人工智能專家系統(tǒng)論文

PAGEPAGE4PAGE1人工智能專家系統(tǒng)論文摘要：人工智能是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法。技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。該領(lǐng)域的研究包括機(jī)器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等。其中專家系統(tǒng)是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。它應(yīng)用人工智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，根據(jù)某領(lǐng)域一個或多個專家提供的知識和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，求解需要專家才能解決的困難問題。關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)，人工智能，專家系統(tǒng)引言：人工智能(ArtificialIntelligence)，英文縮寫為AI。它是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。從基礎(chǔ)理論的角度出發(fā)，其研究基本內(nèi)容包括：知識表示、自動推理和搜索方法、機(jī)器學(xué)習(xí)和知識獲取、知識處理系統(tǒng)、自然語言理解、計(jì)算機(jī)視覺、智能機(jī)器人、自動程序設(shè)計(jì)等方面。人工智能系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，已為人類創(chuàng)造出可觀的經(jīng)濟(jì)效益，專家系統(tǒng)就是一個例子。隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)價格的繼續(xù)下降，人工智能技術(shù)必將得到更大的推廣，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益。專家系統(tǒng)(expertsystem)是一個智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，其內(nèi)部含有大量的某個領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R與經(jīng)驗(yàn)，能夠利用人類專家的知識和解決問題的方法來處理該領(lǐng)域問題。也就是說，專家系統(tǒng)是一個具有大量的專門知識與經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng)，它應(yīng)用人工智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，根據(jù)某領(lǐng)域一個或多個專家提供的知識和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，以便解決那些需要人類專家處理的復(fù)雜問題，簡而言之，專家系統(tǒng)是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。專家系統(tǒng)屬于人工智能的一個重要發(fā)展分支，并且應(yīng)用于數(shù)學(xué)、物理、醫(yī)療、軍事、地質(zhì)勘探、氣象、農(nóng)業(yè)、法律、教學(xué)、化工、機(jī)械、藝術(shù)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)本身，甚至滲透到政治、經(jīng)濟(jì)、軍事等重大決策部門，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益?，F(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。[1].[2]一、專家系統(tǒng)1.1專家系統(tǒng)的特點(diǎn).具有專家水平的專業(yè)知識：專家系統(tǒng)中的知識按其在問題求解中的作用可分為三個層次，既數(shù)據(jù)級、知識庫級、控制級。數(shù)據(jù)級知識是指具體問題所提供的初始事實(shí)及在問題求解過程中所產(chǎn)生的中間結(jié)論、最終結(jié)論。