第六章專家系統(tǒng)

6.1專家系統(tǒng)概述專家系統(tǒng)(expertsystem)是人工智能應(yīng)用研究最活躍和最廣泛的課題之一,是目前AI應(yīng)用研究的主要領(lǐng)域之一。定義：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)和解決問題的方法來處理該領(lǐng)域問題；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)。

1965年首個(gè)專家系統(tǒng)DENDRAL在斯坦福大學(xué)問世；到80年代中期，各種專家系統(tǒng)已遍布各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，取得很大的成功。

專家系統(tǒng)是一個(gè)智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，內(nèi)部含大量的某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R(shí)與經(jīng)驗(yàn)，能夠利用人類專家的知識(shí)和解決問題的方法來處理該領(lǐng)域問題。

專家系統(tǒng)是模擬人類專家解決領(lǐng)域問題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。

6.1.1專家系統(tǒng)特點(diǎn)專家系統(tǒng)具有一些共同的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)專家系統(tǒng)具有下列3個(gè)特點(diǎn)：

(1)啟發(fā)性能運(yùn)用專家的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理、判斷和決策。大部分知識(shí)是非數(shù)學(xué)性的，約占8%以數(shù)學(xué)公式為核心?；瘜W(xué)和物理、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等，大部分靠推理進(jìn)行思考。企業(yè)管理幾乎全靠符號(hào)推理，而不是數(shù)值計(jì)算。

(2)透明性

專家系統(tǒng)能夠解釋自身推理過程和回答用戶問題，能讓用戶了解推理過程，提高對(duì)專家系統(tǒng)的信賴感。醫(yī)療診斷專家系統(tǒng)診斷某病人患有肺炎，需用某種抗生素治療。專家系統(tǒng)將會(huì)向病人解釋為什么他患肺炎，像醫(yī)療專家對(duì)病人解釋病情。

(3)靈活性

專家系統(tǒng)能不斷地增長(zhǎng)知識(shí)，修改原有知識(shí)，不斷更新。

專家系統(tǒng)具有下列8個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

(1)專家系統(tǒng)能高效率、準(zhǔn)確、周到、不知疲倦進(jìn)行工作。

(2)專家系統(tǒng)解決實(shí)際問題不受周圍環(huán)境的影響，也不可能遺漏忘記。(3)推廣珍貴和稀缺的專家知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，使專家的專長(zhǎng)不受時(shí)間和空間的限制。(4)專家系統(tǒng)使領(lǐng)域?qū)＜业膶I(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)得到總結(jié)和精煉，能夠廣泛有力地傳播專家的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和能力。(5)能匯集多領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)，使他們協(xié)作解決重大問題。(6)軍事專家系統(tǒng)的水平是一個(gè)國(guó)家國(guó)防現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。(7)專家系統(tǒng)的研制和應(yīng)用，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。(8)研究專家系統(tǒng)能夠促進(jìn)整個(gè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。按用途分類，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。按輸出結(jié)果分類，可分為：分析型和設(shè)計(jì)型。按知識(shí)表示分類，可分為：基于產(chǎn)生式規(guī)則的專家系統(tǒng)、基于一階謂詞的專家系統(tǒng)、基于框架的專家系統(tǒng)、基于語(yǔ)義網(wǎng)的專家系統(tǒng)等等。按知識(shí)分類,可分為：精確推理型和不精確推理型(如模糊專家系統(tǒng))兩類。按采用的技術(shù)分類,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)。6.1.2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)專家系統(tǒng)的用途分類：1.解釋專家系統(tǒng)

(expertsystemforinterpretation)任務(wù)

通過對(duì)已知信息與數(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)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)推理過程可能很復(fù)雜和很長(zhǎng)，具有對(duì)自身推理作出解釋的能力。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)解釋等衛(wèi)星圖象(云圖)分析、集成電路分析、DENDRAL化學(xué)結(jié)構(gòu)分析、ELAS石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)分析、染色體分類、PROSPECTOR地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)解釋等實(shí)用系統(tǒng)。

