人工智能8 專家系統(tǒng)2 人工智能課程 中國(guó)海洋大學(xué)

第五章專家系統(tǒng)的解釋機(jī)制

本章學(xué)習(xí)目的：

1.掌握ES解釋機(jī)制的功能、作用；2.掌握ES解釋機(jī)制的實(shí)現(xiàn)原理及常用方法。

主要內(nèi)容包括：

1.專家系統(tǒng)解釋機(jī)制的基本概念；2.專家系統(tǒng)解釋機(jī)制實(shí)現(xiàn)中常用的方法；3.專家系統(tǒng)解釋機(jī)制的實(shí)現(xiàn)。5.1專家系統(tǒng)解釋機(jī)制的基本概念1.ES解釋的定義

?ES的解釋功能是ES區(qū)別于傳統(tǒng)程序系統(tǒng)的主要特征之一。

?ES的解釋主要定義為：一種合理性說(shuō)明，在系統(tǒng)KB調(diào)試、ES測(cè)試及運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)問(wèn)題求解、知識(shí)應(yīng)用狀況等作靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的合理性說(shuō)明，以解決ES求解的可理解性、透明性及可信賴性。2.ES解釋機(jī)制的作用

根據(jù)定義，其將在四個(gè)方面起作用：

?ES生成中對(duì)KB的調(diào)試；?ES原型測(cè)試；?用戶使用中的運(yùn)行解釋；?起某種程度上的“教師”作用。

(1)作用1：ES生成中對(duì)KB的調(diào)試，該作用主要涉及

?檢索知識(shí)庫(kù)中已有內(nèi)容；?跟蹤系統(tǒng)運(yùn)行；?提供出錯(cuò)信息。

(2)作用2：進(jìn)行ES原理測(cè)試的輔助記錄與顯示

?記錄、顯示KB中知識(shí)的使用情況；?記錄、顯示上下文中各種參數(shù)、中間結(jié)果的演變。

(3)作用3：用戶使用中的運(yùn)行解釋

?解釋問(wèn)題求解的過(guò)程（策略）；?解釋知識(shí)在推理過(guò)程中的應(yīng)用情況；?解釋推理過(guò)程和結(jié)論的合理性。

(4)作用4：起“教師”的作用3.專家系統(tǒng)解釋機(jī)制的解釋類型

ES的解釋機(jī)制有以下幾種類型：

(1)動(dòng)態(tài)

?Why解釋：說(shuō)明系統(tǒng)或某一求解動(dòng)作為什么要這樣做。?How解釋：說(shuō)明系統(tǒng)或某一求解動(dòng)作是怎樣達(dá)到當(dāng)前目標(biāo)的。?What解釋：說(shuō)明系統(tǒng)當(dāng)前正在做什么。

(2)靜態(tài)

?系統(tǒng)求解范圍解釋：

說(shuō)明系統(tǒng)求解的邊界及出錯(cuò)信息。

?知識(shí)內(nèi)容的解釋：說(shuō)明KB中知識(shí)形式、內(nèi)容應(yīng)用等信息。?求解策略的解釋:對(duì)問(wèn)題求解范圍內(nèi)的問(wèn)題求解給出一個(gè)靜態(tài)的說(shuō)明。4.解釋機(jī)制實(shí)現(xiàn)應(yīng)考慮的問(wèn)題

我們?cè)谠O(shè)計(jì)ES解釋機(jī)制的時(shí)候，應(yīng)考慮以下幾方面的問(wèn)題：

(1)建立適當(dāng)?shù)娜藱C(jī)接口。(2)建立對(duì)應(yīng)于由推理機(jī)生成的推理路徑，動(dòng)態(tài)解釋類型與所選取的靜態(tài)解釋內(nèi)容間的關(guān)聯(lián)，并記錄相應(yīng)的推理路徑及信息。(3)建立易于用戶接受的解釋信息的表達(dá)方式，即解釋的敘述問(wèn)題便于用戶理解、接受。

(4)建立并組織好所有的靜態(tài)解釋信息，它是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)運(yùn)行過(guò)程解釋的前提。解釋信息可以是：?直接由表層知識(shí)，如KB中規(guī)則的描述規(guī)定；?對(duì)應(yīng)于規(guī)則的對(duì)其的深層描述；?直接的深層知識(shí)（含因果、屬性、聯(lián)系等）。5.解釋機(jī)制的一般體系結(jié)構(gòu)或?qū)崿F(xiàn)用戶人機(jī)界面解釋信息的表達(dá)、敘述控制推理路徑及動(dòng)態(tài)信息對(duì)應(yīng)于KB及問(wèn)題求解組織機(jī)構(gòu)的解釋空間構(gòu)造上下文推理機(jī)5.2專家系統(tǒng)解釋機(jī)制實(shí)現(xiàn)的常用方法

專家系統(tǒng)常用的解釋方法包括：

?唱片/預(yù)制文本解釋法?追蹤解釋法?策略解釋法?自動(dòng)程序員法1.唱片/預(yù)制文本解釋法

(1)方法的基本思想

這是一種最簡(jiǎn)單也是最早的解釋方法，通過(guò)預(yù)先估計(jì)所有可解的問(wèn)題，將每個(gè)問(wèn)題的解釋語(yǔ)句存入系統(tǒng)中，這些被存入的語(yǔ)句可隨時(shí)調(diào)出和顯示。

當(dāng)用戶使用ES時(shí)，“放”出來(lái)的唱片句子用來(lái)幫助用戶：

?回答系統(tǒng)正在做什么；

?跟蹤系統(tǒng)運(yùn)行；

?顯示出錯(cuò)信息。

(2)唱片程序（句子）與解釋空間的關(guān)聯(lián)問(wèn)題

?問(wèn)題求解策略的每一個(gè)步驟：一段唱片程序；?問(wèn)題求解的每個(gè)動(dòng)作：一段唱片程序，說(shuō)明系統(tǒng)正在做什么，通過(guò)顯示以說(shuō)明或提前說(shuō)明一個(gè)動(dòng)作部分要做的具體工作：—系統(tǒng)調(diào)用了哪些函數(shù)；—函數(shù)的各種參數(shù)；—所作的假設(shè)；—所運(yùn)用的推理方式。?結(jié)合已有上下文內(nèi)容的狀態(tài)變量（對(duì)應(yīng)于唱片程序的不同片段）設(shè)置。

(3)唱片解釋法的特點(diǎn)與不足

?唱片解釋法主要用于回答系統(tǒng)正在做什么；?方法簡(jiǎn)單明了；?但知識(shí)工程師要事先估計(jì)所有可解的問(wèn)題，并對(duì)每一問(wèn)題提供解答；?唱片程序是預(yù)制的，運(yùn)用過(guò)程不是生成的，而是“放出”的；?唱片和知識(shí)庫(kù)相互獨(dú)立修改，不便于維護(hù)；?不具備解釋的智能性。2.追蹤解釋法

(1)基本思想

通過(guò)重新顯示系統(tǒng)問(wèn)題求解過(guò)程的推理路徑和通過(guò)重新顯示系統(tǒng)問(wèn)題求解過(guò)程中知識(shí)庫(kù)中知識(shí)的使用情況，來(lái)解釋系統(tǒng)是怎樣求解問(wèn)題直至得出結(jié)論的。?這種方法從系統(tǒng)運(yùn)行的角度來(lái)說(shuō)明系統(tǒng)的動(dòng)作；?解釋基于系統(tǒng)運(yùn)行中所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)信息，而唱片法則是基于預(yù)制唱片的靜態(tài)信息。

(2)設(shè)計(jì)追蹤法應(yīng)解決的關(guān)鍵問(wèn)題

Ⅰ.解釋中基本操作的確定：

?基本操作是解釋的基本層次；

?在這一層次上系統(tǒng)的求解行為將得到具體解釋；

?在基于不同知識(shí)表示模式的ES中，基本操作建議為知識(shí)表示中最基本的、獨(dú)立的數(shù)據(jù)單元，為框架系統(tǒng)中的框架，產(chǎn)生式系統(tǒng)中的規(guī)則。

Ⅱ.對(duì)應(yīng)于基本操作（或所選定的解釋層次）的動(dòng)態(tài)信息紀(jì)錄程序：

?用于記錄系統(tǒng)問(wèn)題求解過(guò)程中選定層次上的行為，這些行為包括：—各中間狀態(tài)下知識(shí)的匹配情況；

—各狀態(tài)的轉(zhuǎn)化情況；

?紀(jì)錄結(jié)果用于系統(tǒng)行為的跟蹤。

Ⅲ.設(shè)計(jì)一個(gè)與系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的/相反的解釋控制結(jié)構(gòu)：