數(shù)據(jù)級知識通常存放與數(shù)據(jù)庫中。知識庫知識是指專家的知識。這一類知識是構(gòu)成專家系統(tǒng)的基礎(chǔ)。控制級知識也稱為元知識，是關(guān)于如何應(yīng)用前兩種知識的知識，如在問題求解中的搜索策略、推理方法等。具有專家專業(yè)水平是專家系統(tǒng)的最大特點(diǎn)。專家系統(tǒng)具有的知識越豐富，質(zhì)量越高，解決問題的能力就越強(qiáng)。.能進(jìn)行有效的推理：專家系統(tǒng)要利用專家知識來求解領(lǐng)域內(nèi)的具體問題，必須有一個推理機(jī)構(gòu)，能根據(jù)用戶提供的已知事實(shí)，通過應(yīng)用知識庫中的知識，進(jìn)行有效的推理，以實(shí)現(xiàn)問題的求解。.啟發(fā)性：專家系統(tǒng)能利用經(jīng)驗(yàn)的判斷知識來對求解的問題作出多個假設(shè)。依據(jù)某些條件選定一個假設(shè)，是推理繼續(xù)進(jìn)行。(4).透明性：專家系統(tǒng)能夠解釋推理過程和回答用戶提出的問題。.靈活性：專家系統(tǒng)的知識庫與推理機(jī)制既相互聯(lián)系，又相互獨(dú)立。使系統(tǒng)易于擴(kuò)充，具有較強(qiáng)的靈活性。.交互性：專家系統(tǒng)一般都是交互式系統(tǒng)，具有較好的人機(jī)界面。一方面它需要與領(lǐng)域?qū)＜液椭R工程師進(jìn)行對話以獲取知識，另一方面它也需要不斷地從用戶處獲得所需的已知事實(shí)并回答用戶的詢問。1.2專家系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是指專家系統(tǒng)各組成部分的構(gòu)造方法和組織形式。專家系統(tǒng)一般包括人機(jī)接口、推理機(jī)、知識庫、動態(tài)數(shù)據(jù)庫、知識獲取機(jī)構(gòu)和解釋機(jī)構(gòu)六部分。各部分的關(guān)系如圖1所示。圖1專家系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)1.3專家系統(tǒng)的類型若按專家系統(tǒng)的特性及功能分類，專家系統(tǒng)可分為10類，如下：解釋型專家系統(tǒng)：根據(jù)感知數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析、推理，從而給出相應(yīng)解釋。診斷型專家系統(tǒng)：根據(jù)取得的現(xiàn)象、數(shù)據(jù)或事實(shí)推斷出系統(tǒng)是否有故障，并能找出產(chǎn)生故障的原因，給出排除故障的方案。3、預(yù)測型專家系統(tǒng)：根據(jù)過去和現(xiàn)在的信息推斷可能發(fā)生和出現(xiàn)的情況。如氣象預(yù)報、人口預(yù)測、水文預(yù)報、經(jīng)濟(jì)形勢預(yù)測等。4、設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)：根據(jù)給定的產(chǎn)品要求設(shè)計(jì)產(chǎn)品的一類系統(tǒng)。規(guī)劃型專家系統(tǒng)：能按給定目標(biāo)擬定總體規(guī)劃、行動計(jì)劃、運(yùn)籌優(yōu)化等，適用于機(jī)器人動作控制、工程規(guī)劃、軍事規(guī)劃、城市規(guī)劃、生產(chǎn)規(guī)劃等?？刂菩蛯＜蚁到y(tǒng)：能根據(jù)具體情況，控制整個系統(tǒng)的行為，適用于對各種大型設(shè)及系統(tǒng)進(jìn)行控制。7、監(jiān)督型專家系統(tǒng)：能完成實(shí)時的監(jiān)控任務(wù)，并根據(jù)監(jiān)測到的現(xiàn)象做出相應(yīng)的分析和處理。8、修理型專家系統(tǒng)：用于制定排除某類故障的規(guī)劃并實(shí)施排除。9、教學(xué)型專家系統(tǒng)：適用于輔助教學(xué)，并能根據(jù)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中所產(chǎn)生的問題進(jìn)行分析、評價、找出錯誤原因，有針對性地確定教學(xué)內(nèi)容或采取其他有效的教學(xué)手段。10、調(diào)試型專家系統(tǒng)：能根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)檢測被檢測對象存在的錯誤，并能從多種糾錯方案中選出適用于當(dāng)前情況的最佳方案，排除錯誤。