2.預(yù)測(cè)專家系統(tǒng)

(expertsystemforprediction)任務(wù)

通過對(duì)過去與現(xiàn)在已知狀況的分析，預(yù)測(cè)未來可能發(fā)生的情況。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，能從不完全和不準(zhǔn)確的信息中進(jìn)行預(yù)報(bào)。例子氣象預(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。

惡劣氣候(包括暴雨、颶風(fēng)、冰雹等)預(yù)報(bào)、戰(zhàn)場(chǎng)前景預(yù)測(cè)和農(nóng)作物病蟲害預(yù)報(bào)等專家系統(tǒng)。

3.診斷專家系統(tǒng)

(expertsystemfordiagnosis)任務(wù)

根據(jù)觀察到的情況(數(shù)據(jù))來推斷出某個(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

有醫(yī)療診斷，電子機(jī)械和軟件故障診斷等

抗生素治療MYCIN、肝功能檢驗(yàn)PUFF、青光眼治療的CASNET，IBM的計(jì)算機(jī)故障診斷系統(tǒng)DART/DASD，火電廠鍋爐給水系統(tǒng)故障檢測(cè)與診斷系統(tǒng)、雷達(dá)故障診斷系統(tǒng)和太空站熱力控制系統(tǒng)的故障檢測(cè)與診斷系統(tǒng)等。

4.設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)

(expertsystemfordesign)任務(wù)據(jù)設(shè)計(jì)要求，配置滿足設(shè)計(jì)問題約束的目標(biāo)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善于分析各種子問題，并處理子問題間的相互作用能試驗(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)來解釋當(dāng)前新的設(shè)計(jì)例子電路設(shè)計(jì)、土木建筑工程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)等

VAX計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)R1(XCOM)、浙江大學(xué)花布立體感圖案設(shè)計(jì)和花布印染專家系統(tǒng)、大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)、齒輪加工工藝設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)等。

5.規(guī)劃專家系統(tǒng)

(expertsystemforplanning)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)未來動(dòng)作做出預(yù)測(cè)所涉及的問題可能很復(fù)雜，能處理子目標(biāo)間的關(guān)系和不確定的數(shù)據(jù)信息，并通過試驗(yàn)性動(dòng)作得出可行規(guī)劃例子機(jī)器人規(guī)劃、交通運(yùn)輸調(diào)度、工程項(xiàng)目論證、通信與軍事指揮以及農(nóng)作物施肥方案規(guī)劃等

3界3號(hào)軍事指揮調(diào)度系統(tǒng)、ROPES機(jī)器人規(guī)劃專家系統(tǒng)、汽車和火車運(yùn)行調(diào)度專家系統(tǒng)、小麥和水稻施肥專家系統(tǒng)等

6.監(jiān)視專家系統(tǒng)

(expertsystemformonitoring)任務(wù)

對(duì)系統(tǒng)、對(duì)象或過程的行為進(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)應(yīng)具有快速反應(yīng)能力，在事故之前及時(shí)發(fā)出警報(bào)系統(tǒng)發(fā)出的警報(bào)要有很高的準(zhǔn)確性,沒有(假警報(bào))及及時(shí)報(bào)警系統(tǒng)能夠隨時(shí)間和條件的變化動(dòng)態(tài)地處理其輸入信息例子核電站的安全監(jiān)視、防空監(jiān)視與警報(bào)、國(guó)家財(cái)政的監(jiān)控、傳染病疫情監(jiān)視及農(nóng)作物病蟲害監(jiān)視與警報(bào)等。粘蟲測(cè)報(bào)專家系統(tǒng)等7.控制專家系統(tǒng)

(expertsystemforcontrol)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)過程控制和生產(chǎn)質(zhì)量控制等已有對(duì)海、陸、空自主車、生產(chǎn)線調(diào)度和產(chǎn)品質(zhì)量控制等控制專家系統(tǒng)的研究。

