第三章專家系統(tǒng)

第三章專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)概述基于規(guī)則的專家系統(tǒng)基于框架的專家系統(tǒng)基于模型的專家系統(tǒng)新型專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具NOTE教學(xué)內(nèi)容：本章主要介紹專家系統(tǒng)的定義、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和類型，分析了基于規(guī)則的專家系統(tǒng)、基于框架的專家系統(tǒng)和基于模型的專家系統(tǒng)，歸納了協(xié)同式和分布式等新型專家系統(tǒng)，并結(jié)合實(shí)例介紹了專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和開(kāi)發(fā)工具。教學(xué)重點(diǎn)：專家系統(tǒng)的特點(diǎn)、專家系統(tǒng)的類型、專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等。教學(xué)難點(diǎn)：專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。教學(xué)要求：重點(diǎn)掌握專家系統(tǒng)的基本概念和設(shè)計(jì)，掌握基于規(guī)則、基于模型、基于框架的專家系統(tǒng)，了解新型專家系統(tǒng)的一些概念和類型，一般了解專家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工具以及評(píng)價(jià)方法。3.1專家系統(tǒng)概述專家系統(tǒng)（ExpertSystem，簡(jiǎn)稱ES）是人工智能應(yīng)用研究最活躍和最廣泛的課題之一。專家系統(tǒng)是一個(gè)含有大量的某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R(shí)與經(jīng)驗(yàn)智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，能夠利用人類專家的知識(shí)和解決問(wèn)題的方法來(lái)處理該領(lǐng)域問(wèn)題。簡(jiǎn)而言之，專家系統(tǒng)是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問(wèn)題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。1專家系統(tǒng)的概念1.1什么是專家系統(tǒng)自從1965年世界上第一個(gè)專家系統(tǒng)DENDRAL問(wèn)世以來(lái)，專家系統(tǒng)的技術(shù)和應(yīng)用，在短短的30年間獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展。特別是20世紀(jì)80年代中期以后，隨著知識(shí)工程技術(shù)的日漸豐富和成熟，各種各樣的實(shí)用專家系統(tǒng)如雨后春筍般地在世界各地不斷涌現(xiàn)。那么，究竟什么是專家系統(tǒng)呢？

專家系統(tǒng)（ExpertSystem)亦稱專家咨詢系統(tǒng)，它是一種智能計(jì)算機(jī)(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(shí)際問(wèn)題的計(jì)算機(jī)(軟件)系統(tǒng)。我們知道“專家”就是專門(mén)家，是某一專門(mén)領(lǐng)域的行家里手。專家之所以是專家，是因?yàn)樗ㄋ┙鉀Q問(wèn)題時(shí)具有超凡的能力和水平。專家之所以具有超凡的能力和水平，是因?yàn)?1)專家擁有豐富的專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，或者說(shuō)他（她）擁有豐富的理論知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，特別是經(jīng)驗(yàn)知識(shí)；(2)專家具有獨(dú)特的思維方式，即獨(dú)特的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的方法和策略。

