專家系統(tǒng)舉例

7.8

新一代專家系統(tǒng)的研究主講人:陳詩(shī)旭廣西師范大學(xué)計(jì)信學(xué)院目前專家系統(tǒng)存在的五大問(wèn)題忽視了理論與深層知識(shí)在問(wèn)題求解中的作用缺少多個(gè)系統(tǒng)的協(xié)作及綜合型的專家系統(tǒng)在知識(shí)獲取方面還缺少自動(dòng)獲取知識(shí)的能力在知識(shí)表示上缺少多種表示模式的集成在推理方面不支持多種推理策略針對(duì)上述問(wèn)題,我們開(kāi)始了新一代專家系統(tǒng)的研究

研究新一代專家系統(tǒng)的主要課題1分布協(xié)同式的體系結(jié)構(gòu)2知識(shí)的自動(dòng)獲取3深層知識(shí)的利用4知識(shí)表示及推理方法研究課題1－分布協(xié)同式的體系結(jié)構(gòu)所謂分布協(xié)同式體系結(jié)構(gòu)是指：把知識(shí)庫(kù)（推理機(jī)制）分布于一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不同節(jié)點(diǎn)上,在求解問(wèn)題時(shí)，它們能互通信息，密切合作，共同完成問(wèn)題求解任務(wù)。該體系結(jié)構(gòu)應(yīng)解決２個(gè)問(wèn)題（1）任務(wù)分布：把待求解的問(wèn)題分解為若干子問(wèn)題,分別交給系統(tǒng)中不同的成員去完成。

（2）合作策略：由于系統(tǒng)中的各成員都只具有部分知識(shí)，而問(wèn)題的各子問(wèn)題間存在著種種內(nèi)在聯(lián)系,這就要求各成員必須互相通信，合作地進(jìn)行問(wèn)題求解。為實(shí)現(xiàn)合作，需要解決合作的方式與策略以及通信的手段。

研究課題２－知識(shí)的自動(dòng)獲取知識(shí)獲取可以劃分為兩個(gè)階段：一個(gè)是在知識(shí)庫(kù)尚未建立起來(lái)時(shí)，從領(lǐng)域?qū)＜壹坝嘘P(guān)文獻(xiàn)資料那獲取知識(shí)。

對(duì)于這種情況，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)知識(shí)獲取，需要解決自然語(yǔ)言的識(shí)別與理解以及從大量事例中歸納知識(shí)等問(wèn)題。

一個(gè)是在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)運(yùn)行實(shí)踐不斷總結(jié)歸納。

對(duì)于這一種情況，還需要解決如何從系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題以及通過(guò)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，歸納出新知識(shí)、修改舊知識(shí)等問(wèn)題。研究課題3－深層知識(shí)的利用深層知識(shí)是指：相關(guān)領(lǐng)域中的理論性知識(shí)、原理性知識(shí)，而專家的經(jīng)驗(yàn)通常被稱為表層知識(shí)或淺層知識(shí)。

對(duì)于深層知識(shí)的利用存在２個(gè)問(wèn)題（1）如何確定深層知識(shí)的容量與邊緣

（2）非單調(diào)性亦是深層知識(shí)利用中的一個(gè)困難問(wèn)題研究課題4－知識(shí)表示及推理方法要使專家系統(tǒng)能像人類專家那樣求解領(lǐng)域題，就必須對(duì)知識(shí)的表示與處理作進(jìn)一步的研究,使其能真正模擬人類求解問(wèn)題的思維過(guò)程。首要解決的問(wèn)題（1）如何建立一致的知識(shí)表示框架，使之能包含多范例的多種表示模式。（2）如何在時(shí)態(tài)推理、定性推理、非單調(diào)推理等方面有所突破，在不確定性的表示與處理方面取得新的進(jìn)展等。

7.9

專家系統(tǒng)舉例廣西師范大學(xué)計(jì)信學(xué)院兩個(gè)例子1動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)2專家系統(tǒng)MYCIN兩個(gè)例子動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)這是一個(gè)用以識(shí)別虎、金錢豹等七種動(dòng)物的小型專家系統(tǒng)

：1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.知識(shí)表示3.適用知識(shí)的選取4.推理的結(jié)束條件5.推理過(guò)程動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)－系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主控模塊創(chuàng)建知識(shí)庫(kù)建立數(shù)據(jù)庫(kù)推理機(jī)解釋機(jī)構(gòu)標(biāo)志結(jié)論性規(guī)則釋放規(guī)則鏈表釋放事實(shí)鏈表匹配已知事實(shí)動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)－知識(shí)表示知識(shí)用產(chǎn)生式規(guī)則表示，相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為：

structRULE-TYPE{char*result；

int

lastflag；

structCAUSE-TYPE*cause-chain；

structRULE-TYPE*next；};已知事實(shí)用字符串描述,連成鏈表，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為：

structCAUSE-TYPE{charcause;

structCAUSE-TYPE*next;};動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)－適用知識(shí)的選取為了進(jìn)行推理，就需要根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的已知事

