人工智能專家系統(tǒng)

教授系統(tǒng)概論1.教授系統(tǒng)概念2.教授系統(tǒng)基本結構3.教授系統(tǒng)開發(fā)人工智能專家系統(tǒng)第1頁

教授系統(tǒng)概念1.什么是教授系統(tǒng)

教授系統(tǒng)是一個含有大量專門知識與經驗程序系統(tǒng)，它應用人工智能技術和計算機技術，依據某領域一個或多個教授提供知識和經驗，進行推理和判斷，模擬人類教授決議過程，方便處理那些需要人類教授處理復雜問題，簡而言之，教授系統(tǒng)是一個模擬人類教授處理領域問題計算機程序系統(tǒng)。人工智能專家系統(tǒng)第2頁

教授系統(tǒng)概念2.教授系統(tǒng)與普通應用程序區(qū)分

前者把問題求解知識隱含地編入程序，而后者則把其應用領域問題求解知識單獨組成一個實體，即為知識庫。知識庫處理是經過與知識庫分開控制策略進行。更明確地說，普通應用程序把知識組織為兩級：數據級和程序級；大多數教授系統(tǒng)則將知識組織成三級；數據、知識庫和控制。人工智能專家系統(tǒng)第3頁

教授系統(tǒng)概念3.教授系統(tǒng)類型

對教授系統(tǒng)能夠按不一樣方法分類。通常，能夠按應用領域、知識表示方法、控制策略、任務類型等分類。如按任務類型來劃分，常見有解釋型、預測型、診療型、調試型、維護型、規(guī)劃型、設計型、監(jiān)督型、控制型、教育型等。人工智能專家系統(tǒng)第4頁

教授系統(tǒng)基本結構

1.教授系統(tǒng)基本結構教授系統(tǒng)基本結構如圖所表示，其中箭頭方向為數據流動方向。教授系統(tǒng)通常由人機交互界面、知識庫、推理機、解釋器、綜合數據庫、知識獲取等6個部分組成。人工智能專家系統(tǒng)第5頁

教授系統(tǒng)基本結構

系統(tǒng)主要部分是知識庫和推理引擎。依據到當前為止討論推理系統(tǒng)，知識庫由謂詞演算事實和相關討論主題規(guī)則組成。推理引擎由全部操縱知識庫來演繹用戶要求信息過程組成-如消解、前向鏈或反向鏈。用戶接口可能包含某種自然語言處理系統(tǒng)，它允許用戶用一個有限自然語言形式與系統(tǒng)交互。也可是用帶有菜單圖形接口界面。解釋子系統(tǒng)分析被系統(tǒng)執(zhí)行推理結構，并把它解釋給用戶。

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教授系統(tǒng)基本結構

在實際應用中,這四個部分組成了一個系統(tǒng).在一個教授系統(tǒng)結構中,一個"知識工程師"(經常是一個訓練過AI計算機科學家)與應用領域一個教授(或幾個教授)共同工作方便把教授相關知識表示成一個形式,以使它能被輸入到知識庫.這個過程經常由一個知識采集子系統(tǒng)幫助。和其它情況一樣，這個子系統(tǒng)檢驗正在增加知識庫可能不一致和不完備信息，然后將它們表示給教授以做出決定。人工智能專家系統(tǒng)第7頁

教授系統(tǒng)基本結構

2.教授系統(tǒng)工作原理及普通工作過程

教授系統(tǒng)基本工作流程是，用戶經過人機界面回答系統(tǒng)提問，推理機將用戶輸入信息與知識庫中各個規(guī)則條件進行匹配，并把被匹配規(guī)則結論存放到綜合數據庫中。最終，教授系統(tǒng)將得出最終止論展現給用戶。

在這里，教授系統(tǒng)還能夠經過解釋器向用戶解釋以下問題：系統(tǒng)為何要向用戶提出該問題（Why）？計算機是怎樣得出最終止論（How）？

領域教授或知識工程師經過專門軟件工具，或編程實現教授系統(tǒng)中知識獲取，不停地充實和完善知識庫中知識。人工智能專家系統(tǒng)第8頁

教授系統(tǒng)基本結構

教授系統(tǒng)工作過程是依據知識庫中知識和用戶提供事實推理，不停地由已知前提推出未知結論，并把這些未知結論納入工作存放空間，作為已知新事實繼續(xù)推理，從而把求解問題由未知狀態(tài)轉換為已知狀態(tài)?？梢姡淌谙到y(tǒng)工作過程是教授工作過程一個機器模擬。人工智能專家系統(tǒng)第9頁