8.調(diào)試專家系統(tǒng)

(expertsystemfordebugging)

任務(wù)

對(duì)失靈的對(duì)象給出處理意見和方法特點(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)的功能例子新產(chǎn)品或新系統(tǒng)調(diào)試，被修設(shè)備調(diào)整。在這方面的實(shí)例還比較少見9.教學(xué)專家系統(tǒng)

(expertsystemforinstruction)任務(wù)以適當(dāng)教案和教學(xué)方法對(duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)和輔導(dǎo)特點(diǎn)同時(shí)具有診斷和調(diào)試等功能具有良好的人機(jī)界面例子麻省理工學(xué)院的MACSYMA符號(hào)積分與定理證明系統(tǒng)、大學(xué)開發(fā)的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、物理計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)、聾啞人語(yǔ)言訓(xùn)練專家系統(tǒng)等10.修理專家系統(tǒng)

(expertsystemforrepair)

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)正常工作功能

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)是一個(gè)應(yīng)用實(shí)例

還有決策專家系統(tǒng)和咨詢專家系統(tǒng)等6.1.3專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和建造步驟定義：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)結(jié)構(gòu)圖知識(shí)庫(kù)推理機(jī)專家知識(shí)輸入或提問答案圖6.1專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(ExpertSystem)圖6.2理想專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖接口用戶事實(shí)規(guī)則計(jì)劃議程中間解黑板知識(shí)庫(kù)解釋器執(zhí)行器調(diào)度器協(xié)調(diào)器

接口：識(shí)別與解釋用戶問題和數(shù)據(jù)等信息，把這些信息轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)內(nèi)部表示形式。將系統(tǒng)向用戶提出的問題、得出的結(jié)果和作出的解釋以用戶易于理解的形式提供給用戶。

黑板：記錄系統(tǒng)推理過程中用到的控制信息、中間假設(shè)和中間結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)。包括計(jì)劃、議程和中間解3部分。知識(shí)庫(kù)：包括已知的相關(guān)數(shù)據(jù)信息；推理時(shí)用到的一般知識(shí)和領(lǐng)域知識(shí)（規(guī)則、網(wǎng)絡(luò)等形式）。解釋器：向用戶解釋結(jié)論及系統(tǒng)輸出原因。需要利用黑板記錄中間結(jié)果、中間假設(shè)和知識(shí)庫(kù)的知識(shí)。執(zhí)行器：用知識(shí)庫(kù)及黑板記錄信息，執(zhí)行調(diào)度器選定動(dòng)作。調(diào)度器：按照系統(tǒng)控制知識(shí)，從議程中選擇一項(xiàng)作為系統(tǒng)后續(xù)執(zhí)行動(dòng)作。協(xié)調(diào)器：得到新數(shù)據(jù)或新假設(shè)時(shí)，對(duì)已有結(jié)果進(jìn)行修正，保持前后一致性。圖6.2理想專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖接口用戶事實(shí)規(guī)則計(jì)劃議程中間解黑板知識(shí)庫(kù)解釋器執(zhí)行器調(diào)度器協(xié)調(diào)器一般應(yīng)用程序與專家系統(tǒng)的區(qū)別：一般應(yīng)用程序

專家系統(tǒng)

把問題求解的知識(shí)隱含地編入程序。把知識(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)的主要組成部分知識(shí)庫(kù)（KnowledgeBase）綜合數(shù)據(jù)庫(kù)（GlobalDatabase）推理機(jī)（ReasoningMachine）解釋器（Explanator）人機(jī)接口（Interface）2.專家系統(tǒng)的建造步驟知識(shí)化問題圖6.3建立專家系統(tǒng)的步驟合法化概念化形式化規(guī)則化知識(shí)概念結(jié)構(gòu)形式規(guī)則再設(shè)計(jì)改進(jìn)重新闡述(1)設(shè)計(jì)初始知識(shí)庫(kù)