實(shí)從知識(shí)庫(kù)中選用合適的知識(shí)。適用知識(shí)：若知識(shí)的前提條件所要求的事實(shí)在數(shù)據(jù)庫(kù)中都存在，就認(rèn)為它是一條適用知識(shí)。動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)－推理的結(jié)束條件當(dāng)有如下兩種情況中的某一種出現(xiàn)時(shí)可終止推理：知識(shí)庫(kù)中再無(wú)可適用的知識(shí)。

對(duì)于這種情況，很容易進(jìn)行檢測(cè)，只要檢查一下當(dāng)前知識(shí)庫(kù)中是

否還有知識(shí)的前提條件可被數(shù)據(jù)庫(kù)的已知事實(shí)滿足,且為未使用過(guò)的知識(shí)就可得知。經(jīng)推理求得了問(wèn)題的解。

掃描知識(shí)庫(kù)的每一條規(guī)則，若一條規(guī)則的結(jié)論在其它規(guī)則的前提條件中都不出現(xiàn)，則這條規(guī)則的結(jié)論部分就是最終結(jié)論，此時(shí)就可終止推理過(guò)程。

含有最終結(jié)論的規(guī)則稱為結(jié)論性規(guī)則。對(duì)于結(jié)論性規(guī)則，為它作一標(biāo)志，每當(dāng)推理機(jī)用到帶標(biāo)志的規(guī)則進(jìn)行推理時(shí),推出的結(jié)論必然是最終結(jié)論，此時(shí)就可終止推理過(guò)程。

動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)－推理過(guò)程兩個(gè)例子專家系統(tǒng)MYCIN專家系統(tǒng)MYCINMYCIN是一個(gè)幫助內(nèi)科醫(yī)生診治感染性疾病的專家系統(tǒng)：1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.數(shù)據(jù)表示3.知識(shí)表示4.推理的控制策略5.解釋功能專家系統(tǒng)MYCIN－系統(tǒng)結(jié)構(gòu)用戶（醫(yī)生）咨詢子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)DDB解釋子系統(tǒng)知識(shí)獲取子系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)SDB專家、知識(shí)工程師專家系統(tǒng)MYCIN－數(shù)據(jù)表示數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)都用如下形式的三元組描述：

(對(duì)象屬性值）1.“對(duì)象”又稱為上下文，它是系統(tǒng)要處理的實(shí)體，例如：PERSON(病人）

2.“屬性”又稱臨床參數(shù),用于描述相應(yīng)對(duì)象的特征，例如“病人”的姓名、年齡、性別。3.“值”是指相應(yīng)屬性的值，根據(jù)屬性的不同類別，其值可以是一個(gè)或多個(gè)。

專家系統(tǒng)MYCIN－數(shù)據(jù)表示－屬性分類MYCIN中有65種屬性，這些屬性按其所描述的對(duì)象不同分為六類。例如：用于描述“病人”情況的作為一類，用于描述“培養(yǎng)物”情況的作為一類，等等。對(duì)每一類屬性都有專門(mén)的名字。例如：用PROMPT作為描述“病人”的屬性集的名字。

屬性又按其取值的性質(zhì)不同分為七種類別。例如：?jiǎn)沃档?，多值的，可?wèn)的，可導(dǎo)出的等

專家系統(tǒng)MYCIN－數(shù)據(jù)表示－可信度因子每個(gè)屬性的值可以帶有一個(gè)可信度因子CF,用以指出對(duì)相應(yīng)屬性值的信任程度。CF在[-1,1]上取值。

當(dāng)CF>0時(shí)，表示相信該屬性取相應(yīng)值的程度；

當(dāng)CF<0時(shí),表示不相該屬性取相應(yīng)值的程度；

當(dāng)CF為1，-1或0時(shí),分別表示完全相信、完全不相信、不能確定該屬性取相應(yīng)的值。專家系統(tǒng)MYCIN－數(shù)據(jù)表示－例子下面給出三個(gè)用三元組描述數(shù)據(jù)的例子：對(duì)象屬性值病人-1性別((男1.0))病人-1藥物過(guò)敏((青霉素1.0)(氣芐青霉素1.0))病原體-1鑒別名<(鏈球菌0.6)(葡萄球菌0.4))專家系統(tǒng)MYCIN－數(shù)據(jù)表示MYCIN采用上下文樹(shù)(Contexttree)來(lái)表示問(wèn)題,一棵上下文樹(shù)構(gòu)成了對(duì)一個(gè)病人的完整描述。

專家系統(tǒng)MYCIN－知識(shí)表示MYCIN的知識(shí)庫(kù)主要用于存儲(chǔ)領(lǐng)域知識(shí)，同時(shí)還存放了一些靜態(tài)知識(shí)（參數(shù)的特性表、清單、詞典等

）。領(lǐng)域知識(shí)的表示靜態(tài)知識(shí)的表示專家系統(tǒng)MYCIN－知識(shí)表示領(lǐng)域知識(shí)的表示專家系統(tǒng)MYCIN－知識(shí)表示－領(lǐng)域知識(shí)的表示領(lǐng)域知識(shí)用規(guī)則表示,其一般形式為：