專家系統(tǒng)應(yīng)該具備以下四個(gè)要素：(1)應(yīng)用于某專門(mén)領(lǐng)域；(2)擁有專家級(jí)知識(shí)；(3)能模擬專家的思維；(4)能達(dá)到專家級(jí)水平。所以，準(zhǔn)確一點(diǎn)講，專家系統(tǒng)就應(yīng)該是：應(yīng)用于某一專門(mén)領(lǐng)域，擁有該領(lǐng)域相當(dāng)數(shù)量的專家級(jí)知識(shí)，能模擬專家的思維，能達(dá)到專家級(jí)水平，能像專家一樣解決困難和復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題的計(jì)算機(jī)(軟件)系統(tǒng)。1.2專家系統(tǒng)的特點(diǎn)同一般的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)（如數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等）相比，專家系統(tǒng)具有下列特點(diǎn)：(1)從處理的問(wèn)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(méi)有算法解或雖有算法解但在現(xiàn)有的機(jī)器上無(wú)法實(shí)施的困難問(wèn)題。(2)從處理問(wèn)題的方法看，專家系統(tǒng)則是靠知識(shí)和推理來(lái)解決問(wèn)題（不像傳統(tǒng)軟件系統(tǒng)使用固定的算法來(lái)解決問(wèn)題），所以，專家系統(tǒng)是基于知識(shí)的智能問(wèn)題求解系統(tǒng)。(3)從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來(lái)看，專家系統(tǒng)則強(qiáng)調(diào)知識(shí)與推理的分離，因而系統(tǒng)具有很好的靈活性和可擴(kuò)充性。(4)專家系統(tǒng)一般還具有解釋功能，即在運(yùn)行過(guò)程中一方面能回答用戶提出的問(wèn)題，另一方面還能對(duì)最后的輸出（結(jié)論）或處理問(wèn)題的過(guò)程作出解釋。(5)有些專家系統(tǒng)還具有“自學(xué)習(xí)”能力，即不斷對(duì)自己的知識(shí)進(jìn)行擴(kuò)充、完善和提煉。這一點(diǎn)是傳統(tǒng)系統(tǒng)所無(wú)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(jí)的高水平求解問(wèn)題。1.3專家系統(tǒng)的類型關(guān)于專家系統(tǒng)的分類，目前還無(wú)定論。我們僅從幾個(gè)不同的側(cè)面對(duì)此進(jìn)行討論。1.按用途分類按用途分類，專家系統(tǒng)可分為：診斷型、解釋型、預(yù)測(cè)型、決策型、設(shè)計(jì)型、規(guī)劃型、控制型、調(diào)度型等幾種類型。2.按輸出結(jié)果分類按輸出結(jié)果分類，專家系統(tǒng)可分為分析型和設(shè)計(jì)型。3.按知識(shí)表示分類目前所用的知識(shí)表示形式有：產(chǎn)生式規(guī)則、一階謂詞邏輯、框架、語(yǔ)義網(wǎng)等。4.按知識(shí)分類知識(shí)可分為確定性知識(shí)和不確定性知識(shí)，所以，按知識(shí)分類，專家系統(tǒng)又可分為精確推理型和不精確推理型（如，模糊專家系統(tǒng)）。5.按技術(shù)分類按采用的技術(shù)分類，專家系統(tǒng)可分為符號(hào)推理專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)。6.按規(guī)模分類按規(guī)模分類，可分為大型協(xié)同式專家系統(tǒng)和微專家系統(tǒng)。7.按結(jié)構(gòu)分類按結(jié)構(gòu)分類可分為集中式和分布式，單機(jī)型和網(wǎng)絡(luò)型(即網(wǎng)上專家系統(tǒng))。1.4專家系統(tǒng)與知識(shí)系統(tǒng)我們知道，專家系統(tǒng)能有效地解決問(wèn)題的主要原因在于它擁有知識(shí)，因?yàn)椤爸R(shí)就是力量”。但專家系統(tǒng)擁有的知識(shí)是專家知識(shí)，而且主要是經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)。近年來(lái)，由專家系統(tǒng)的出現(xiàn)和發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的一種稱為知識(shí)系統(tǒng)（KnowledgeBasedSystem)的智能系統(tǒng)，其中的知識(shí)已不限于人類專家的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，而可以是領(lǐng)域知識(shí)或通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)所獲得的知識(shí)等。所以，對(duì)于這種廣義的知識(shí)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，專家系統(tǒng)就是一種特殊的知識(shí)系統(tǒng)。