(a)問題知識(shí)化，辨別問題的任務(wù)？定義？分解子問題？典型數(shù)據(jù)？…

(b)知識(shí)概念化，概括知識(shí)的概念及關(guān)系，狀態(tài)？假設(shè)?控制策略？…

(c)概念形式化，確定組織知識(shí)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式、表達(dá)等。

(d)形式規(guī)則化，編制規(guī)則、把形式化的知識(shí)變換語(yǔ)句和程序。

(e)規(guī)則合法化，確認(rèn)規(guī)則化知識(shí)的合理性？有效性？…

知識(shí)化問題圖6.3建立專家系統(tǒng)的步驟合法化概念化形式化規(guī)則化知識(shí)概念結(jié)構(gòu)形式規(guī)則再設(shè)計(jì)改進(jìn)重新闡述(2)原型機(jī)(prototype)開發(fā)與試驗(yàn)

建立整個(gè)系統(tǒng)所需的實(shí)驗(yàn)子集，典型知識(shí)，相關(guān)的簡(jiǎn)單任務(wù)和推理。

(3)知識(shí)庫(kù)的改進(jìn)與歸納

反復(fù)改進(jìn)知識(shí)庫(kù)及推理規(guī)則，歸納出更完善的結(jié)果。

動(dòng)物識(shí)別專家系統(tǒng)6.2基于規(guī)則的專家系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)：知識(shí)庫(kù)（規(guī)則）工作存儲(chǔ)器（事實(shí)）推理機(jī)解釋器外部程序用戶界面開發(fā)界面用戶知識(shí)工程師6.2基于規(guī)則的專家系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)：知識(shí)庫(kù)（規(guī)則）工作存儲(chǔ)器（事實(shí)）推理機(jī)解釋器外部程序用戶界面開發(fā)界面用戶知識(shí)工程師以一套規(guī)則建立存儲(chǔ)器模型存放事實(shí)及規(guī)則激發(fā)而推出的新事實(shí)建立推理模型，推出新信息觀察系統(tǒng)、交互接口通過該界面進(jìn)行開發(fā)解釋系統(tǒng)推理數(shù)據(jù)庫(kù)、擴(kuò)展盤、算法基于規(guī)則的專家系統(tǒng)采用下列模塊來建立產(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

建立人的短期存儲(chǔ)器模型，存放問題事實(shí)和由規(guī)則激發(fā)而推斷出的新事實(shí)推理機(jī)

借助于把存放在工作存儲(chǔ)器內(nèi)的問題事實(shí)和存放在知識(shí)庫(kù)內(nèi)的規(guī)則結(jié)合起來，建立人的推理模型，以推斷出新的信息舉例

EMYCIN中，采用逆向鏈深度優(yōu)先控制策略。提供專門的規(guī)則語(yǔ)言來表示領(lǐng)域知識(shí).

基本的規(guī)則形式是：(IF〈前提〉THEN〈行為〉［ELSE〈行為〉])當(dāng)前提為真時(shí)，該規(guī)則將前提與一個(gè)行為結(jié)合起來，否則與另一個(gè)行為結(jié)合起來。用[-1,+1]間的數(shù)字表示在該前提下行為的可信程度。如一條判斷細(xì)菌類別的規(guī)則可表示如下：

其含意如下：

如果培養(yǎng)物的部位是血液

細(xì)菌的類別確不知道

細(xì)菌的染色是革藍(lán)氏陰性

細(xì)菌的外形是桿狀

病人被嚴(yán)重地?zé)齻?/p>

那么以不太充分的證據(jù)(可信程度0.4)說明細(xì)菌的類別是假單菌。

規(guī)則

基于規(guī)則的專家系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：

自然知識(shí)的描述知識(shí)與處理過程分離可以處理不完整和不確定的知識(shí)