RULE*

**

IF<前提>

THEN<行為>

1.*

**

是規(guī)則的編號(hào)。2.前提的一般形式是：($

AND<條件-1><條件-2>…<條件-n>)

3.行為部分由行為函數(shù)表示,MYCIN中有三個(gè)專門(mén)用于表示動(dòng)作的行為函數(shù):CONCLUDE,CONCLIST和TRANLIST。其中以CONCLUDE用得最多，其形式為：

(

CONCLUDE

C

P

V

TALLY

CF)專家系統(tǒng)MYCIN－知識(shí)表示－領(lǐng)域知識(shí)的表示舉例例如對(duì)如下規(guī)則：

RULE047如果：（1）病原體的鑒別名不確定，且（2）病原體來(lái)自血液，且（3）病原體的染色是革蘭氏陰性，且（4）病原體的形態(tài)是桿狀的，且（5）病原體呈赭色那么：該病原體的鑒別名是假單胞細(xì)菌，可信度為0.4。它在MYCIN中的表示形式是：RULE047PREMISE($AND(NOTDEFINITECNTXTIDENT)(SAMECNTXTSITEBLOOD)(SAMECNTXTSTAINGRAMNEG)(SAMECNTXTMORPHROD)(SAMECNTXTBURNT))ACTION(CONCLUDECNTXTIDENTPSEUDOMONASTALLY.4)其中，NOTDEFINITESAME是MYCIN中專門(mén)用于表示條件的函數(shù)專家系統(tǒng)MYCIN－知識(shí)表示靜態(tài)知識(shí)的表示（屬性特性的表示）專家系統(tǒng)MYCIN－知識(shí)表示－靜態(tài)知識(shí)的表示從臨床參數(shù)（屬性）的角度來(lái)看，可認(rèn)為每個(gè)臨床參數(shù)都具很多種特性。主要特性有：MEMBEROF:按所描述的對(duì)象不同迸行分類時(shí)，臨床參數(shù)所屬的類型名，例如:PRO-PToVALUTYPE:臨床參數(shù)是單值、二值還是多值。EXPECT:可問(wèn)參數(shù)的許可值。用(Y/N)表示要求回答yes/no

PROMPT:用于向用戶提問(wèn)一個(gè)單值或二值參數(shù)的值。PROMPT1：用于向用戶提問(wèn)一個(gè)多值參數(shù)的值。LABDATA：用于指出相應(yīng)參數(shù)的值是否可從用戶那里獲得。

專家系統(tǒng)MYCIN－知識(shí)表示－靜態(tài)知識(shí)的表示舉例屬性的特性都用三元組的形式表示出來(lái)存于知識(shí)庫(kù)中例如BURN屬性的屬性特性表為：對(duì)象屬性值BURNMEMBEROFPRO-PTBURNVALUTYPEBINARYBURNEXPECT(Y/N)BURNPROMPTIs*aburnpatient?BURNLABDATA1BURNLOOKAHEAD(RULE047)BURNTRANS(*HASBEENSERIOUSLYBURNED)專家系統(tǒng)MYCIN－推理的控制策略MYCIN采用逆向推理及深度優(yōu)先的搜索策略。系統(tǒng)首先在數(shù)據(jù)庫(kù)中建立一棵上下文樹(shù)的根節(jié)點(diǎn),并為該裉節(jié)點(diǎn)指定一個(gè)名字PATIENT-1(病人-1)，其類型為PERSON。PERSON的屬性為(NAMEAGESEXREGIMEN),其中前三項(xiàng)都具LABDATA特性，即可通過(guò)向用戶詢問(wèn)得到其值。于是系統(tǒng)向用戶提出詢問(wèn)。用戶輸人病人的姓名、年齡及性別，并以三元組形式存入數(shù)據(jù)中。REGIMEN不是LABDATA屬性，必須由系統(tǒng)推出。為了得到REGIMEN,系統(tǒng)將開(kāi)始推理過(guò)程。推理時(shí)首先運(yùn)用的一條規(guī)則是

RULE092。規(guī)則092的前提部分涉及到臨床參數(shù)TREATFOR，它是一個(gè)NONLABDATA,因而系統(tǒng)調(diào)用TREATFOR的UPDATEI-BY特性所指出的第一條規(guī)則。檢查它的前提是否為真，此時(shí)如果該前提所涉及到的值是可向用戶詢問(wèn)的，就直接詢問(wèn)用戶,否則再找出可推出該值的規(guī)則。如此反復(fù)進(jìn)行，直到最后推出PATIENT-1的主要臨床參數(shù)REGIMEN為止。

專家系統(tǒng)MYCIN－推理的控制策略推理中注意的2個(gè)地方：在此過(guò)程中，每當(dāng)?shù)玫揭粋€(gè)值時(shí),都要加人到上下文樹(shù)中。在推理中，規(guī)則前