教授系統(tǒng)開發(fā)

1.教授系統(tǒng)開發(fā)條件

基礎知識型數據庫建立

教授系統(tǒng)關鍵是知識。

面向基層農戶和農技人員，MVPES將蔬菜栽培領域知識用以下幾個類型來表示和組織：（1）描述型知識。（2）數據型知識。（3）規(guī)則型知識。人工智能專家系統(tǒng)第10頁

教授系統(tǒng)開發(fā)

1.教授系統(tǒng)開發(fā)條件

計算機實現推理技術

推理是在建立知識庫、規(guī)則庫、數據庫基礎上，從用戶提供已經有事實，推出新結果。采取產生式推理方式。多條規(guī)則之間普通都有聯(lián)絡，即其中某條規(guī)則前提是另一條規(guī)則結論。能夠按逆向推理思想把推理前提與推理目標之間一系列規(guī)則展開為一棵樹型結構，形成知識樹或推理樹。人工智能專家系統(tǒng)第11頁

教授系統(tǒng)開發(fā)

2.教授系統(tǒng)基本設計思想與基本設計標準

(1)設計系統(tǒng)時，首先集中精力研究一小部分假設，以及下述觀察或觀察，也就是說，在設計試驗系統(tǒng)時，先不要考慮那些不十分確定事物。使用一部分結論，只取那些確實可信觀察和必定規(guī)則。

(2)挑選那些最有利于區(qū)分各個假設觀察。也就是說，應用這些觀察能夠把各種假設完全區(qū)分開來。

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教授系統(tǒng)開發(fā)

2.教授系統(tǒng)基本設計思想與基本設計標準

(3)在許多情況下，為得到許多所需結論，能夠有許多方式來組合觀察。在決定規(guī)則時，首先從確認或區(qū)分各種假設所需數量最少觀察組合開始。

(4)把那些并不含有很強預測或區(qū)分能力觀察組合起來，方便經過觀察或結論之間依賴關系來改進這些觀察區(qū)分能力。

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教授系統(tǒng)開發(fā)

2.教授系統(tǒng)基本設計思想與基本設計標準

(5)建立中間假設。引入中間假設目標是為了降低規(guī)則數量和簡化推理過程。比如，由觀察組合能夠產生中間假設組合H1、H2和H3。利用這些中間假設組合合取(H1∧H2∧H3)能夠降低產生式規(guī)則組合增加率。同時，還能夠采取以下做法：先獨立地確定中間假設H，然后在深入推理中，利用H必定或否定，而不是一直以事實來推理。

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教授系統(tǒng)開發(fā)

2.教授系統(tǒng)基本設計思想與基本設計標準

(6)以各種事例來試驗所設計系統(tǒng)。研究那些產生不準確結論事例，而且確定系統(tǒng)能夠做些什么修改以校正錯誤。修改系統(tǒng)后要檢驗系統(tǒng)對這些事例產生結果以及系統(tǒng)這些修改對其它事例影響。

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教授系統(tǒng)開發(fā)

2.教授系統(tǒng)基本設計思想與基本設計標準

各類教授系統(tǒng)之間含有一些共同問題。對于一些任務相同教授系統(tǒng)，因為問題特征不一樣而含有不一樣求解方法；而另一些任務不一樣教授系統(tǒng)，因為問題性質相近而含有類似求解方法。顯然，從問題普通特征出發(fā)來考慮建立模型方法，能夠更易于抓住問題本質。人工智能專家系統(tǒng)第16頁

教授系統(tǒng)開發(fā)

3.教授系統(tǒng)開發(fā)工具

當前國外出現了許多專用教授系統(tǒng)工具，開發(fā)某領域教授系統(tǒng)基本上是利用開發(fā)工具來實現，如1986Hal．Lemmon等人開發(fā)Comax棉花生產管理教授系統(tǒng)。

我國也出現不少教授系統(tǒng)工具，如“天馬”教授系統(tǒng)開發(fā)工具、ASCS農業(yè)教授咨詢系統(tǒng)開發(fā)平臺、國家863計劃研究結果"農業(yè)教授系統(tǒng)開發(fā)平臺（PAID：PlatformforAgriculturalIntelligence-systemDevelopment）等。人工智能專家系統(tǒng)第17頁