狹義地講，專家系統(tǒng)就是人類專家智慧的拷貝，是人類專家的化身。廣義地講，專家系統(tǒng)泛指那些具有“專家級(jí)”水平的的知識(shí)系統(tǒng)，甚至各種知識(shí)系統(tǒng)。1.5專家系統(tǒng)與知識(shí)工程由于專家系統(tǒng)是基于知識(shí)的系統(tǒng)，那么，建造專家系統(tǒng)就涉及到知識(shí)獲取（KnowledgeAcquisition，即從人類專家那里或從實(shí)際問(wèn)題那里搜集、整理、歸納專家級(jí)知識(shí))、知識(shí)表示（KnowledgeRepresentation，即以某種結(jié)構(gòu)形式表達(dá)所獲取的知識(shí)，并將其存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)之中)、知識(shí)的組織與管理(即知識(shí)庫(kù)（KnowledgeBase)建立與維護(hù)等)和知識(shí)的利用(即使用知識(shí)進(jìn)行推理)等一系列關(guān)于知識(shí)處理的技術(shù)和方法。特別是一般知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的建立，更加促進(jìn)了這些技術(shù)的發(fā)展。所以，現(xiàn)在關(guān)于知識(shí)處理的技術(shù)和方法已形成一個(gè)稱為“知識(shí)工程”（KnowledgeEngineering）的學(xué)科領(lǐng)域。這就是說(shuō)，專家系統(tǒng)促使了知識(shí)工程的誕生和發(fā)展，知識(shí)工程又是為專家系統(tǒng)服務(wù)的。正是由于這二者的密切關(guān)系，所以，現(xiàn)在的“專家系統(tǒng)”與“知識(shí)工程”幾乎已成為同義語(yǔ)。1.6專家系統(tǒng)與人工智能;專家系統(tǒng)是智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。從學(xué)科范疇講，專家系統(tǒng)屬人工智能的一個(gè)分支，而且是應(yīng)用性最強(qiáng)、應(yīng)用范圍最廣的一個(gè)重要分支。所以，現(xiàn)在“專家系統(tǒng)”這一名詞既是系統(tǒng)名稱又是一個(gè)學(xué)科名稱。專家系統(tǒng)已是當(dāng)前計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)熱門(mén)研究方向。2專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

專家系統(tǒng)是一種計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。由于應(yīng)用領(lǐng)域和實(shí)際問(wèn)題的多樣性，所以，專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也就多種多樣。但抽象地看，它們還是具有許多共同之處。2.1概念結(jié)構(gòu)從概念來(lái)講，一個(gè)專家系統(tǒng)應(yīng)具有如圖1所示的一般結(jié)構(gòu)模式。其中知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)是兩個(gè)最基本的模塊。1.知識(shí)庫(kù)（KnowledgeBase)所謂知識(shí)庫(kù)，就是以某種表示形式存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中的知識(shí)的集合。知識(shí)庫(kù)通常是以一個(gè)個(gè)文件的形式存放于外部介質(zhì)上，專家系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)將被調(diào)入內(nèi)存。知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)一般包括專家知識(shí)、領(lǐng)域知識(shí)和元知識(shí)。元知識(shí)是關(guān)于調(diào)度和管理知識(shí)的知識(shí)。圖1專家系統(tǒng)的概念結(jié)構(gòu)2.推理機(jī)（InferenseEngine）所謂推理機(jī)，就是實(shí)現(xiàn)（機(jī)器）推理的程序，是使用知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)進(jìn)行推理而解決問(wèn)題的。所以，推理機(jī)也就是專家的思維機(jī)制，即專家分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的方法的一種算法表示和機(jī)器實(shí)現(xiàn)。這里的推理，是一個(gè)廣義的概念，它既包括通常的邏輯推理，也包括基于產(chǎn)生式的操作。例如：A→BAB3.動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)也稱全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)、工作存儲(chǔ)器、黑板等，它是存放初始證據(jù)事實(shí)、推理結(jié)果和控制信息的場(chǎng)所，或者說(shuō)它是上述各種數(shù)據(jù)構(gòu)成的集合。4.人機(jī)界面這里的人機(jī)界面指的是最終用戶與專家系統(tǒng)的交互界面。5.解釋模塊解釋程序模塊專門(mén)負(fù)責(zé)向用戶解釋專家系統(tǒng)的行為和結(jié)果。6.知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)