?控制對(duì)記錄信息結(jié)果的行為理解；?對(duì)于“How”解釋，采用“自頂向下”的動(dòng)態(tài)信息樹(shù)（推理路徑)的搜索；?對(duì)于“Why”解釋，采用動(dòng)態(tài)信息樹(shù)（推理路經(jīng)及動(dòng)態(tài)信息）的搜索；

Ⅳ.設(shè)計(jì)一個(gè)接口程序：

根據(jù)記錄內(nèi)容和解釋控制結(jié)構(gòu)把跟蹤結(jié)果翻譯成用戶能理解的解釋語(yǔ)句。

(3)追蹤解釋法特點(diǎn)

?解釋基于動(dòng)態(tài)信息；?解釋過(guò)程簡(jiǎn)單；?同唱片法相比，能保證問(wèn)題求解過(guò)程與解釋代碼的一致性；?但把記錄內(nèi)容翻譯成用戶易理解的解釋難以做到，甚至做不到，原因在于：—程序代碼（動(dòng)態(tài)信息）與用戶領(lǐng)域?qū)Ｓ眯g(shù)語(yǔ)間的區(qū)別，自然語(yǔ)言接口難以實(shí)現(xiàn)；—只能偏重“How”解釋，而不能過(guò)多過(guò)深地進(jìn)行動(dòng)作合理化的“Why”解釋。3.策略解釋法

(1)基本思想

?對(duì)應(yīng)于兩級(jí)ES結(jié)構(gòu)的ES解釋機(jī)制；?問(wèn)題的求解策略由元知識(shí)定義；?對(duì)元知識(shí)庫(kù)的推理構(gòu)造了求解任務(wù)序列；?所有解釋基于元推理產(chǎn)生；?具體求解操作由領(lǐng)域ES完成。

(2)策略解釋法實(shí)現(xiàn)中應(yīng)注意的關(guān)鍵問(wèn)題

?其借用追蹤法的基本思想，所以應(yīng)在元級(jí)、領(lǐng)域級(jí)注意前后問(wèn)題；?建立元級(jí)、領(lǐng)域級(jí)解釋間的關(guān)聯(lián)。(3)策略解釋法的特點(diǎn)

?具備追蹤法的特點(diǎn)；?解釋層次抽象度高，解釋起點(diǎn)高；?但問(wèn)題求解策略知識(shí)必須能顯示抽象出來(lái)。4.自動(dòng)程序員方法

前面幾種方法，對(duì)“Why”解釋的支持性很弱，因?yàn)椤癢hy”解釋涉及到解釋行為的合理性問(wèn)題，而合理性解釋相關(guān)于問(wèn)題求解表層知識(shí)之外的深層知識(shí)，自動(dòng)程序員方法是為解決這一問(wèn)題而提出的。

(1)基本思想

?利用一個(gè)自動(dòng)程序員（程序生成器）來(lái)產(chǎn)生ES;?當(dāng)程序生成器從抽象目標(biāo)利用領(lǐng)域知識(shí)求精產(chǎn)生具體的執(zhí)行程序時(shí)，其保留求精過(guò)程的推理軌跡；?這種推理軌跡并不是執(zhí)行程序用于問(wèn)題求解所必需的知識(shí)，它是用于論證系統(tǒng)動(dòng)作的合理性。

(2)自動(dòng)程序員法的結(jié)構(gòu)?ES生成器：產(chǎn)生待求任務(wù)的執(zhí)行程序（其含ES的主要功能）；?其中“領(lǐng)域模型”和“領(lǐng)域原則”是領(lǐng)域?qū)ｉT知識(shí)，為生成器產(chǎn)生執(zhí)行程序提供知識(shí)；

ES生成器領(lǐng)域模型領(lǐng)域原則英語(yǔ)產(chǎn)生器用戶求精結(jié)構(gòu)ES

?求精機(jī)構(gòu)：是生成器產(chǎn)生執(zhí)行程序過(guò)程中所留下的軌跡，它含有產(chǎn)生過(guò)程中間軌跡和最終的軌跡程序；?領(lǐng)域模型：是問(wèn)題領(lǐng)域的描述性事實(shí)，包括實(shí)體間的因果關(guān)系、分類層次等；

?領(lǐng)域原則：

—是領(lǐng)域的問(wèn)題求解方法和啟發(fā)式過(guò)程，是關(guān)于問(wèn)題求解的過(guò)程性知識(shí)。—它告訴生成器具體工作的做法；—一條領(lǐng)域原則可看作一種抽象的過(guò)程模式；—利用領(lǐng)域模型中的事實(shí)填充這種抽象過(guò)程可產(chǎn)生具體的過(guò)程和操作；

領(lǐng)域模型領(lǐng)域原則生成執(zhí)行程序

?英語(yǔ)產(chǎn)生器：利用“求精結(jié)構(gòu)”，“領(lǐng)域模型”、“領(lǐng)域原則”構(gòu)造解釋語(yǔ)句，在不同層次上回答“Why”。

(3)特點(diǎn)?能給出“Why解釋”的合理性解釋，克服因深層知識(shí)的缺陷而導(dǎo)致的“Why”解釋的薄弱；?但自動(dòng)求精過(guò)程不易實(shí)現(xiàn)；?自動(dòng)程序生成是難點(diǎn)；?利用這種解釋方法來(lái)構(gòu)造英語(yǔ)解釋語(yǔ)句存在障礙。第六章專家系統(tǒng)的知識(shí)獲取

本章學(xué)習(xí)目的：

1.了解ES知識(shí)獲取的手段、方法、過(guò)程等；2.了解機(jī)器學(xué)習(xí)的方法、途徑及其在ES知識(shí)獲取中的地位、作用及應(yīng)用；3.了解知識(shí)獲取輔助工具的原理、結(jié)構(gòu)及建立方法。

本章主要講述以下內(nèi)容：

1.知識(shí)獲取的一般性問(wèn)題；2.知識(shí)/學(xué)習(xí)文本的生成：從知識(shí)源確定到概念化；3.知識(shí)的形式化過(guò)程；4.知識(shí)庫(kù)的建立；5.知識(shí)庫(kù)的調(diào)試與維護(hù)。6.1知識(shí)獲取的一般性問(wèn)題

ES用于領(lǐng)域問(wèn)題求解必須依賴于其知識(shí)庫(kù)的容量、質(zhì)量，而知識(shí)獲取就在于建筑出上述要求的知識(shí)庫(kù)。1.知識(shí)獲取的概念

?指從人類專家處獲取領(lǐng)域知識(shí)，并將其轉(zhuǎn)化成知識(shí)庫(kù)的過(guò)程；?知識(shí)獲取是ES建造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，亦是建造ES的“瓶頸”；?知識(shí)工程師在知識(shí)獲取過(guò)程中協(xié)調(diào)領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行領(lǐng)域知識(shí)的形式化，并在知識(shí)獲取中起關(guān)鍵作用。2.知識(shí)獲取的過(guò)程

知識(shí)獲取一般經(jīng)歷以下五個(gè)階段：

?知識(shí)源的確定?概念化階段文本形成；

?形式化階段；

?知識(shí)庫(kù)建立階段；

?知識(shí)庫(kù)測(cè)試、精煉與維護(hù)階段。

(1)知識(shí)源的確定

?首先由知識(shí)工程師根據(jù)待解領(lǐng)域問(wèn)題選擇一個(gè)（組）專家；?請(qǐng)教這些專家并學(xué)習(xí)領(lǐng)域有關(guān)的概念、問(wèn)題等；?制定（與專家一起）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)；?確定ES所需的知識(shí)源，如：—專家過(guò)去的問(wèn)題求解實(shí)例；—教科書(shū)中的知識(shí)；—隱含在專家大腦中的問(wèn)題求解經(jīng)驗(yàn)；

(2)知識(shí)文本形成或概念化階段針對(duì)各種知識(shí)源，與專家配合，確定系統(tǒng)目標(biāo)內(nèi)的主要概念、關(guān)系等的描述。