基于規(guī)則的專家系統(tǒng)的缺點(diǎn)：

規(guī)則間的關(guān)系不透明搜索策略的工作效率低不能自學(xué)習(xí)6.3基于框架專家系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)：人類男人約翰杰克特征名稱值側(cè)面女人海倫麗達(dá)規(guī)則目標(biāo)議程表人類———抽象類框架，具有特征圓——框架，子類層次———框架之間關(guān)系

使用一組含在知識(shí)庫(kù)內(nèi)的框架，處理工作存儲(chǔ)器內(nèi)的具體問題，通過推理機(jī)推出新的信息?；诳蚣艿膶＜蚁到y(tǒng)的推理和語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)一樣遵循匹配和繼承的原則?？蚣苤腥鏸fneeded、ifadded等槽的槽值是附加過程，在推理過程中起重要作用。將一個(gè)子框架視作知識(shí)單位，將一個(gè)問題的求解，通過匹配分散為各有關(guān)的子框架的協(xié)調(diào)過程。推理機(jī)理框架系統(tǒng)（知識(shí)）庫(kù)例：確定一個(gè)人的年齡已匹配的知識(shí)庫(kù)中的框架:槽名

年齡NIL

ifneededASK

ifaddedCHECK自動(dòng)啟動(dòng)ifneeded槽的附加過程ASKASK是個(gè)程序，表示向用戶詢問，并等待輸入。當(dāng)用戶輸入“25”后便將25設(shè)定為所要求的年齡，啟動(dòng)ifadded槽執(zhí)行附加過程CHECK程序，檢查該年齡值是否合適。舉例

框架是一種通用的知識(shí)表達(dá)形式，基于框架的專家系統(tǒng)沒有統(tǒng)一形式，常由各種問題的不同需要來決定。

"船舶積載專家系統(tǒng)"船舶積載是船舶運(yùn)輸中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，為了保證航行安全和貨物的完好無損，在進(jìn)行積載中需要掌握多方面的知識(shí)。

樹的每個(gè)節(jié)點(diǎn)是框架結(jié)構(gòu)：

框架名

AKOVALUE<值>

PROPDEFAULT<表1>

SFIF-NEEDED<算術(shù)表達(dá)式>

CONFLICTADD<表2>

框架名用類名表示。AKO是一個(gè)槽，VALUE是它的側(cè)面，通過填寫<值>的內(nèi)容表示出該框架屬于哪一類。PROP槽記錄節(jié)點(diǎn)的特性，側(cè)面DEFAULT表示該槽的內(nèi)容可默認(rèn)繼承，即當(dāng)<表1>為非NIL時(shí)，PROP的槽值為<表1>，當(dāng)<表1>為NIL時(shí)，PROP的槽值用其父節(jié)點(diǎn)的PROP槽值來代替。一個(gè)框架系統(tǒng)