知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)是知識(shí)庫(kù)的支撐軟件。知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)對(duì)知識(shí)庫(kù)的作用，類似于數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的作用，其功能包括知識(shí)庫(kù)的建立、刪除、重組；知識(shí)的獲?。ㄖ饕镐浫牒途庉嫞⒕S護(hù)、查詢、更新；以及對(duì)知識(shí)的檢查，包括一致性、冗余性和完整性檢查等等。圖8―2專家系統(tǒng)的理想結(jié)構(gòu)2.2實(shí)際結(jié)構(gòu)上面介紹的專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，是專家系統(tǒng)的概念模型，或者說(shuō)是只強(qiáng)調(diào)知識(shí)和推理這一主要特征的專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。但專家系統(tǒng)終究仍是一種計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。所以，它與其它應(yīng)用系統(tǒng)一樣是解決實(shí)際問(wèn)題的。而實(shí)際問(wèn)題往往是錯(cuò)綜復(fù)雜的，比如，可能需要多次推理或多路推理或多層推理才能解決，而知識(shí)庫(kù)也可能是多塊或多層的。給通常的各種應(yīng)用系統(tǒng)添上專家模塊也就是專家系統(tǒng)了。專家系統(tǒng)與通常的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)該溶為一體的。圖8―3專家系統(tǒng)的實(shí)際結(jié)構(gòu)示例總控處理模塊1處理模塊n專家模塊1專家模塊m…………圖8―4地質(zhì)圖件繪制智能輔助系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.3網(wǎng)絡(luò)與分布式結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，專家系統(tǒng)也可以設(shè)計(jì)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如“客戶機(jī)/服務(wù)器”(Client/Server)結(jié)構(gòu)（如圖8―5(a)所示），或?yàn)g覽器/服務(wù)器(Browser/Server)結(jié)構(gòu)(如圖8-5(b)所示)。我們稱后一種結(jié)構(gòu)的專家系統(tǒng)為網(wǎng)上專家系統(tǒng)。分布式結(jié)構(gòu)則是一種適合于分布式計(jì)算環(huán)境的專家系統(tǒng)。例如那些多學(xué)科、多專家聯(lián)合作業(yè)，協(xié)同解題的大型專家系統(tǒng)，就可以設(shè)計(jì)成分布式結(jié)構(gòu)。這類專家系統(tǒng)也就稱為分布式專家系統(tǒng)。圖8―5專家系統(tǒng)的客戶(機(jī))/服務(wù)器結(jié)構(gòu)及瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)知識(shí)庫(kù)推理機(jī)推理機(jī)知識(shí)庫(kù)人—機(jī)界面人—機(jī)界面客戶（機(jī)）Browser服務(wù)員WebServerInternet2.4黑板模型“黑板模型”是一種典型而流行的專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。1.黑板所謂“黑板”，就是一個(gè)分層的全局工作區(qū)（或稱全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)）。2.知識(shí)源所謂知識(shí)源，就是一個(gè)知識(shí)模塊。3.控制機(jī)構(gòu)控制機(jī)構(gòu)是求解問(wèn)題的推理機(jī)構(gòu)，由監(jiān)督程序和調(diào)度程序組成。圖8―6黑板結(jié)構(gòu)監(jiān)督程序調(diào)度程序?qū)哟蝞..層次2層次1知識(shí)源1知識(shí)源2..知識(shí)源m