?確定數(shù)據(jù)類型——知識(shí)類型；?分析系統(tǒng)預(yù)定的輸入輸出；?系統(tǒng)目標(biāo)的分解（子問(wèn)題的劃分）；?每個(gè)子目標(biāo)的約束；?領(lǐng)域問(wèn)題的求解策略；?可使用的局部假設(shè)；?問(wèn)題領(lǐng)域中各實(shí)體的相關(guān)性；?問(wèn)題領(lǐng)域中各實(shí)體間的因果關(guān)系；?問(wèn)題領(lǐng)域中各實(shí)體間的層次、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)等；?形成知識(shí)文本（以自然跟蹤、圖形表示的上述內(nèi)容）；?當(dāng)采用機(jī)器學(xué)習(xí)自動(dòng)獲取知識(shí)時(shí)，形成學(xué)習(xí)文本。

(3)形式化階段

?選擇合適的知識(shí)表示模式（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）把概念化階段得出的知識(shí)文本表示出來(lái)；?或利用學(xué)習(xí)文本，調(diào)出相應(yīng)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，形成相應(yīng)的合適的知識(shí)表示模式。

(4)知識(shí)庫(kù)建立階段

?利用知識(shí)庫(kù)編輯機(jī)制把由知識(shí)文本轉(zhuǎn)化而來(lái)的形式化知識(shí)輸入，以建立知識(shí)庫(kù)；?或利用形式化知識(shí)自動(dòng)錄入機(jī)制，把經(jīng)機(jī)器學(xué)習(xí)生成的知識(shí)輸入到知識(shí)庫(kù)中；

(5)知識(shí)庫(kù)的測(cè)試、精煉、維護(hù)階段

?檢查、測(cè)試知識(shí)庫(kù)的推理路徑可達(dá)性（用實(shí)例）；?消除知識(shí)冗余——精煉；?消除知識(shí)的二義性——精煉；?對(duì)新增加知識(shí)的測(cè)試、精煉——維護(hù)。領(lǐng)域問(wèn)題學(xué)習(xí)文本形式化知識(shí)知識(shí)庫(kù)(2)自動(dòng)型知識(shí)獲取(3)混合型知識(shí)獲取結(jié)合兩種模型的知識(shí)獲取。3.知識(shí)獲取的類型從上述知識(shí)獲取的過(guò)程，我們可得出知識(shí)獲取的幾種類型：

(1)交互式知識(shí)獲取領(lǐng)域問(wèn)題知識(shí)文本形式化知識(shí)知識(shí)庫(kù)環(huán)境知識(shí)庫(kù)編輯知識(shí)庫(kù)推理機(jī)交互式系統(tǒng)知識(shí)獲取環(huán)境學(xué)習(xí)元知識(shí)庫(kù)性能元學(xué)習(xí)系統(tǒng)知識(shí)獲取4.關(guān)于知識(shí)獲取的交互系統(tǒng)與學(xué)習(xí)系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)6.2常用的機(jī)器學(xué)習(xí)方法

如前所述，利用“學(xué)習(xí)元”可將“學(xué)習(xí)文本”自動(dòng)地轉(zhuǎn)換成“形式化知識(shí)”?！皩W(xué)習(xí)元”的構(gòu)造取決于：—各種不同的學(xué)習(xí)算法；—學(xué)習(xí)策略；—知識(shí)表示方法；—應(yīng)用領(lǐng)域；學(xué)習(xí)元的構(gòu)造需使用“機(jī)器學(xué)習(xí)”技術(shù)。1.基本概念

所謂機(jī)器學(xué)習(xí)，就是要使計(jì)算機(jī)能夠模擬人的學(xué)習(xí)行為，自動(dòng)地通過(guò)學(xué)習(xí)獲取知識(shí)和技能，不斷改善技能，實(shí)現(xiàn)自我完善。2.機(jī)器學(xué)習(xí)的分類

目前常用的分類方法：

機(jī)械式學(xué)習(xí)指導(dǎo)式學(xué)習(xí)示例學(xué)習(xí)類比學(xué)習(xí)解釋學(xué)習(xí)基于演繹的學(xué)習(xí)基于歸納的學(xué)習(xí)歸納學(xué)習(xí)分析學(xué)習(xí)連接學(xué)習(xí)遺傳算法(1)按學(xué)習(xí)方法分類(2)按推理方式分類(3)按綜合屬性分類3.機(jī)械學(xué)習(xí)（RoteLearning）

(1)基本概念

這是一種最簡(jiǎn)單、最原始的學(xué)習(xí)方法，它通過(guò)記憶和評(píng)價(jià)外部環(huán)境所提供的信息達(dá)到學(xué)習(xí)的目的，學(xué)習(xí)系統(tǒng)（學(xué)習(xí)元）要做的工作是把經(jīng)過(guò)評(píng)價(jià)取得的信息存儲(chǔ)到知識(shí)庫(kù)，求解問(wèn)題時(shí)就從知識(shí)庫(kù)中檢索出相應(yīng)的知識(shí)直接用來(lái)求解問(wèn)題。?機(jī)械學(xué)習(xí)就是記憶；?學(xué)習(xí)元所做的工作僅僅是存儲(chǔ)新的知識(shí)；?需要時(shí)檢索出來(lái)即可。

例如：某個(gè)計(jì)算的輸入是：(x1,x2,……,xn)，計(jì)算后輸出是：(y1,y2,……,yn),

如果經(jīng)評(píng)價(jià)后得知該結(jié)果正確，則把聯(lián)想對(duì):[(x1,x2,……,xn),(y1,y2,……,yn)]存入知識(shí)庫(kù)，當(dāng)以后需要做同樣的計(jì)算時(shí)，只要從知識(shí)庫(kù)中檢索出來(lái)即可，而不需要重新計(jì)算了。

(2)利弊

機(jī)械式學(xué)習(xí)實(shí)質(zhì)上是用存儲(chǔ)空間來(lái)?yè)Q取處理時(shí)間，雖然節(jié)省了計(jì)算時(shí)間，但卻多占了存儲(chǔ)空間。當(dāng)因?qū)W習(xí)而積累的知識(shí)逐漸增多時(shí)，占用的空間就會(huì)越來(lái)越大，檢索的效率也就隨之下降。

2.歸納學(xué)習(xí)（LearningbyInduction)

歸納學(xué)習(xí)是應(yīng)用歸納推理進(jìn)行學(xué)習(xí)的一類學(xué)習(xí)方法，按其有無(wú)教師指導(dǎo)可分為示例學(xué)習(xí)和觀察與發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)。

?環(huán)境提供的信息是關(guān)于實(shí)際例子的輸入與輸出描述；?輸入數(shù)據(jù)、輸出結(jié)果規(guī)定了一個(gè)特殊的知識(shí)原則(特殊知識(shí));?學(xué)習(xí)元從這些特殊知識(shí)中假設(shè)和歸納出一般性知識(shí)。

(1)歸納推理

歸納是指從個(gè)別到一般，從部分到整體的一類推論行為。歸納推理是應(yīng)用歸納方法進(jìn)行的推理。常用的歸納推理方法有：

枚舉歸納聯(lián)想歸納類比歸納Ⅰ.枚舉歸納設(shè)a1,a2,

…是某類事物A中的具體事物，若已知a1,a2,

…,an

都有屬性P,并且沒(méi)有發(fā)生反例，當(dāng)n足夠大時(shí)，就可得出“A中所有事物都有屬性P”的結(jié)論。這是一種從個(gè)別事例歸納出一般性知識(shí)的方法，“A中所有事物都有屬性P”

是通過(guò)歸納得到的新知識(shí)。

例如：設(shè)有如下已知事例：張三是足球運(yùn)動(dòng)員，他的體格健壯。李四是足球運(yùn)動(dòng)員，他的體格健壯?！w十是足球運(yùn)動(dòng)員，他的體格健壯。

當(dāng)事例足夠多時(shí)，就可歸納出一個(gè)一般性知識(shí)：

凡是足球運(yùn)動(dòng)員，他的體格一定健壯。

考慮到可能會(huì)出現(xiàn)反例，可給這條知識(shí)增加一個(gè)可信度：凡是足球運(yùn)動(dòng)員，他的體格一定健壯（0.95）。Ⅱ.聯(lián)想歸納