葉節(jié)點(diǎn)--具體的貨物，如花茶、糖等;其它節(jié)點(diǎn)--有某些相同特點(diǎn)的一類事物，如花茶、綠茶都屬于茶，而茶又屬于食品等。SF槽記錄的是該貨物的積載因子，這是一個(gè)在積載過程中可能用到的數(shù)值，IF-NEEDED側(cè)面說明當(dāng)需要該值時(shí)，其值可以由所給的<算術(shù)表達(dá)式>計(jì)算出。CONFLICT槽記錄的是該類貨物和那類貨物相抵，即它們不能同時(shí)放入同一個(gè)貨倉(cāng)中。其側(cè)面ADD說明該槽除了具有所有祖先的共性之外，還具有特殊的性質(zhì)，其個(gè)性由<表2>給出。基于框架專家系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法主要設(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)。設(shè)計(jì)時(shí)，把整個(gè)問題和每件事想像為編織起來的事物在辨識(shí)事物之后，尋找把這些事物組織起來的方法對(duì)于任何類型的專家系統(tǒng)，設(shè)計(jì)是個(gè)高度交互的過程6.4基于模型的專家系統(tǒng)一個(gè)知識(shí)系統(tǒng)中的知識(shí)庫(kù)是由各種模型綜合而成；一個(gè)專家系統(tǒng)是由一些原理與運(yùn)行方式不同的模型綜合而成；模型：基于邏輯的心理模型、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)模型、定性物理模型、可視知識(shí)模型等?；谏窠?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)集成模式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)支持專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)支持神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同式的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)知識(shí)獲取學(xué)習(xí)示例網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)算法解釋器專家神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用戶知識(shí)庫(kù)推理機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)的幾個(gè)問題討論神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)表示是一種隱式表示神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過實(shí)例學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)知識(shí)自動(dòng)獲取神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的推理是個(gè)正向非線性數(shù)值計(jì)算過程，同時(shí)也是一種并行推理機(jī)制同一知識(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)6.5新型專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)思想很重要，不僅促進(jìn)人工智能的發(fā)展，對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展影響甚大。但基于規(guī)則的知識(shí)庫(kù)限制專家系統(tǒng)的發(fā)展。專家系統(tǒng)不僅采用各種定性模型，且要運(yùn)用人工智能和計(jì)算機(jī)技術(shù)的一些新思想與新技術(shù)，如分布式、協(xié)同式和學(xué)習(xí)機(jī)制等。新型專家系統(tǒng)的特征：1．并行與分布處理

基于各并行算法，采用各種并行推理和執(zhí)行技術(shù)，適合在多處理器的硬件環(huán)境中工作。根據(jù)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)或要求驅(qū)動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)分布在各處理器上專家系統(tǒng)的各部分間的通信和同步。分布處理特征要求專家系統(tǒng)做到功能合理、均衡地分布，以及知識(shí)和數(shù)據(jù)適當(dāng)?shù)胤植?，著眼點(diǎn)主要在于提高系統(tǒng)的處理效率和可靠性等。

2．多專家系統(tǒng)協(xié)同工作

多個(gè)專家系統(tǒng)協(xié)同合作；

各子專家系統(tǒng)之間相互通信；

一個(gè)子專家的輸出可能是另一子專家系統(tǒng)的輸入；

有些輸出可反饋輸入到自身或其先輩系統(tǒng)中去；經(jīng)過迭代求得某種“穩(wěn)定”狀態(tài)。

3．高級(jí)語(yǔ)言和知識(shí)語(yǔ)言描述

用高級(jí)系統(tǒng)描述語(yǔ)言描述系統(tǒng)功能、性能以及接口；用知識(shí)表示語(yǔ)言描述領(lǐng)域知識(shí)；

系統(tǒng)自動(dòng)或半自動(dòng)地生成專家系統(tǒng)。4．具有自學(xué)習(xí)功能

提供高級(jí)知識(shí)獲取與學(xué)習(xí)功能，用戶對(duì)系統(tǒng)提問動(dòng)態(tài)應(yīng)答，推理獲得知識(shí)，不斷擴(kuò)充知識(shí)庫(kù)。

5．引入新的推理機(jī)理

新型專家系統(tǒng)，除演繹推理之外，還應(yīng)有歸納推理（聯(lián)想、類比推理）、非準(zhǔn)邏輯推理（非單調(diào)推理、加權(quán)邏輯推理）以及模糊知識(shí)推理，在推理機(jī)制上應(yīng)有一個(gè)突破。

6．具有自糾錯(cuò)和自完善能力

排錯(cuò)須有識(shí)別能力，專家系統(tǒng)隨時(shí)間的推移，反復(fù)運(yùn)行不斷地修正錯(cuò)誤，完善自身，并使知識(shí)越來越豐富。