黑板模型適于求解那些大型復(fù)雜且可分解為一系列層次化的子問(wèn)題的問(wèn)題。例如，在HEARSAY―Ⅱ中，黑板被分為六個(gè)信息層，每個(gè)信息層對(duì)應(yīng)著問(wèn)題的一個(gè)中間表示層次。六個(gè)信息層分別為：(1)參數(shù)層：從語(yǔ)音信號(hào)中提取有意義的參數(shù)。有四種不同的參數(shù)，統(tǒng)稱為ZAPDASH參數(shù)。(2)片段層：用于描述系統(tǒng)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的分割與歸類。此層主要包含音素與單音等信息。(3)音節(jié)層：用于描述語(yǔ)音信號(hào)的音節(jié)劃分。此層主要為由片段層上信息構(gòu)成的音節(jié)信息。(4)單詞層：用于記錄根據(jù)音節(jié)劃分所識(shí)別出的孤立詞信息。(5)詞組層：用于記錄根據(jù)單詞層中的詞匯所生成的詞組信息。(6)短語(yǔ)層：用于記錄多個(gè)詞匯或詞組構(gòu)成的短語(yǔ)和句子信息。專家系統(tǒng)的特點(diǎn)三大特點(diǎn)啟發(fā)性透明性靈活性八大優(yōu)點(diǎn)專家系統(tǒng)的類型解釋專家系統(tǒng)預(yù)測(cè)專家系統(tǒng)診斷專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(xué)專家系統(tǒng)修理專家系統(tǒng)解釋專家系統(tǒng)任務(wù)通過(guò)對(duì)過(guò)去和現(xiàn)在已知狀況的分析，推斷未來(lái)可能發(fā)生的情況特點(diǎn)數(shù)據(jù)量很大，常不準(zhǔn)確、有錯(cuò)誤、不完全能從不完全的信息中得出解釋，并能對(duì)數(shù)據(jù)做出某些假設(shè)，推理過(guò)程可能很復(fù)雜和很長(zhǎng)例子語(yǔ)音理解、圖象分析、系統(tǒng)監(jiān)視、化學(xué)結(jié)構(gòu)分析和信號(hào)解釋等。預(yù)測(cè)專家系統(tǒng)任務(wù)通過(guò)對(duì)已知信息和數(shù)據(jù)的分析與解釋，確定它們的涵義。特點(diǎn)系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化，且可能是不準(zhǔn)確和不完全，系統(tǒng)需要有適應(yīng)時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)模型例子有氣象預(yù)報(bào)、軍事預(yù)測(cè)、人口預(yù)測(cè)、交通預(yù)測(cè)、經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)和谷物產(chǎn)量預(yù)測(cè)等診斷專家系統(tǒng)任務(wù)根據(jù)觀察到的情況(數(shù)據(jù))來(lái)推斷出某個(gè)對(duì)象機(jī)能失常(即故障)的原因特點(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，能夠向用戶提出測(cè)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醫(yī)療診斷、電子機(jī)械和軟件故障診斷以及材料失效診斷等。設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)任務(wù)尋找出某個(gè)能夠達(dá)到給定目標(biāo)的動(dòng)作序列或步驟。特點(diǎn)從多種約束中得到符合要求的設(shè)計(jì)；系統(tǒng)需要檢索較大的可能解空間；能試驗(yàn)性地構(gòu)造出可能設(shè)計(jì)；易于修改；能夠使用已有設(shè)計(jì)來(lái)解釋當(dāng)前新的設(shè)計(jì)。例子VAX計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)等。規(guī)劃專家系統(tǒng)任務(wù)尋找出某個(gè)能夠達(dá)到給定目標(biāo)的動(dòng)作序列或步驟。特點(diǎn)所要規(guī)劃的目標(biāo)可能是動(dòng)態(tài)的或靜態(tài)的，需要對(duì)未來(lái)動(dòng)作做出預(yù)測(cè)，所涉及的問(wèn)題可能很復(fù)雜。例子軍事指揮調(diào)度系統(tǒng)、ROPES機(jī)器人規(guī)劃專家系統(tǒng)、汽車(chē)和火車(chē)運(yùn)行調(diào)度專家系統(tǒng)等。監(jiān)視專家系統(tǒng)任務(wù)對(duì)系統(tǒng)、對(duì)象或過(guò)程的行為進(jìn)行不斷觀察，并把觀察到的行為與其應(yīng)當(dāng)具有的行為進(jìn)行比較，以發(fā)現(xiàn)異常情況，發(fā)出警報(bào)。特點(diǎn)系統(tǒng)具有快速反應(yīng)能力，發(fā)出的警報(bào)要有很高的準(zhǔn)確性，能夠動(dòng)態(tài)地處理其輸入信息。