系統(tǒng)需要檢索較大的可能解空間。善于分析各種子問題，并處理好各個(gè)子問題間的互相作用。能夠試驗(yàn)性地構(gòu)造出可能的設(shè)計(jì)方案，并易于對(duì)所得設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改。能夠使用已被證明是正確的設(shè)計(jì)來解釋當(dāng)前的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)可用于電路設(shè)計(jì)、土木建工設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)等。01專家系統(tǒng)的類型5) 規(guī)劃專家系統(tǒng)規(guī)劃專家系統(tǒng)的任務(wù)在于尋找出某個(gè)能夠達(dá)到給定目標(biāo)的多做序列或?qū)ふ也襟E。規(guī)劃專家系統(tǒng)的特點(diǎn)如下:所要規(guī)劃的目標(biāo)可能是動(dòng)態(tài)的或靜態(tài)的，因而需要對(duì)未來動(dòng)作做出預(yù)測。所涉及的問題可能是復(fù)雜的，要求系統(tǒng)能抓住重點(diǎn)，處理好各子目標(biāo)的關(guān)系和不確定數(shù)據(jù)信息，井通過試驗(yàn)性動(dòng)作做出可行規(guī)劃。規(guī)劃專家系統(tǒng)

8、可用于機(jī)器人規(guī)劃、交通運(yùn)輸調(diào)度、工程項(xiàng)目論證、通信與軍事指揮以及農(nóng)作物管理等。01專家系統(tǒng)的類型6) 監(jiān)視專家系統(tǒng)監(jiān)視專家系統(tǒng)的任務(wù)在于對(duì)系統(tǒng)、對(duì)象或過程進(jìn)行不斷觀察，并把觀察到的行為與其應(yīng)當(dāng)有的行為進(jìn)行比較，以發(fā)現(xiàn)異常情況并作出警報(bào)。監(jiān)視專家系統(tǒng)具有下列特點(diǎn):具有快速反應(yīng)能力,在造成事故之前及時(shí)發(fā)出警報(bào).系統(tǒng)發(fā)出的警報(bào)需要有較高的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)能夠隨時(shí)間和條件的變化而動(dòng)態(tài)地處理輸入信息。監(jiān)視專家系統(tǒng)可用于安全監(jiān)視、防空監(jiān)視與警報(bào)、國家財(cái)政監(jiān)控、疫情監(jiān)控和農(nóng)作物病蟲害監(jiān)控等。01專家系統(tǒng)的類型7) 控制專家系統(tǒng)控制專家系統(tǒng)的任務(wù)是以自適應(yīng)方式管理一個(gè)受控對(duì)象或客體的全面行為，使之滿足預(yù)期要求。控制專家系統(tǒng)能夠解釋當(dāng)前的情況，預(yù)測未來可能發(fā)生的情況，診斷可能發(fā)生的問題并分析原因，不斷修正計(jì)劃并控制計(jì)劃執(zhí)行?？刂茖＜蚁到y(tǒng)具有解釋、預(yù)報(bào)、診斷、規(guī)劃和執(zhí)行等多種功能。01專家系統(tǒng)的類型8) 調(diào)試專家系統(tǒng)調(diào)試專家系統(tǒng)的任務(wù)是對(duì)矢量的對(duì)象給出處理意見和方法。 調(diào)試專家系統(tǒng)的特點(diǎn)是同時(shí)具有規(guī)劃、設(shè)計(jì)、預(yù)報(bào)、診斷等專家系統(tǒng)的功能。調(diào)試專家系統(tǒng)可以用于新產(chǎn)品和新系統(tǒng)的調(diào)試，亦可以用于設(shè)備檢修。01專家系統(tǒng)的類型9) 教學(xué)專家系統(tǒng)教學(xué)專家系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)、弱點(diǎn)和基礎(chǔ)，以適當(dāng)?shù)?/p>