7．先進(jìn)的智能人接口理解自然語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)聲、文字、圖形和圖像的直接輸入輸出。需硬件的有力支持，先進(jìn)的軟件技術(shù)將利于使智能接口的實(shí)現(xiàn)。6.6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，在總體上提高系統(tǒng)的處理效率?？梢怨ぷ髟诰o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，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。設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)分布式專家系統(tǒng)，需要解決的問題：功能分布：把分解得到的系統(tǒng)各部分功能或任務(wù)合理均衡地分配到各處理節(jié)點(diǎn)上。知識(shí)分布：根據(jù)功能分布的情況把有關(guān)知識(shí)經(jīng)合理劃分以后分配到各處理節(jié)點(diǎn)上。接口設(shè)計(jì)：各部分間接口的設(shè)計(jì)目的是要達(dá)到各部分之間互相通訊和同步容易進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：一方面依賴于應(yīng)用的環(huán)境與性質(zhì)，另一方面依賴于其所處的硬件環(huán)境(樹型、星型)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)（top-down）4)事件驅(qū)動(dòng)(包含數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和需求驅(qū)動(dòng))6.7協(xié)同式專家系統(tǒng)（群專家系統(tǒng)）一般專家系統(tǒng)解題的領(lǐng)域面很窄，應(yīng)用具有局限性。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)”設(shè)計(jì)與建立一個(gè)協(xié)同式多專家系統(tǒng)，需要解決的問題：任務(wù)的分解公共知識(shí)的導(dǎo)出討論方式裁決方式驅(qū)動(dòng)方式6.7專家系統(tǒng)開發(fā)工具

專家系統(tǒng)開發(fā)工具：比一般計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言：FORTRAN、PASCAL、C、LISP和PROLOG等具有更強(qiáng)的功能。專家系統(tǒng)工具是一種更高級(jí)的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。

現(xiàn)有專家系統(tǒng)工具，主要分為：骨架型工具(又稱外殼)

語(yǔ)言型工具構(gòu)造輔助工具支撐環(huán)境1.骨架型開發(fā)工具專家系統(tǒng)一般有推理機(jī)和知識(shí)庫(kù)兩部分。

規(guī)則存于知識(shí)庫(kù)內(nèi)，推理機(jī)完全獨(dú)立于問題領(lǐng)域。系統(tǒng)功能的改變，只依賴于規(guī)則集的完善和改變。利用以前開發(fā)好的專家系統(tǒng)，將描述領(lǐng)域知識(shí)的規(guī)則從原系統(tǒng)中“挖掉”，只保留其獨(dú)立于問題領(lǐng)域知識(shí)的推理機(jī)部分，稱為骨架型工具。例如KAS、EMYCIN、EXPERT等。優(yōu)點(diǎn):(1)控制策略預(yù)定，用戶集中精力整理概念和規(guī)則，提高專家系統(tǒng)的開發(fā)效率；而傳統(tǒng)式的建立專家系統(tǒng)，將大部分時(shí)間花費(fèi)在開發(fā)系統(tǒng)的過程及結(jié)構(gòu)上。(2)交互性好，方便用戶對(duì)話，結(jié)果解釋能力強(qiáng)。存在的問題:2.語(yǔ)言型開發(fā)工具提供用戶建立ES的基本機(jī)制，用戶可以影響控制策略。語(yǔ)言型工具的結(jié)構(gòu)多樣，表示靈活，適應(yīng)范圍比骨架型工具廣泛。像OPS5、OPS83、RLL及ROSIE等，屬于此類工具。

功能的通用性與使用的方便性是一對(duì)矛盾，語(yǔ)言型工具為維護(hù)應(yīng)用的廣泛，考慮眾多問題，用戶不易掌握；具體領(lǐng)域知識(shí)的表示比骨架型工具困難；用戶對(duì)話和結(jié)果解釋也不如骨架型工具；