例子粘蟲(chóng)測(cè)報(bào)專家系統(tǒng)?？刂茖＜蚁到y(tǒng)任務(wù)自適應(yīng)地管理一個(gè)受控對(duì)象或客體的全面行為，使之滿足預(yù)期要求。特點(diǎn)控制專家系統(tǒng)具有解釋、預(yù)報(bào)、診斷、規(guī)劃和執(zhí)行等多種功能。例子空中交通管制、商業(yè)管理、自主機(jī)器人控制、作戰(zhàn)管理、生產(chǎn)過(guò)程控制和質(zhì)量控制等。調(diào)試專家系統(tǒng)任務(wù)對(duì)失靈的對(duì)象給出處理意見(jiàn)和方法。特點(diǎn)同時(shí)具有規(guī)劃、設(shè)計(jì)、預(yù)報(bào)和診斷等專家系統(tǒng)的功能。例子在這方面的實(shí)例還比較少見(jiàn)。教學(xué)專家系統(tǒng)任務(wù):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)知識(shí)，以最適當(dāng)?shù)慕贪负徒虒W(xué)方法對(duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)和輔導(dǎo)。特點(diǎn)(1)同時(shí)具有診斷和調(diào)試等功能。(2)具有良好的人機(jī)界面。例子MACSYMA符號(hào)積分與定理證明系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和物理智能計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)以及聾啞人語(yǔ)言訓(xùn)練專家系統(tǒng)等。修理專家系統(tǒng)任務(wù)對(duì)發(fā)生故障的對(duì)象(系統(tǒng)或設(shè)備)進(jìn)行處理，使其恢復(fù)正常工作。修理專家系統(tǒng)具有診斷、調(diào)試、計(jì)劃和執(zhí)行等功能。例子美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的ACI電話和有線電視維護(hù)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。Questions1．能根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)、弱點(diǎn)和基礎(chǔ)知識(shí)，以最適當(dāng)?shù)慕贪负徒虒W(xué)方法對(duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)和輔導(dǎo)的專家系統(tǒng)是：A．解釋專家系統(tǒng)B．調(diào)試專家系統(tǒng)C．監(jiān)視專家系統(tǒng)D．教學(xué)專家系統(tǒng)2．用于尋找出某個(gè)能夠達(dá)到給定目標(biāo)的動(dòng)作序列或步驟的專家系統(tǒng)是：A．設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)B．診斷專家系統(tǒng)C．預(yù)測(cè)專家系統(tǒng)D．規(guī)劃專家系統(tǒng)3．能對(duì)發(fā)生故障的對(duì)象（系統(tǒng)或設(shè)備）進(jìn)行處理，使其恢復(fù)正常工作的專家系統(tǒng)是：A．修理專家系統(tǒng)B．診斷專家系統(tǒng)C．調(diào)試專家系統(tǒng)D．規(guī)劃專家系統(tǒng)4．能通過(guò)對(duì)過(guò)去和現(xiàn)在已知狀況的分析，推斷未來(lái)可能發(fā)生的情況的專家系統(tǒng)是：A．修理專家系統(tǒng)B．預(yù)測(cè)專家系統(tǒng)C．調(diào)試專家系統(tǒng)D．規(guī)劃專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和建造步驟專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)定義：專家系統(tǒng)各部分的構(gòu)造方法和組織形式專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖已學(xué)過(guò)的知識(shí)表示方法有哪些呢？理想專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖專家系統(tǒng)的定義？專家系統(tǒng)程序與常規(guī)的應(yīng)用程序之間有何不同呢?一般應(yīng)用程序與專家系統(tǒng)的區(qū)別一般應(yīng)用程序?qū)＜蚁到y(tǒng)把問(wèn)題求解的知識(shí)隱含地編入程序知識(shí)組織為兩級(jí)：數(shù)據(jù)級(jí)和程序級(jí)把其應(yīng)用領(lǐng)域的問(wèn)題求解知識(shí)單獨(dú)組成一個(gè)實(shí)體，即為知識(shí)庫(kù)。