若已知兩個(gè)事物a與b有n個(gè)屬性相同或相似，即：

a具有屬性P1，b也有屬性P1

a具有屬性P2，b也有屬性P2

。。。

a具有屬性Pn，b也有屬性Pn

并且還發(fā)現(xiàn)，a具有屬性Pn+1，則當(dāng)n足夠大時(shí)，可歸納出：

b也有屬性Pn+1

這一新知識(shí)。

例如：通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)孿生兄弟都有相同的身高、體重、相貌，都喜歡唱歌、跳舞，且喜歡吃相同的食物，而且發(fā)現(xiàn)其中一人喜歡畫山水畫，雖然我們沒(méi)有看到另一個(gè)也喜歡畫山水畫，但我們很容易聯(lián)想到另一個(gè)“也喜歡畫山水畫”，這就是聯(lián)想歸納。

由于聯(lián)想歸納是一種主觀不充分置信推理，因而經(jīng)歸納得出的結(jié)論可能會(huì)有錯(cuò)誤。

(2)示例學(xué)習(xí)（LearningbyExamples）示例學(xué)習(xí)是通過(guò)從環(huán)境中取得若干與某概念有關(guān)的例子，經(jīng)歸納得出一般性概念的一種學(xué)習(xí)方法。

在這種學(xué)習(xí)方法中，外部環(huán)境（教師）提供的是一組例子（正例和反例），這些例子實(shí)際上是一組特殊的知識(shí)，每一個(gè)例子表達(dá)了僅適用于該例子的知識(shí)，示例學(xué)習(xí)就是要從這些特殊知識(shí)中歸納出適合于更大范圍的一般性知識(shí)。

例如：我們用一批動(dòng)物作為示例，并且告訴學(xué)習(xí)系統(tǒng)哪一個(gè)動(dòng)物是“馬”，哪一個(gè)動(dòng)物不是，當(dāng)示例足夠多時(shí)，學(xué)習(xí)系統(tǒng)就能概括出關(guān)于“馬”的概念模型，使自己能識(shí)別“馬”。這一學(xué)習(xí)過(guò)程就是示例學(xué)習(xí)。

Ⅰ.示例學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)模型

其學(xué)習(xí)過(guò)程是：首先從示例空間（環(huán)境）中選擇合適的訓(xùn)練示例，然后經(jīng)過(guò)解釋歸納出一般性的知識(shí)，最后再?gòu)氖纠臻g中選擇更多的示例對(duì)它進(jìn)行驗(yàn)證，直到得到可實(shí)用的知識(shí)為止。

Ⅱ.常用的歸納算法——

強(qiáng)化/弱化算法：—用于歸納產(chǎn)生式規(guī)則：學(xué)習(xí)元的輸出為規(guī)則；—強(qiáng)化指使規(guī)則前提取值范圍加大：擴(kuò)大范圍；—弱化指使規(guī)則前提取值范圍變小：縮小范圍；

驗(yàn)證示例空間搜索解釋形成知識(shí)知識(shí)庫(kù)找一個(gè)規(guī)則模式用實(shí)例匹配判斷規(guī)則前提范圍大？弱化前提強(qiáng)化前提獲取一般性規(guī)則Stop判斷規(guī)則前提范圍?。縔YNN3.類比學(xué)習(xí)（LearningbyAnalogy）?指在幾個(gè)對(duì)象（實(shí)體）間檢測(cè)相似性；?根據(jù)一方對(duì)象（實(shí)體）所具有的事實(shí)和知識(shí)，推出相似對(duì)象所具有的事實(shí)與知識(shí)；?環(huán)境提供相關(guān)領(lǐng)域知識(shí)（與當(dāng)前所學(xué)習(xí)的問(wèn)題間有相似性）;?學(xué)習(xí)元找出相似性并得出相似準(zhǔn)則/知識(shí)。

(1)類比推理類比學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)是類比推理。

所謂類比推理是指：

由新情況與記憶中的已知情況在某些方面相似，從而推出它們?cè)谄渌矫嬉蚕嗨啤?/p>

類比推理是在兩個(gè)相似域之間進(jìn)行的：

?一個(gè)是已經(jīng)認(rèn)識(shí)的域，它包括過(guò)去曾經(jīng)解決過(guò)且與當(dāng)前待解決問(wèn)題類似的問(wèn)題以及相關(guān)知識(shí)，稱為源域，記做S；

?另一個(gè)是當(dāng)前尚未完全認(rèn)識(shí)的域，它是遇到的新問(wèn)題，稱為目標(biāo)域，記做T；

類比推理的目的是：從S中選出與當(dāng)前問(wèn)題最近似的問(wèn)題及其求解方法來(lái)求解當(dāng)前問(wèn)題，或者建立起目標(biāo)域中已有命題間的聯(lián)系，形成新知識(shí)。

(2)屬性類比學(xué)習(xí)

屬性類比學(xué)習(xí)是根據(jù)兩個(gè)相似事物的屬性實(shí)現(xiàn)類比學(xué)習(xí)的。

我們以1979年溫斯頓開(kāi)發(fā)的一個(gè)系統(tǒng)為例進(jìn)行說(shuō)明。在該系統(tǒng)中：

?原域和目標(biāo)域都是用框架表示的，分別稱為源框架和目標(biāo)框架；

?框架的槽用于表示事物的屬性；

其學(xué)習(xí)的過(guò)程是把源框架中的某些槽值傳遞到目標(biāo)框架的相應(yīng)槽中去。傳遞分兩步進(jìn)行：

Ⅰ.從源框架中選擇若干槽作為候選槽選擇方法是相繼使用如下啟發(fā)式規(guī)則：

?選擇那些具有極端槽值的槽作為候選槽；?選擇那些已經(jīng)被確認(rèn)為“重要槽”的槽作為候選槽；?選擇那些與源框架相似的框架中不具有的槽作為候選槽。如，S為源框架，S’是任一與S相似的框架，如果在S中有某些槽，但S’中不具有這些槽，則就選擇這些槽作為候選槽；?選擇那些相似框架中不具有這種槽值的槽作為候選槽。如，S為源框架，S’是任一與S相似的框架，如果在S中有某槽，其槽值為a，而S’中雖有這個(gè)槽，但其槽值不是a，則這個(gè)槽可被選為候選槽；?把源框架中所有槽都作為候選槽。當(dāng)用上述啟發(fā)式規(guī)則都無(wú)法確定候選槽，或所確定的候選槽不夠用時(shí)，可把源框架中所有的槽都作為候選槽，供下一步進(jìn)行篩選。

Ⅱ.根據(jù)目標(biāo)框架對(duì)候選槽進(jìn)行篩選篩選按以下啟發(fā)式規(guī)則進(jìn)行：

?選擇那些在目標(biāo)框架中還未填值的槽；?選擇那些在目標(biāo)框架中為典型事例的槽；?選擇那些與目標(biāo)框架有密切關(guān)系的槽，或者與目標(biāo)框架的槽類似的槽；

通過(guò)上述篩選，一般都可得到一組槽值，分別把它們填入到目標(biāo)框架的相應(yīng)槽中，即實(shí)現(xiàn)了源框架中某些槽值向目標(biāo)框架的傳遞。

(3)轉(zhuǎn)換類比學(xué)習(xí)（略）6.3知識(shí)/學(xué)習(xí)文本的生成

知識(shí)/學(xué)習(xí)文本是構(gòu)造知識(shí)庫(kù)的基礎(chǔ)，概念化階段以獲得完整的（基本上的）文本而結(jié)束。文本的獲得方法有：

?面談法（Interview)；?模擬法（Simulation）；

?協(xié)議分析法（ProtocolAnalysis）；

1.