系統(tǒng)的發(fā)展要素不外乎發(fā)展工具與人員的運(yùn)用二方面，茲分述如下：1.發(fā)展工具在發(fā)展參考服務(wù)專家系統(tǒng)時，最好先建立一個雛型化的系統(tǒng)，測試建立系統(tǒng)的不同方式，以發(fā)現(xiàn)最好的解決方案。專家系統(tǒng)一般可利用程序語言或?qū)＜蚁到?gòu)工具來加以開發(fā)：(1)程序語言符號運(yùn)算程序語言：此種程序語言是專門為人工智能與專家系統(tǒng)而開發(fā)的，其中以LISP與PROLOG最廣被應(yīng)用。一般高階程序語言：如C、Pascal、Fortran等，通常適用于科學(xué)、數(shù)學(xué)及統(tǒng)計(jì)方面。由于這些程序語言本來就不是為專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所以利用它們來開發(fā)專家系統(tǒng)需花費(fèi)較多的時間與金錢成本。一般來說，程序語言的設(shè)計(jì)較為費(fèi)時，但能提供專家系統(tǒng)建構(gòu)者較大的彈性，較能設(shè)計(jì)出符合解決問題的專家系統(tǒng)。（2）專家系統(tǒng)建構(gòu)工具(Shell)：專家系統(tǒng)建構(gòu)工具又稱為專家系統(tǒng)骨架，是一種親和性相當(dāng)高的發(fā)展環(huán)境，非常容易產(chǎn)制使用者接口，快速表示知識庫以及控制管理搜尋數(shù)據(jù)的策略，可視為發(fā)展專家系統(tǒng)的軟件包。因此即使不是計(jì)算機(jī)專家，亦可以透過它來開發(fā)專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)建構(gòu)工具基于簡單好用的考量，大多是采法則模式，發(fā)展起來較迅速，但可能無法完全適用于不同的圖書館情況與特定的作業(yè)，也無法開發(fā)出較復(fù)雜的知識庫和推論器。2.人員的運(yùn)用圖書館在開發(fā)參考服務(wù)專家系統(tǒng)時，雖然大部分建構(gòu)工作的技術(shù)部分主要是由知識工程師與程序設(shè)計(jì)師完成的，但館員在整個過程中亦是舉足輕重的，必須參與整個開發(fā)的作業(yè)，以使建構(gòu)出來的系統(tǒng)確能符合所需。館員可以依其能力，及與其它專家合作的程度，適時地扮演以下角色：作為信息資源的專家：館員提供知識工程師圖書館的現(xiàn)況及需求等資料，或協(xié)助其尋找、了解圖書館學(xué)領(lǐng)域中的相關(guān)信息。作為協(xié)調(diào)者：計(jì)劃群組常很大，相互之間的協(xié)調(diào)是有些困難的。館員可以作為一個居中的領(lǐng)導(dǎo)者或溝通協(xié)調(diào)者。作為信息中介者：館員可以作為使用者與知織工程師間的中介者，例如將不相關(guān)的信息過篩、區(qū)別相似的資源等。作為知識的工程師：具有相關(guān)學(xué)科背景或能力的館員，不妨可以加入技術(shù)開發(fā)的陣容，作為負(fù)責(zé)發(fā)展專家系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)的一部分。進(jìn)行使用研究：有大部分的專家系統(tǒng)不是無法適應(yīng)真實(shí)世界就是不能使用，除了技術(shù)上的問題之外，有許多原因是在于系統(tǒng)沒有深入地考慮到使用者的行為模式、喜好與習(xí)慣等層面，因此，館員應(yīng)在系統(tǒng)發(fā)展前進(jìn)行使用研究的工作，以作為系統(tǒng)發(fā)展中考量的基本要素。進(jìn)行與外部資源的連結(jié)：館員可以負(fù)責(zé)規(guī)劃進(jìn)行專家系統(tǒng)與外部資源的連結(jié)工作，如其它圖書館、光盤數(shù)據(jù)庫、在線公用目錄等，使專家系統(tǒng)成為一個整合性的透明系統(tǒng)(TransparentSystem)。2.2圖書館參考服務(wù)專家系統(tǒng)的維護(hù)與評估參考服務(wù)專家系統(tǒng)建構(gòu)完成之后，并不代表所有工作就此告一段落，事后必須經(jīng)常進(jìn)行維護(hù)與評估，而它們的重要性絕不亞于事前的建構(gòu)程序。2.2.1、圖書館參考服務(wù)專家系統(tǒng)的維護(hù)

