第九章 專家系統(tǒng)開發(fā)與實例

2023/2/5北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系1第九章專家系統(tǒng)開發(fā)與實例杜暉2023/2/5北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系2內(nèi)容專家系統(tǒng)開發(fā)過程專家系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)專家系統(tǒng)開發(fā)工具CLIPS(CLanguageIntegratedProductionSystem)專家系統(tǒng)開發(fā)實例習(xí)題2023/2/5北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系3專家系統(tǒng)開發(fā)過程（1）專家系統(tǒng)由專家和知識工程師共同研制而成專家是實際領(lǐng)域經(jīng)驗豐富的人，可以不懂計算機知識工程師是懂計算機和專家系統(tǒng)原理，并具有編程能力的人2023/2/5北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系4專家系統(tǒng)開發(fā)過程（2）專家系統(tǒng)開發(fā)過程（3）在知識工程師的引導(dǎo)和啟發(fā)下，專家提供解決實際問題的知識和經(jīng)驗（分析）知識工程師根據(jù)對專家知識以及專家系統(tǒng)的理解設(shè)計知識庫、推理機等模塊（設(shè)計）知識工程師利用知識工程語言編制知識庫、推理機等模塊程序，并將模塊程序集成為專家系統(tǒng)（實現(xiàn)）2023/2/5北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系6專家系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)（1）編程語言基本方法知識獲取工具幫助和加快知識獲取專家系統(tǒng)開發(fā)工具專門用于開發(fā)專家系統(tǒng)的軟件2023/2/5北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系7專家系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)（2）編程語言LISP（LIStProcessing，1960）和PROLOG（PROgramminginLOGic1972）優(yōu)點：專為人工智能設(shè)計，具有搜索和匹配，回溯，以及解釋說明功能缺點：數(shù)值計算和圖形功能相對較弱2023/2/5北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系8專家系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)（3）知識獲取工具基于知識編輯的知識獲取工具MicrosoftWord基于知識庫修改的知識獲取工具CLIPS系統(tǒng)提供的編輯器，不但提供了知識編輯功能，而且，通過應(yīng)用程序的載入，可以修改專家系統(tǒng)的知識庫數(shù)據(jù)開采程序不但能夠自動獲得知識，而且還可以將所獲得的知識加入到專家系統(tǒng)的知識庫中2023/2/5北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系9專家系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)（4）專家系統(tǒng)開發(fā)工具結(jié)構(gòu)2023/2/5北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系10專家系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)（5）開發(fā)環(huán)境由知識編輯、編譯模塊，知識庫查詢、維護模塊，以及事實庫查詢、維護模塊組成運行環(huán)境由推理機，解釋機制，以及人機交互模塊組成知識庫和事實庫都有一定的格式要求，知識和事實由開發(fā)環(huán)境輸入，給運行系統(tǒng)使用2023/2/5北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系11專家系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)（6）專家系統(tǒng)開發(fā)工具的特點由開發(fā)環(huán)境和運行環(huán)境組成開發(fā)環(huán)境用于建立知識庫，事實庫，并修改、查詢知識庫和事實庫對指定知識表示形式的推理機和解釋機制預(yù)先做好運行環(huán)境的目的在于支持實際系統(tǒng)的運行提供一套用于開發(fā)專家系統(tǒng)的語言知識表示語言：完成外部知識到內(nèi)部知識的轉(zhuǎn)換工具操作語言：使用工具中的開發(fā)環(huán)境，實現(xiàn)運行環(huán)境中的功能常用專家系統(tǒng)開發(fā)工具M.1，VP-EXPERT，CLIPS等2023/2/5北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系12專家系統(tǒng)開發(fā)工具CLIPS（1）CLIPS是由美國國家航天局約翰遜空間中心人工智能部在1985年推出的專家系統(tǒng)開發(fā)工具，其特點包括：可用于管理、工業(yè)、商業(yè)、文教等各種領(lǐng)域的專家系統(tǒng)開發(fā)適用于各種型號的計算機，從IBMPC及其兼容機到VAX、HP、SUN、MACINTOSH直到CRAY用C語言寫成，運行速度快具有不確定性推理能力只支持產(chǎn)生式規(guī)則的正向推理免費使用2023/2/5北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系13專家系統(tǒng)開發(fā)工具CLIPS（2）CLIPS語言符號知識表示的基本單位是字段常量字段字：以英文字母為首字符的一串字符，如word,father-of字符串：以雙引號開始和結(jié)束，其間可以有任意個字，如：”word”，”father-of”數(shù)：包括整型和實數(shù)型兩種變量字段形式為?name，name為變量名，用一個字表示2023/2/5北