面談式知識(shí)/學(xué)習(xí)文本的生成

(1)面談式知識(shí)文本的生成方法及過(guò)程

?知識(shí)工程師與專家直接對(duì)話；?知識(shí)工程師紀(jì)錄會(huì)話內(nèi)容；?對(duì)詳細(xì)的會(huì)話記錄進(jìn)行編輯并定義與領(lǐng)域問(wèn)題相關(guān)的術(shù)語(yǔ)、詞匯等，形成初始文本；?對(duì)初始文本不斷更新，形成知識(shí)的類自然語(yǔ)言表示（如事實(shí)、規(guī)則、信念、懷疑、假設(shè)等）的知識(shí)文本。

(2)面談式知識(shí)文本的生成過(guò)程中應(yīng)考慮的問(wèn)題

?如何有效的提問(wèn)，以解決對(duì)專家求解問(wèn)題過(guò)程的了解，提問(wèn)范圍：—求解什么（What?)；—為什么要這樣做（Why?)；—為何求解（How?)；—求解難點(diǎn)是什么（What?)；?應(yīng)抓住問(wèn)題的“要害”，使專家敘述的問(wèn)題有利于知識(shí)文本的生成；?解決怎樣才能很好的把會(huì)談?dòng)涗涋D(zhuǎn)化為初始文本，即：

—初始字典形成；—初始知識(shí)形成；?應(yīng)考慮下列幾方面問(wèn)題：

—解決不切題意的敘述、矛盾的敘述問(wèn)題；—解決專家與知識(shí)工程師對(duì)專門術(shù)語(yǔ)理解的一致性；—對(duì)模糊表示的切題理解；—對(duì)知識(shí)可信度的判斷。?解決好各階段知識(shí)工程師與專家間的反饋。(3)面談式知識(shí)文本生成的特點(diǎn)

?這是一種最常用的知識(shí)獲?。ǜ拍罨┦侄?，具有直觀性、易操作性；?但缺乏宏觀上的整體結(jié)構(gòu)；?過(guò)程冗長(zhǎng)，得出的記錄有時(shí)難以分析。2.模擬法知識(shí)/學(xué)習(xí)文本的生成模擬法有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種形式：

(1)靜態(tài)模擬法知識(shí)/學(xué)習(xí)文本的生成過(guò)程

?知識(shí)工程師提出一組實(shí)例：

—1.給出所有的好數(shù)據(jù)；—2.給出不完備的初始數(shù)據(jù)；?專家針對(duì)該問(wèn)題（實(shí)例）進(jìn)行求解，并說(shuō)明求解過(guò)程所用的知識(shí)與步驟，得到一套資料；?知識(shí)工程師總結(jié)后，形成文本。

(2)動(dòng)態(tài)模擬法知識(shí)/學(xué)習(xí)文本的生成過(guò)程?在專家處理某真實(shí)問(wèn)題時(shí)，知識(shí)工程師觀察并記錄下其求解步驟與相關(guān)知識(shí)信息；?分析處理所記錄內(nèi)容；?形成知識(shí)文本。

(3)模擬法知識(shí)文本的生成的特點(diǎn)

?無(wú)論靜態(tài)、動(dòng)態(tài)法皆能將知識(shí)獲取集中到所感興趣的場(chǎng)合中；?文本生成依賴于對(duì)問(wèn)題求解的操作過(guò)程，因此，知識(shí)文本生成有良好的結(jié)構(gòu)性；?所生成的文本知識(shí)專業(yè)、面窄（針對(duì)實(shí)例）；?對(duì)靜態(tài)法：工作壓力、時(shí)間壓力不同，可能導(dǎo)致專家在考慮問(wèn)題中的細(xì)節(jié)忽略；?對(duì)動(dòng)態(tài)法：雖然能了解專家在自然狀態(tài)下的工作，但費(fèi)時(shí)、費(fèi)力。3.協(xié)議分析法知識(shí)文本的生成

協(xié)議分析法實(shí)質(zhì)上是靜態(tài)模擬法的深化。

(1)過(guò)程

?首先在專家與知識(shí)工程師之間達(dá)成一個(gè)協(xié)議；—專家完成：解決問(wèn)題的處理知識(shí)與手段，講述思維活動(dòng)。—知識(shí)工程師：記錄、分析、歸納相應(yīng)內(nèi)容。

?專家根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)例求解過(guò)程作詳解，強(qiáng)調(diào)求解理由及深層知識(shí)信息，但也包括過(guò)程信息；（模擬法強(qiáng)調(diào)求解過(guò)程，但也包含詳細(xì)信息）。專家實(shí)驗(yàn)報(bào)告、案例等知識(shí)工程師?知識(shí)工程師記錄；?知識(shí)工程師分析記錄內(nèi)容：—把記錄內(nèi)容據(jù)詳解分成細(xì)目；—分塊形成結(jié)構(gòu)化形式；—總結(jié)出知識(shí)模型；—實(shí)現(xiàn)從特殊到一般的抽象；

—寫出文本。

(2)特點(diǎn)

?結(jié)構(gòu)化了會(huì)談式知識(shí)獲取方式；?不僅強(qiáng)調(diào)了求解過(guò)程的信息，更重要的是強(qiáng)調(diào)了求解理由及相關(guān)的深層知識(shí)；

?但知識(shí)工程師從特殊的具體特性到一般概念的抽象不易實(shí)現(xiàn)。

6.4知識(shí)的形式化及知識(shí)庫(kù)的建立

知識(shí)文本是對(duì)領(lǐng)域問(wèn)題的文字性的敘述或描述，而用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示它們——“知識(shí)表示”是形式化的主要工作。1.用于知識(shí)形式化的“知識(shí)表示”方法的選擇原則

(1)根據(jù)文本所描述的知識(shí)類型選擇相應(yīng)的“知識(shí)表示”模式

?深層：描述性知識(shí)事實(shí)性知識(shí)用命題等表示；

?淺層：判斷性知識(shí)啟發(fā)性知識(shí)用產(chǎn)生式表示。?過(guò)程性知識(shí)：用啟發(fā)式算法或其它算法實(shí)現(xiàn)。

(2)根據(jù)領(lǐng)域問(wèn)題求解習(xí)慣及方便性選擇“知識(shí)表示”模式

?對(duì)帶有循環(huán)或排序性質(zhì)的問(wèn)題求解：如工序順序安排等，可采用過(guò)程型（算法）知識(shí)表示方法；?對(duì)診斷問(wèn)題求解，其帶有因果鏈的搜索，可采用因果網(wǎng)等表示；

?對(duì)一般性的工藝設(shè)計(jì)（如工程決策、機(jī)床選擇、設(shè)計(jì)方案選擇等），可采用“產(chǎn)生式規(guī)則+框架”。

應(yīng)該指出的是：在一般情況下，一個(gè)工程ES中混合多種知識(shí)表示模式是不可避免的。2.知識(shí)形式化文本的建立過(guò)程在“知識(shí)表示”模式確定后，可將知識(shí)/學(xué)習(xí)文本轉(zhuǎn)變?yōu)樾问交男挛谋?，其建立過(guò)程為：

Ⅰ.針對(duì)知識(shí)文本：

(1)首先按ES未來(lái)的組織結(jié)構(gòu)將知識(shí)文本劃分為若干塊；(2)對(duì)每塊選擇相應(yīng)的“知識(shí)表示模式”（單獨(dú)或組合）；(3)按符合知識(shí)庫(kù)創(chuàng)建的輸入模塊的輸入格式要求寫出每塊的知識(shí)；(4)對(duì)每塊知識(shí)進(jìn)行樹(shù)狀、層次式、圖狀重排；總之，生成形式化后的、符合KB輸入模塊的輸入數(shù)據(jù)格式要求的新文本。

Ⅱ.針對(duì)學(xué)習(xí)文本主要是根據(jù)學(xué)習(xí)算法模塊的輸入數(shù)據(jù)格式要求，把學(xué)習(xí)文本映射成相應(yīng)的新文本（過(guò)程類同于上）。3.知識(shí)庫(kù)的建立一旦知識(shí)的形式化過(guò)程完成，則可用三種模式實(shí)現(xiàn)KB的建立。

?通過(guò)KB編輯模塊；

?通過(guò)學(xué)習(xí)算法模塊；

?通過(guò)知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)（KBMS）。

(1)利用KB編輯模塊建立KB

Ⅰ.

流程：形式化新文本KB編輯模塊組織結(jié)構(gòu)

Ⅱ.

KB編輯模塊的構(gòu)造及組成：

?規(guī)定一致于形式化文本表示模式的輸入格式；?規(guī)定一致于形式化文本組織知識(shí)塊的結(jié)構(gòu)的錄入控制機(jī)制；?錄入知識(shí)的語(yǔ)法、句法檢驗(yàn)；

?錄入或已入庫(kù)知識(shí)的進(jìn)一步編輯、插入、刪除、修改、顯示等。

Ⅲ.該方法的特點(diǎn)：?形式化文本、KB編輯器、KB三者在數(shù)據(jù)格式、組織形式、知識(shí)表示模式方面密切相關(guān)、不能相互獨(dú)立；

?