將知識(shí)組織成三級(jí)；數(shù)據(jù)、知識(shí)庫(kù)和控制。專家系統(tǒng)構(gòu)造步驟3.2基于規(guī)則的專家系統(tǒng)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)采用下面的模塊來(lái)建立產(chǎn)生式系統(tǒng)的模型：知識(shí)庫(kù)：以一套規(guī)則建立人的長(zhǎng)期存儲(chǔ)器模型工作存儲(chǔ)器：存放人的短期存儲(chǔ)器模型，存放問(wèn)題事實(shí)和由規(guī)則激發(fā)而推斷出來(lái)的新知識(shí)。推理機(jī)：借助于存放在工作存儲(chǔ)器中的問(wèn)題事實(shí)和存放在知識(shí)庫(kù)內(nèi)的規(guī)則結(jié)合起來(lái)，建立人的推理模型，以推斷出新的信息。基于規(guī)則的專家系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)3.3基于框架的專家系統(tǒng)模型1、面向目標(biāo)編程與基于框架設(shè)計(jì)基于框架的專家系統(tǒng)建立在框架的基礎(chǔ)之上采用面向目標(biāo)編程技術(shù)框架的設(shè)計(jì)和面向目標(biāo)的編程共享許多特征。在設(shè)計(jì)基于框架系統(tǒng)時(shí)，專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者們把目標(biāo)叫做框架。2、基于框架專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類槽子類例子規(guī)則目標(biāo)議程表3、基于框架專家系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法基于框架專家系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)步驟與基于規(guī)則的專家系統(tǒng)相似。主要差別在于如何看待和使用知識(shí)。在設(shè)計(jì)基于框架的專家系統(tǒng)時(shí)，把整個(gè)問(wèn)題和每件事想像為編織起來(lái)的事物在辨識(shí)事物之后，尋找把這些事物組織起來(lái)的方法對(duì)于任何類型的專家系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)是高度交互的過(guò)程。3.4基于模型的專家系統(tǒng)1、基于模型專家系統(tǒng)的提出人工智能的研究的一種觀點(diǎn)：人工智能是對(duì)各種定性模型的獲得、表達(dá)及使用的計(jì)算方法進(jìn)行研究的學(xué)問(wèn)。基于該觀點(diǎn)人們提出了基于模型的專家系統(tǒng)。采用各種定性模型來(lái)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的。在諸多模型中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的應(yīng)用最為廣泛。2、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的專家系統(tǒng)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型從知識(shí)表示、推理機(jī)制到控制方式，與目前專家系統(tǒng)中的基于邏輯的心理模型有本質(zhì)的區(qū)別。三種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與專家系統(tǒng)集成模式

（1）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)支持專家系統(tǒng)以傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)為主，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的有關(guān)技術(shù)為輔。（2）專家系統(tǒng)支持神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的有關(guān)技術(shù)為核心，建立相應(yīng)領(lǐng)域的專家系統(tǒng)，采用專家系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)完成解釋等方面的工作（3）協(xié)同式的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)針對(duì)大的復(fù)雜問(wèn)題，將其分解為若干子問(wèn)題，針對(duì)每個(gè)子問(wèn)題的特點(diǎn)，選擇用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或?qū)＜蚁到y(tǒng)加以實(shí)現(xiàn)，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)之間建立一種耦合關(guān)系4、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