教授系統(tǒng)開發(fā)

3.教授系統(tǒng)開發(fā)工具

現有教授系統(tǒng)工具，主要分為骨架型工具(又稱外殼)、語言型工具、結構輔助工具和支撐環(huán)境等4類。

人工智能專家系統(tǒng)第18頁

教授系統(tǒng)開發(fā)

3.教授系統(tǒng)開發(fā)工具

1）骨架型開發(fā)工具教授系統(tǒng)普通都有推理機和知識庫兩部分，而規(guī)則集存于知識庫內。在一個理想教授系統(tǒng)中，推理機完全獨立于求解問題領域。系統(tǒng)功效上完善或改變，只依賴于規(guī)則集完善和改變。由此，借用以前開發(fā)好教授系統(tǒng)，將描述領域知識規(guī)則從原系統(tǒng)中“挖掉”，只保留其獨立于問題領域知識推理機部分，這么形成工具稱為骨架型工具。這類工具因其控制策略是預先給定，使用起來很方便，用戶只須將詳細領域知識明確地表示成為一些規(guī)則就能夠了。

人工智能專家系統(tǒng)第19頁

教授系統(tǒng)開發(fā)

3.教授系統(tǒng)開發(fā)工具

2）語言型開發(fā)工具語言型工具提供給用戶是建立教授系統(tǒng)所需要基本機制，其控制策略也不固定于一個或幾個形式，用戶能夠經過一定伎倆來影響其控制策略。所以，語言型工具結構改變范圍廣泛，表示靈活，所適應范圍要比骨架型工具廣泛得多。

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教授系統(tǒng)開發(fā)

3.教授系統(tǒng)開發(fā)工具

3）結構輔助工具系統(tǒng)結構輔助工具由一些程序模塊組成，有些程序能幫助取得和表示領域教授知識，有些程序能幫助設計正在結構教授系統(tǒng)結構。它主要分兩類，一個是設計輔助工具，另一個是知識獲取輔助工具。

人工智能專家系統(tǒng)第21頁

教授系統(tǒng)開發(fā)

3.教授系統(tǒng)開發(fā)工具

4）支撐環(huán)境支撐設施是指幫助進行程序設計工具，它常被作為知識工程語言一部分。工具支撐環(huán)境僅是一個附帶軟件包，方便使用戶界面更友好。它包含四個經典組件：調試輔助工具、輸入輸出設施、解釋設施和知識庫編輯器。人工智能專家系統(tǒng)第22頁

教授系統(tǒng)開發(fā)

3.教授系統(tǒng)開發(fā)步驟

(1)設計初始知識庫。知識庫設計是建立教授系統(tǒng)最主要和最艱巨任務。初始知識庫設計包含：

(a)問題知識化，即區(qū)分所研究問題實質，如要處理任務是什么，它是怎樣定義，可否把它分解為子問題或子任務，它包含哪些經典數據等。

(b)知識概念化，即概括知識表示所需要關鍵概念及其關系，如數據類型、已知條件(狀態(tài))和目標(狀態(tài))、提出假設以及控制策略等。

人工智能專家系統(tǒng)第23頁

教授系統(tǒng)開發(fā)

3.教授系統(tǒng)開發(fā)步驟

(1)設計初始知識庫。知識庫設計是建立教授系統(tǒng)最主要和最艱巨任務。初始知識庫設計包含：

(c)概念形式化，即確定用來組織知識數據結構形式，應用人工智能中各種知識表示方法把與概念化過程相關關鍵概念、子問題及信息流特征等變換為比較正式表示，它包含假設空間、過程模型和數據特征等。

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教授系統(tǒng)開發(fā)

3.教授系統(tǒng)開發(fā)步驟

(1)設計初始知識庫。知識庫設計是建立教授系統(tǒng)最主要和最艱巨任務。初始知識庫設計包含：

(d)形式規(guī)則化，即編制規(guī)則、把形式化了知識變換為由編程語言表示可供計算機執(zhí)行語句和程序。

(e)規(guī)則正當化，即確認規(guī)則化了知識合理性，檢驗規(guī)則有效性。

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教授系統(tǒng)開發(fā)

3.教授系統(tǒng)開發(fā)步驟

(2)原型機(prototype)開發(fā)與試驗。

在選定知識表示