KB編輯器屬專用的文本處理器；

?編程實(shí)現(xiàn)方便；

?系統(tǒng)在邏輯及具體實(shí)現(xiàn)上易行、方便。

Ⅳ.目前一種新的智能KB編輯器的框架：

知識(shí)文本用戶接口自然語(yǔ)言理解知識(shí)入庫(kù)控制知識(shí)管理模塊KB

(2)利用學(xué)習(xí)算法模塊建立KB

Ⅰ.流程這是一種智能化知識(shí)自動(dòng)獲取及建庫(kù)模式。

?學(xué)習(xí)算法模塊：—1.由其輸入格式?jīng)Q定的形式化學(xué)習(xí)文本，產(chǎn)生出特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的知識(shí)（最一般的為產(chǎn)生式規(guī)則）；—2.而學(xué)習(xí)算法如前所述，為歸納學(xué)習(xí)中的“強(qiáng)化-弱化算法”。形式化學(xué)習(xí)文本學(xué)習(xí)算法模塊知識(shí)入庫(kù)模塊知識(shí)管理模塊KB

?知識(shí)入庫(kù)控制模塊—1.相關(guān)到KB的組織結(jié)構(gòu)；—2.檢查新生成知識(shí)的合法性；—3.把學(xué)習(xí)所得的知識(shí)存入KB相應(yīng)位置。

?知識(shí)管理模塊

用于在特定的KB組織結(jié)構(gòu)和知識(shí)表示模式的控制下的顯示、修改、刪除、插入及語(yǔ)法、語(yǔ)義檢查。

Ⅱ.特點(diǎn)

?實(shí)現(xiàn)KB的自動(dòng)獲?。?所有模塊密切關(guān)聯(lián)；

?但本知識(shí)獲取方式實(shí)現(xiàn)困難，理論支持下降。(3)利用知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)創(chuàng)建知識(shí)庫(kù)

Ⅰ.流程

?類似于DBMS，首先用KBMS定義知識(shí)庫(kù)模式；—1.KB結(jié)構(gòu)；—2.知識(shí)表示模式。

?利用KBMS的庫(kù)操作語(yǔ)言錄入形式化文本信息，并根據(jù)所定義的庫(kù)模式映射出相應(yīng)的庫(kù)文件來(lái)。

?對(duì)KB的管理由KBMS的庫(kù)操作語(yǔ)言（程序）執(zhí)行。形式化文本KBMSKB

Ⅱ.特點(diǎn)

?知識(shí)獲取方式仍為交互式（用知識(shí)編輯模塊）；?但KBMS本身與“形式化文本和KB”相分離，而由KBMS定義的KB模式、子模式（知識(shí)模式）與它們有關(guān)；?KBMS為知識(shí)庫(kù)建立提供了通用工具；?KBMS實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。

以上用于建立KB的功能模塊也稱知識(shí)獲取輔助工具，包括：

?KB編輯模塊;

?學(xué)習(xí)算法模塊;

?KBMS;4.關(guān)于單條知識(shí)的合法性檢查

在知識(shí)錄入過(guò)程中，必須對(duì)單條知識(shí)進(jìn)行合法性檢查：?單條知識(shí)的語(yǔ)法是否符合具體的知識(shí)表示模式的定義；?單條知識(shí)的詞法是否符合具體的知識(shí)表示模式的定義；?單條知識(shí)的語(yǔ)義是否符合具體的知識(shí)表示模式的定義；6.5知識(shí)庫(kù)的調(diào)試與精煉、知識(shí)求精、維護(hù)

知識(shí)庫(kù)初建后，還必須進(jìn)行調(diào)試、精煉與維護(hù)。1.知識(shí)庫(kù)的調(diào)試與精煉

(1)調(diào)試與精練的用途

?知識(shí)庫(kù)調(diào)試主要是用推理機(jī)測(cè)試所有可能推理路徑的可達(dá)性；

?知識(shí)庫(kù)的精煉指：—消除KB中的冗余；—消除知識(shí)中的知識(shí)二義性；—消除不可達(dá)現(xiàn)象。

調(diào)試與精煉兩者相輔相成。

(2)知識(shí)庫(kù)調(diào)試中應(yīng)考慮的問(wèn)題

?盡可能多的選擇KB能表達(dá)的推理目標(biāo)進(jìn)行測(cè)試；?用于測(cè)試的推理機(jī)應(yīng)匹配于KB的組織形式；

?推理機(jī)與解釋機(jī)制能很好結(jié)合并方便地進(jìn)行錯(cuò)誤定位。

(3)關(guān)于知識(shí)庫(kù)精煉

Ⅰ.冗余知識(shí)的消除：

例如：ifa&bthenc,ifathend,ifb&dthencd為與其它規(guī)則無(wú)關(guān)聯(lián)命題，則最后一組規(guī)則冗余，可去除。

Ⅱ.二義性消除修改

例如,ifa&bthencifa&bthend

如果要消除，可通過(guò)增加前提，去除一個(gè)。

Ⅲ.不可達(dá)知識(shí)去除修改所有可能的推理路徑都不會(huì)用到的知識(shí)必須去除或修改。

Ⅳ.知識(shí)順序的再組織知識(shí)存放順序影響到：—推理效率；—沖突消除。因此，有時(shí)有必要重新組織知識(shí)順序，提高推理效率及方便沖突消除。

Ⅴ.去除矛盾性知識(shí)例如：ifa&bthenc,ifa&bthenc應(yīng)解決。

2.知識(shí)求精知識(shí)庫(kù)中除了可能存在上述的冗余、茅盾等問(wèn)題外，還可能存在知識(shí)不完整的問(wèn)題，以至在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)判或漏判的錯(cuò)誤。

?錯(cuò)判：指對(duì)給定的不應(yīng)產(chǎn)生某一結(jié)論的條件，但系統(tǒng)運(yùn)行卻得出了這一結(jié)論。例如，對(duì)一個(gè)肝病診斷專家系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，把不是肝炎的診斷為肝炎，這就是錯(cuò)判。

?漏判：指在給定條件下，本來(lái)應(yīng)該推出的結(jié)論沒(méi)有推出來(lái)。例如把肝炎病人診斷為不是肝炎。

?知識(shí)求精：為了找出導(dǎo)致錯(cuò)誤的原因，就需要找出產(chǎn)生這些錯(cuò)誤的知識(shí)，予以改進(jìn)，以提高知識(shí)庫(kù)的可靠性，這稱為知識(shí)求精。

?知識(shí)求精的一般方法：

用一批有已知結(jié)論的實(shí)例考核知識(shí)庫(kù)，看有多少實(shí)例被知識(shí)庫(kù)錯(cuò)判及漏判，然后對(duì)知識(shí)作適當(dāng)修正，以提高知識(shí)的精度。

知識(shí)求精方法與知識(shí)的表示方法有密切關(guān)系。3.知識(shí)庫(kù)的維護(hù)當(dāng)調(diào)試與精煉完成提供給ES使用后，要對(duì)ES進(jìn)行維護(hù)。這些維護(hù)包括：

?KB的顯示；

?KB知識(shí)增加后再調(diào)試與精煉；?KB知識(shí)刪除后再調(diào)試與精煉；?KB知識(shí)修改后再調(diào)試與精煉；具體實(shí)現(xiàn)方法使用前述過(guò)程。

第七章專家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法學(xué)及典型系統(tǒng)評(píng)述

前面各章介紹了ES的各組織環(huán)節(jié)的原理及開(kāi)發(fā)：

?知識(shí)表示；?推理技術(shù)?解釋機(jī)制?問(wèn)題求解控制策略；?知識(shí)獲取等。

但如何將他們“集成”起來(lái)，創(chuàng)造出面向?qū)ｉT領(lǐng)域的ES，則是專家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法學(xué)應(yīng)解決的問(wèn)題。

本章主要內(nèi)容涉及ES開(kāi)發(fā)方法學(xué)部分內(nèi)容:1.ES的選題與設(shè)計(jì)原則；2.研制ES的基本步驟；3.深化ES。

4.此外，我們還要介紹一個(gè)典型的專家系統(tǒng)：MYCIN（RULE）；

7.1專家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法學(xué)1.概述經(jīng)驗(yàn)表明，ES的開(kāi)發(fā)是一項(xiàng)曠日費(fèi)時(shí)的復(fù)雜工作，其具備以下幾方面的特點(diǎn)：

(1)開(kāi)發(fā)ES的特點(diǎn)

Ⅰ.在方法學(xué)的成熟性方面

?AI及ES各項(xiàng)基本技術(shù)的有效性、適用性無(wú)法精確說(shuō)明；?開(kāi)發(fā)ES在很大程度上憑經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)工作；?研制ES不存在可共同遵循的一套完整規(guī)范化方法；