5、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)的幾個(gè)問(wèn)題討論（1）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)表示是一種隱式表示。（2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)實(shí)例學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)知識(shí)自動(dòng)獲取。（3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的推理是個(gè)正向非線性數(shù)值計(jì)算過(guò)程，同時(shí)也是一種并行推理機(jī)制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)各輸出節(jié)點(diǎn)的輸出是數(shù)值，因而需要一個(gè)解釋器對(duì)輸出模式進(jìn)行解釋。（4）同一知識(shí)領(lǐng)域的幾個(gè)獨(dú)立的專家系統(tǒng)可組合成更大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)。3.5新型專家系統(tǒng)協(xié)同式專家系統(tǒng)分布式專家系統(tǒng)3.5.1新型專家系統(tǒng)的特征1、并行與分布處理2、多專家系統(tǒng)協(xié)同工作3、高級(jí)語(yǔ)言和知識(shí)語(yǔ)言描述4、具有自學(xué)習(xí)功能5、引入新的推理機(jī)制6、具有自糾錯(cuò)和自完善能力7、先進(jìn)的智能人機(jī)接口3.5.2分布式專家系統(tǒng)主要目的：把一個(gè)專家系統(tǒng)的功能經(jīng)分解以后分布到多個(gè)處理器上去并行地工作，從而在總體上提高系統(tǒng)的處理效率。環(huán)境要求：可以工作在緊耦合的多處理器系統(tǒng)環(huán)境中，也可工作在松耦合的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境里，所以其總體結(jié)構(gòu)在很大程度上依賴于其所在的硬件環(huán)境。需要解決的問(wèn)題：

功能分布

知識(shí)分布

接口設(shè)計(jì)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)方式： 1、控制驅(qū)動(dòng) 2、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng) 3、需求驅(qū)動(dòng) 4、事件驅(qū)動(dòng)3.5.3協(xié)同式專家系統(tǒng)一般專家系統(tǒng)解題的領(lǐng)域面很窄單個(gè)專家系統(tǒng)的應(yīng)用局限性很大，很難獲得滿意的應(yīng)用。協(xié)同式多專家系統(tǒng)是克服一般專家系統(tǒng)的局限性的一個(gè)重要途徑。協(xié)同式多專家系統(tǒng)亦可稱“群專家系統(tǒng)”，表示能綜合若干個(gè)相近領(lǐng)域的或一個(gè)領(lǐng)域的多個(gè)方面的子專家系統(tǒng)互相協(xié)作共同解決一個(gè)更廣領(lǐng)域問(wèn)題的專家系統(tǒng)。系統(tǒng)更強(qiáng)調(diào)子系統(tǒng)之間的協(xié)同合作，而不著重處理的分布和知識(shí)的分布。設(shè)計(jì)與建立一個(gè)協(xié)同式多專家系統(tǒng)，需要解決的問(wèn)題：

（1）任務(wù)的分解 （2）公共知識(shí)的導(dǎo)出 （3）討論方式 （4）裁決問(wèn)題 （5）驅(qū)動(dòng)方式3.6專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)按照專家表達(dá)知識(shí)的方式，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中主要利用以下3個(gè)表達(dá)成分假設(shè)或結(jié)論觀測(cè)或觀察推理或決策規(guī)則。1、結(jié)論的表示

結(jié)論規(guī)定了所涉及專門(mén)知識(shí)的范圍。在EXPERT中，每個(gè)假設(shè)用簡(jiǎn)寫(xiě)的助記符號(hào)和用自然語(yǔ)言(中文、英語(yǔ)或其它設(shè)計(jì)者希望使用的語(yǔ)言)寫(xiě)的正式的說(shuō)明語(yǔ)句來(lái)表示。助記符號(hào)用于編寫(xiě)決策規(guī)則時(shí)引用