圖書館參考服務(wù)專家系統(tǒng)的維護(hù)工作包括下列三個主要部分：1.知識庫：知識庫的內(nèi)容必須定期更新與修改，以適應(yīng)環(huán)境與需求的不斷變動。2.推論器：推論器的架構(gòu)及法則必須依據(jù)知識庫來做某些調(diào)整，以確保推論結(jié)果的正確性。3.界面：各種接口應(yīng)依使用者、發(fā)展者與連結(jié)資源的不同需求而更新其設(shè)計(jì)方式，以期更能提供友善的操作環(huán)境，使系統(tǒng)與其它要素達(dá)到緊密的結(jié)合。參考服務(wù)專家系統(tǒng)的維護(hù)工作可由知識工程師等技術(shù)人員定期到館進(jìn)行，或由館員自己來實(shí)施。2.2.2、圖書館參考服務(wù)專家系統(tǒng)的評估圖書館參考服務(wù)專家系統(tǒng)的評估工作可分為下列二種方式：1.發(fā)展性評估(FormativeEvaluation)即為系統(tǒng)本身內(nèi)容上的評估?？捎上铝兴狞c(diǎn)進(jìn)一步探討：合理性(Soundness)：指系統(tǒng)所提供之?dāng)?shù)據(jù)是否正確，這牽涉到專家系統(tǒng)的知識庫的內(nèi)容與推論建議之專業(yè)品質(zhì).。完整性(Completeness)：指系統(tǒng)是否提供所有完全相關(guān)之?dāng)?shù)據(jù)。精確性(Precision)：指系統(tǒng)回答讀者問題的確定程度。使用性(Usability)：包括系統(tǒng)接口是否容易使用、專家系統(tǒng)與使用者相互溝通的程度、專家系統(tǒng)運(yùn)作之效率分析與成本效益分析等。2.全面性評估(SummativeEvaluation)這項(xiàng)評估是以比較的方式來測試專家系統(tǒng)提供參考服務(wù)的能力。最常使用的方法是直接以一些參考問題同時比較館員與系統(tǒng)的回答及數(shù)據(jù)提供的完整性、精確性、合理性等，或是比較有使用專家系統(tǒng)與沒有使用專家系統(tǒng)的效益。一般來說，發(fā)展性評估較偏向少數(shù)人的主觀判斷，容易失之偏頗；而全面性評估則是屬于實(shí)證性的比較，較為客觀，但是實(shí)施起來比較費(fèi)時費(fèi)力，且適當(dāng)?shù)膶?shí)證方法不易使用。圖書館中所進(jìn)行的專家系統(tǒng)評估多是屬于較小型的發(fā)展性評估，僅有少數(shù)進(jìn)行過全面性評估。專家系統(tǒng)在初步設(shè)計(jì)的雛形系統(tǒng)階段或更新擴(kuò)張等時機(jī)，特別適合進(jìn)行評估。唯有經(jīng)常進(jìn)行測試與評估的工作，才能使了解專家系統(tǒng)實(shí)行的狀況，并發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)而使其發(fā)揮最大效益。[7].[8]三、現(xiàn)狀與發(fā)展前景專家系統(tǒng)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)效益和社會效益。但與此同時，專家系統(tǒng)在開發(fā)使用中也存在著一下缺點(diǎn):1.知識獲取的“瓶頸”。2.另一種知識獲取的困難就是多個領(lǐng)域?qū)＜业闹R之間相互矛盾的處理。3.知識“窄臺階”。4.推理能力弱。5.智能水平低。以上種種都是專家系統(tǒng)發(fā)展中存在著的一些限制，在未來的年代中，許多今日專家系統(tǒng)缺失將會被改善，相信未來專家系統(tǒng)應(yīng)該繼續(xù)研究的項(xiàng)目有:具有處理常識的能力；發(fā)展深層的推論系統(tǒng)；不同層次解釋的能力；使專家系統(tǒng)具有學(xué)習(xí)的能力；分布式專家系統(tǒng)；輕易獲取與更新知識的能力。未來發(fā)展的專家系統(tǒng)，能經(jīng)由感應(yīng)器直接由外界接受資料，也可由系統(tǒng)外的知識庫獲得資料，在推理機(jī)中除推理外，上能擬定規(guī)劃，仿真問題狀況等。知識庫所存的不只是靜態(tài)的推論規(guī)則與事實(shí)，更有規(guī)劃、分類、結(jié)構(gòu)模式及行為模式等動態(tài)知識。參考文獻(xiàn)[1]王永慶.人工智能原理與方法[M].西安：西安交通大學(xué)出版社,1998.[2]敖志剛.人工智能與專家系統(tǒng)導(dǎo)論[M].合肥：中國科技大學(xué)出版社,2002.[3]楊學(xué)山.專家系統(tǒng)