Ⅱ.在ES的程序開(kāi)發(fā)方面?不同于傳統(tǒng)的基于算法的程序開(kāi)發(fā)；?將知識(shí)表示技術(shù)、利用知識(shí)的推理技術(shù)，融于傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)過(guò)程；?有人認(rèn)為：ES的程序開(kāi)發(fā)與其說(shuō)是一門科學(xué)，還不如說(shuō)是一門藝術(shù)；

Feigonbaum教授曾說(shuō)：“設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)的藝術(shù)既是程序設(shè)計(jì)藝術(shù)的一部分，又是它的擴(kuò)展，這就是用表示知識(shí)的技術(shù)和利用知識(shí)進(jìn)行推理的技術(shù)來(lái)構(gòu)造復(fù)雜的計(jì)算機(jī)程序的藝術(shù)?！?/p>

Ⅲ.在ES的知識(shí)方面

?“知識(shí)”是開(kāi)發(fā)ES的“瓶頸”，這一點(diǎn)在前面已有介紹；?ES要達(dá)到專家求解水平，必須掌握專家求解問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，它們是：大量的、專門的、非結(jié)構(gòu)化的、隱式的、長(zhǎng)期積累的；?知識(shí)層不良結(jié)構(gòu)，在專家頭腦中無(wú)定型形式，KB整理困難；?專門知識(shí)建立在經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撘罁?jù)；?知識(shí)抽取往往憑某些重復(fù)出現(xiàn)的因果聯(lián)系或直覺(jué)，而專家在描述這些知識(shí)時(shí)，很難做到準(zhǔn)確無(wú)誤。

Ⅳ.在ES的發(fā)展?fàn)顩r方面?ES的發(fā)展正向復(fù)雜化、實(shí)用化方面發(fā)展，并不斷進(jìn)入到新應(yīng)用領(lǐng)域；?ES的開(kāi)發(fā)更多地利用著當(dāng)前AI技術(shù)的新成果；?ES開(kāi)發(fā)更多地利用AI技術(shù)與其它技術(shù)（如數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、CAD技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)及各種接口技術(shù)等）的結(jié)合。

(2)開(kāi)發(fā)ES的難點(diǎn)

主要定位在知識(shí)獲取方面，即：專家的知識(shí)與ES所用的表示知識(shí)的方法在抽象層次上的不一致性，這種層次包括：

?語(yǔ)義描述；?組織結(jié)構(gòu)；?表達(dá)形式。實(shí)現(xiàn)這種“不一致”的轉(zhuǎn)換極為困難。

(3)專家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法學(xué)涉及的主要內(nèi)容

Ⅰ.對(duì)各項(xiàng)ES單元技術(shù)的使用方法：

?知識(shí)表示；?推理；?解釋。

Ⅱ.集成各項(xiàng)單元技術(shù)的方法：?jiǎn)栴}求解的組織結(jié)構(gòu)與控制策略；

Ⅲ.ES的選題與設(shè)計(jì)原則；

Ⅳ.研制ES的基本步驟。2.ES的選題與設(shè)計(jì)原則

(1)ES的選題原則

Ⅰ.

ES的選題原則是：

指出哪種特定的問(wèn)題比較適合于應(yīng)用專家系統(tǒng)；

Ⅱ.適合于應(yīng)用ES的問(wèn)題須滿足三個(gè)先決條件：

?存在一個(gè)可以與之合作的DE（DomainExpert），通常，不存在公認(rèn)專家的領(lǐng)域有二：—1.問(wèn)題求解已有成熟的方法，領(lǐng)域內(nèi)一般人員均可處理好；—2.問(wèn)題求解過(guò)于復(fù)雜，人類無(wú)法較好地解決它們。

?DE是通過(guò)啟發(fā)式方法求解問(wèn)題的，即領(lǐng)域含人類未徹底掌握的，不存在成熟算法的場(chǎng)合；?DE的知識(shí)能盡量的用語(yǔ)言表達(dá)清楚：

—

這樣便于KE整理、形式化知識(shí)；—而依賴于感覺(jué)、直覺(jué)工作的領(lǐng)域，ES求解效果不顯著。

Ⅲ.ES選題的其它應(yīng)考慮的問(wèn)題

?問(wèn)題的范圍應(yīng)比較狹窄，因?yàn)椋骸?.AI技術(shù)受限，無(wú)表示知識(shí)、利用知識(shí)、獲取知識(shí)的通用技術(shù)；—2.不便于表示大量的、形式多樣的常識(shí)性知識(shí)。

?問(wèn)題難度適當(dāng)，因?yàn)椋骸?.太簡(jiǎn)單，失去應(yīng)用ES的意義；—2.太復(fù)雜，使系統(tǒng)難以構(gòu)造，且處理效率及水平過(guò)低。

?針對(duì)特定的應(yīng)用目的及領(lǐng)域：—1.對(duì)缺乏高級(jí)專門人才的領(lǐng)域，用ES發(fā)揮DE級(jí)的應(yīng)用水平；—2.代替人的部分腦力勞動(dòng)：涉及到大量重復(fù)性勞動(dòng)，如信號(hào)數(shù)據(jù)解釋等。

(2)ES的設(shè)計(jì)原則

Ⅰ.眾所周知，設(shè)計(jì)ES的基礎(chǔ)是：領(lǐng)域?qū)＜褼E；知識(shí)工程師KE；大量的知識(shí)（經(jīng)驗(yàn)、實(shí)例等）。這也稱開(kāi)發(fā)ES的三個(gè)基本要素。Ⅱ.知識(shí)庫(kù)與推理機(jī)分離

?它是實(shí)現(xiàn)或設(shè)計(jì)ES的基本原則；

?使解釋、可信度傳播等能夠?qū)崿F(xiàn)。

Ⅲ.盡量使用統(tǒng)一的知識(shí)表示方法；

Ⅳ.

推理機(jī)盡量簡(jiǎn)化，保證解釋等工作量??；

Ⅴ.利用冗余以彌補(bǔ)知識(shí)的不完整，不精確；3.研制ES的基本步驟

雖然目前還沒(méi)有一種規(guī)范化的開(kāi)發(fā)步驟，但近三十年的開(kāi)發(fā)表明，開(kāi)發(fā)一個(gè)成功的ES大致要經(jīng)歷：

準(zhǔn)備階段；研究問(wèn)題；整理知識(shí)；建立模型系統(tǒng)；改進(jìn)與擴(kuò)充；測(cè)試與評(píng)價(jià)；商品化；

(1)準(zhǔn)備階段

當(dāng)KE與DE打算合作開(kāi)發(fā)ES時(shí)，雙方可著手以下準(zhǔn)備工作：?雙方共同探討、選擇一種合適的問(wèn)題；

?初步規(guī)劃、制定系統(tǒng)求解問(wèn)題的范圍；

?一旦雙方確定基本目標(biāo)，可開(kāi)始著手知識(shí)獲取的前兩步工作。

(2)研究問(wèn)題：

KE與DE共同探討ES開(kāi)發(fā)的細(xì)節(jié)：范圍與難度，開(kāi)發(fā)費(fèi)用、時(shí)間、機(jī)器等。

Ⅰ.系統(tǒng)求解范圍細(xì)化及難度討論

?細(xì)化求解范圍；

?確定各子任務(wù)求解難度，以得到分配資源的原由；

Ⅱ.合理分配資源、開(kāi)發(fā)費(fèi)用、時(shí)間等?合理的開(kāi)發(fā)資源分配取決于問(wèn)題求解的難度。一般：

—1.

開(kāi)發(fā)一個(gè)難度適中的ES約需5~6人年的工作量；

—2.