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系14專家系統(tǒng)開發(fā)工具CLIPS（3）事實由配對的左、右括號括住的一個或多個字段組成，如(cost78dollars)，(name“JohnDoe”)加入事實用assert命令，格式為：(assert<<<fact>>>)，如(assert(emergencyfire))顯示事實用facts命令，格式為(facts)撤消事實用retract命令，格式為(retract<<<fact-index>>>)，如(retract0)2023/2/5北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系15專家系統(tǒng)開發(fā)工具CLIPS（4）規(guī)則定義規(guī)則用defrule命令，格式為：（defrule<rule-name>[<optionalcomment>]<<patterns>>=><<actions>>)

如(defrulefire-emergency"Anexamplerule"(emergencyfire)=>(assert(actionactivate-sprinkler-system)))顯示規(guī)則用rules命令，格式為(rules)2023/2/5北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系16專家系統(tǒng)開發(fā)工具CLIPS（15）使用變量在前提中約束一個值，然后斷言結(jié)論中的約束變量，如：(defrulegrandfather(is-a-grandfather?name)=>(assert(is-a-man?name)))運行(assert(is-a-grandfatherjack))撤消事實，如：(defrulemodify-grandfather-fact?old-fact<-(is-a-grandfatherjack)=>(retract?old-fact))2023/2/5北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系17專家系統(tǒng)開發(fā)工具CLIPS（16）字段通配符單字段通配符?，如：(defrulefind-brown-haired-people(person?name?brown)=>(printoutt?name"hasbrownhair"crlf))運行(assert(personJohnbrownblack))(assert(personJillblueblond))(assert(personJackgreenbrown))(assert(personJanebrownbrown))(assert(personFredgreenred))2023/2/5北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系18專家系統(tǒng)開發(fā)工具CLIPS（17）特權(quán)（salience）設(shè)計規(guī)則的優(yōu)先級別取值從-10000到10000，未指定特權(quán)的規(guī)則默認(rèn)為0例如：(defrulefire-second(declare(salience-30))(priority)=>(printoutt"Printsecond"crlf))(defrulefire-first(priority)=>(printoutt"Printfirst"crlf))運行(assert(priority))2023/2/5北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系19專家系統(tǒng)開發(fā)工具CLIPS（18）輸入數(shù)據(jù)（read）(defruleplayer-select(phasechoose-player)=>(printoutt"whomovesfirst(computer:chuman:h)?")(assert(player-select=(read))))運行(assert(phasechoose-player))2023/2/5北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系20專家系統(tǒng)開發(fā)工具CLIPS（19）其它常用命令(load)：從文件載入規(guī)則(reset)：事實庫復(fù)位(run)：啟動規(guī)則的執(zhí)行(clear)：清除知識和事實(halt)：暫停規(guī)則執(zhí)行(step)：一步步執(zhí)行(exit)：退出CLIPS專家系統(tǒng)開發(fā)實例爐灶維修專家系統(tǒng)麥粒腫診斷專家系統(tǒng)2023/2/5北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系212023/2/5北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系22爐灶維修專家系統(tǒng)問題描述Stove.clp系統(tǒng)運行演示麥粒腫診斷專家系統(tǒng)（1）根據(jù)以下產(chǎn)生式規(guī)則開發(fā)麥粒腫診斷專家系統(tǒng)：R1：毛囊皮根微紅腫→輕型R2：鼻塞流涕→外感風(fēng)熱R3：舌苔薄黃∧胃納差→胃腸積熱R4：眼瞼局部明顯紅腫→重型R5：眼瞼局部紅腫∧頂尖有膿點→重型R6：膿點破潰→晚期R7：輕型∧外感風(fēng)熱→輕風(fēng)熱型R8：重型∧外感風(fēng)熱→重風(fēng)熱型2023/2/5北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系23麥粒腫診斷專家系統(tǒng)（2）R9：重型∧胃腸積熱→重積熱型R10：輕型→散瘌法R11：晚期→外敷藥物R12：輕風(fēng)熱型→散瘌加罐R13：重風(fēng)熱型→挑瘌加罐R14：重積熱型→放血法根據(jù)規(guī)則畫出推理樹首先對所有癥狀進行提問，收集“yes”或“no”的回答2023/2/5北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系24麥粒腫診斷專家系統(tǒng)（3）2023/2/5北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院信息管理系25麥粒腫診斷專家系統(tǒng)（4）根據(jù)給出的規(guī)則進行正向推理，推出治療方法，程序結(jié)束；沒有推出治療方法，提示沒有相