開(kāi)發(fā)一個(gè)難度較大的ES約需10人年的工作量；

—3.開(kāi)發(fā)一個(gè)難度很大的ES約需20人年的工作量；

?一種參考到中等難度的ES的時(shí)間分配可為：

時(shí)間：2年工作量：6人年人員分配：高級(jí)KE：6.5年低級(jí)KE：2年人工智能程序員：2年領(lǐng)域?qū)＜遥?.5年

?合理分配開(kāi)發(fā)ES所用的設(shè)備、軟件支持、開(kāi)發(fā)資金等。主流類型小型中型大型規(guī)則數(shù)量50~350(條)500~3000(條)5000~10000(條)工作量3~6（人年）8~15（人年）20人年以上資金$40,000~60,000$500,000~1000,000$2000,000~5000,000機(jī)器微型機(jī)、小型機(jī)小型機(jī)、中型機(jī)中型機(jī)、大型機(jī)預(yù)算表

(3)整理知識(shí)主要完成知識(shí)獲取從“知識(shí)源確定”到“知識(shí)概念化”到“知識(shí)形式化”的三個(gè)階段。

(4)建立模型系統(tǒng)

Ⅰ.建立模型系統(tǒng)，從三個(gè)方面著手：

ⅰ.完成初級(jí)知識(shí)庫(kù)的建立；

ⅱ.建立一個(gè)初級(jí)ES的程序系統(tǒng)；

?知識(shí)編輯；

?推理機(jī)；?解釋機(jī)；?簡(jiǎn)單界面等。

ⅲ.測(cè)試該模型系統(tǒng)，證明技術(shù)可行性。

這些工作也可由所選擇的適當(dāng)?shù)腅S開(kāi)發(fā)工具實(shí)現(xiàn)。

Ⅱ.模型系統(tǒng)的作用：

?驗(yàn)證前階段所形成的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的正確性；

?提高ES開(kāi)發(fā)者的興趣（指領(lǐng)域?qū)＜遥?/p>

Ⅲ.實(shí)現(xiàn)模型應(yīng)注意的問(wèn)題：

?不追求系統(tǒng)盡善盡美，尤其是不追求KB的完美無(wú)缺；?保持模型系統(tǒng)的簡(jiǎn)單化，以便隨著對(duì)系統(tǒng)的修改、對(duì)附加功能的修改而增加。

?開(kāi)發(fā)一些簡(jiǎn)單的輔助功能（如知識(shí)編輯、解釋功能等）；?模型系統(tǒng)的建造是開(kāi)發(fā)ES過(guò)程中很重要的一步，它對(duì)ES后期的開(kāi)發(fā)有重要影響。

(5)改進(jìn)與擴(kuò)充以一種循環(huán)工作模式著手下面三方面的工作：

Ⅰ.知識(shí)庫(kù)的逐步深化

Ⅱ.ES程序功能的擴(kuò)充—1.推理機(jī)；—2.解釋機(jī)；—3.控制策略等；—4.輔助功能。

Ⅲ.構(gòu)造和應(yīng)用一些測(cè)試工具—1.測(cè)試實(shí)例庫(kù)的建立；—2.運(yùn)行跟蹤等。應(yīng)指出，對(duì)于第二方面的工作，“ES的核心部分（KB、推理機(jī)等）程序量”<“輔助模塊”。例如：Schlumbeiger公司開(kāi)發(fā)的石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)解釋專家系統(tǒng)DipmeterAdvisor中：推理機(jī)：8%人機(jī)接口：40%知識(shí)庫(kù)：22%支持環(huán)境：15%檢驗(yàn)：15%4.專家系統(tǒng)的評(píng)價(jià)

ES的開(kāi)發(fā)過(guò)程是一個(gè)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期反饋、逐步進(jìn)化、完善的過(guò)程，對(duì)ES的評(píng)價(jià)（含非正式）實(shí)際上貫穿于系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的全過(guò)程：

(1)ES評(píng)價(jià)的定義

?檢測(cè)所開(kāi)發(fā)的ES在各個(gè)層次上的正確性、準(zhǔn)確性、實(shí)用性；?在評(píng)價(jià)中獲得各種基于AI的技術(shù)指標(biāo)。

(2)ES評(píng)價(jià)的內(nèi)容

對(duì)ES的評(píng)價(jià)內(nèi)容有多種不同的考慮，概括為：

?評(píng)價(jià)系統(tǒng)的性能：了解求解水平是否達(dá)到DE水準(zhǔn)、可否實(shí)際應(yīng)用；

?評(píng)價(jià)系統(tǒng)的靈活性：看其是否便于修改和擴(kuò)充知識(shí)庫(kù)的知識(shí)；

?評(píng)價(jià)系統(tǒng)的透明性：看其解題過(guò)程及系統(tǒng)本身是否容易為用戶和系統(tǒng)維護(hù)人員所理解；?評(píng)價(jià)系統(tǒng)的可用性，如評(píng)價(jià)：—1.系統(tǒng)使用方法是否簡(jiǎn)單易行；—2.人機(jī)通信手段是否直觀；—3.系統(tǒng)求解問(wèn)題的效率是否令人滿意；—4.系統(tǒng)能否推廣應(yīng)用等。?評(píng)價(jià)系統(tǒng)的效益：—1.系統(tǒng)能否產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益；—2.系統(tǒng)效益與系統(tǒng)造價(jià)是否相適應(yīng)。?評(píng)價(jià)系統(tǒng)的意義：—1.理論意義：對(duì)ES的發(fā)展和推廣的貢獻(xiàn)；—2.現(xiàn)實(shí)意義：對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)。上述六項(xiàng)內(nèi)容依次形成一個(gè)“由低到高”的評(píng)價(jià)層次結(jié)構(gòu)，一般來(lái)說(shuō)，只有通過(guò)較低的評(píng)價(jià)才能進(jìn)入較高的評(píng)價(jià)。

(3)ES評(píng)價(jià)的原則針對(duì)上述各層次的評(píng)價(jià)內(nèi)容，ES的評(píng)價(jià)遵循以下各原則：

Ⅰ.復(fù)雜的事物或過(guò)程不能用某種單一的指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià);

Ⅱ.評(píng)價(jià)的指標(biāo)越多，評(píng)價(jià)的等級(jí)越細(xì)，構(gòu)成總體評(píng)價(jià)的信息就越多；Ⅲ.人們根據(jù)各自的興趣產(chǎn)生的評(píng)價(jià)會(huì)有沖突；

Ⅳ.只要準(zhǔn)確定義如何評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)工作都可根據(jù)實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行。

根據(jù)以上原則，可為各層次的評(píng)價(jià)內(nèi)容設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)方法與指標(biāo)。

(4)ES的評(píng)價(jià)方法

?開(kāi)發(fā)者自評(píng)價(jià)法；

?同行專家評(píng)議法（鑒定會(huì)法、調(diào)查表法）；

?用戶評(píng)價(jià)法（實(shí)例測(cè)試法、調(diào)查表法）。

無(wú)論哪種方法，都必須：Ⅰ.從低層次到高層次逐次評(píng)價(jià)；

Ⅱ.設(shè)計(jì)好相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)；

Ⅲ.做好對(duì)反饋信息的處理；

Ⅳ.借助特定的評(píng)估工具（如實(shí)例庫(kù)、Batch程序）。

(5)評(píng)價(jià)出的ES級(jí)別

Ⅰ.演示原型：

?這類系統(tǒng)能解決應(yīng)用領(lǐng)域中的一部分問(wèn)題；

?主要作用是說(shuō)明系統(tǒng)所采用的AI技術(shù)適于該領(lǐng)域；?進(jìn)一步表明該領(lǐng)域可用ES求解以達(dá)到目標(biāo)。

Ⅱ.研究原型：

?對(duì)領(lǐng)域問(wèn)題的求解較完整，且性能可靠；?但未進(jìn)行完整的測(cè)試與認(rèn)真的修改，系統(tǒng)行為有些脆弱。

Ⅲ.領(lǐng)域原型：

?已在用戶環(huán)境下接受大范圍的測(cè)試；?具有足夠的可靠性和良好的性能。

Ⅳ.產(chǎn)品模型：

在用戶環(huán)境下，在性能、求解問(wèn)題的效率、靈活性、透明性等方面都達(dá)到比較令人滿意的程度。7.2典型專家系統(tǒng)評(píng)述

典型系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)對(duì)ES技術(shù)的發(fā)展具有里程碑的作用，這些系統(tǒng)包括：

?MYCIN——（醫(yī)學(xué)診斷專家系統(tǒng)）?PROSPECTOR——（地質(zhì)勘探專家系統(tǒng)）?DENDRAL——（化學(xué)分析專家系統(tǒng)）?AM——（數(shù)學(xué)發(fā)現(xiàn)專家系統(tǒng)）

本節(jié)將從知識(shí)表示、推理實(shí)現(xiàn)、問(wèn)題求解組織與控制等方面對(duì)MYCIN系統(tǒng)作一介紹。醫(yī)學(xué)診斷專家系統(tǒng)MYCIN

(1)研究與開(kāi)發(fā)背景

?1972年開(kāi)始，由Stanford大學(xué)開(kāi)始開(kāi)發(fā)，1974年基本完成，后經(jīng)多次改進(jìn)，最終發(fā)展成一個(gè)著名系統(tǒng)。MYCIN用LISP開(kāi)發(fā)。?其原始工作基于shortliffe的ph.D論文。