典型的例子是OPS5，以產(chǎn)生式系統(tǒng)為基礎(chǔ)，綜合通用的控制和表示機(jī)制。

CLISP是美國(guó)航天局85年推出的產(chǎn)生式語(yǔ)言開發(fā)工具，具有產(chǎn)生式系統(tǒng)和C語(yǔ)言的特征，應(yīng)用廣泛。

3.構(gòu)造輔助工具

(1)AGE

AGE是斯坦福大學(xué)用INTERLISP語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的ES工具；

AGE提供一整套像積木的組件，能夠“裝配”成專家系統(tǒng)。它包括以下4個(gè)子系統(tǒng)：

(a)設(shè)計(jì)子系統(tǒng)：指導(dǎo)用戶用預(yù)組合模型進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

(b)編輯子系統(tǒng)：輔助用戶選構(gòu)件模塊，裝入領(lǐng)域知識(shí)和控制信息，建造知識(shí)庫(kù)。

(c)解釋子系統(tǒng)：執(zhí)行用戶程序，進(jìn)行推理求解，并提供查錯(cuò)手段，建造推理機(jī)。

(d)跟蹤子系統(tǒng)：跟蹤和測(cè)試用戶開發(fā)的ES。

4.支撐環(huán)境支撐設(shè)施是幫助程序設(shè)計(jì)的工具，常作為知識(shí)工程語(yǔ)言的一部分。工具支撐環(huán)境僅是一個(gè)附帶的軟件包，用戶界面更友好.

它包括四個(gè)典型組件：

1）調(diào)試輔助工具

2）輸入輸出設(shè)施

3）解釋設(shè)施

4）知識(shí)庫(kù)編輯器

6.8專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以維修咨詢系統(tǒng)為例，說明專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程。設(shè)計(jì)過程包括：描述專家知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)和解釋決策等。在設(shè)計(jì)該專家系統(tǒng)時(shí)，使用了專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具EXPERT。6.8.1

專家知識(shí)的描述

按照EXPERT表達(dá)知識(shí)的方式，系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中利用3個(gè)表達(dá)成分：

假設(shè)或結(jié)論（hypothesis）

觀測(cè)或觀察（fact）

推理或決策規(guī)則(rule)

1.結(jié)論的表示

在EXPERT中，每個(gè)由系統(tǒng)推理得到的結(jié)論（或假設(shè)）用簡(jiǎn)寫的助記符號(hào)和用自然語(yǔ)言（中文、英文等）寫的正式的說明語(yǔ)句來表示。最簡(jiǎn)單形式的假設(shè)用一個(gè)表來表示。例如，有關(guān)汽車修理問題的表：

FLOOD汽缸里的汽油過多，阻礙了點(diǎn)火，簡(jiǎn)稱為汽缸被淹CHOKE汽門堵塞EMPTY無燃料FILT燃料過濾器阻塞CAB電池電纜松脫或銹蝕BATD蓄電池耗盡STRTR啟動(dòng)器工作不正常

設(shè)計(jì)目標(biāo)是總結(jié)出專家的推理過程;

以代表專家的最后結(jié)論或假設(shè)進(jìn)行推理;

而且要以中間假設(shè)或結(jié)論進(jìn)行推理;

中間假設(shè)或結(jié)論通常是某重要證據(jù)的定性概括。利用這些中間假設(shè)和結(jié)論可使推理過程更清楚和有效。例如，可能有許多種燃料系統(tǒng)方面的問題，可以建立一個(gè)中間假設(shè)FUEL來概括燃料系統(tǒng)出現(xiàn)的各種問題。在所討論的例子中，被定義的中間假設(shè)除了FUEL以外還有表示電氣系統(tǒng)方面問題的ELEC:FUEL燃料系統(tǒng)方面的問題ELEC電氣系統(tǒng)方面的問題一些附加的假設(shè)可表示建議的種類，這些建議將告訴使用者應(yīng)采取什么操作。例如：處理方法WAIT等待10分鐘或在啟動(dòng)時(shí)把風(fēng)門踏板踩到最低位置OPEN取下清潔器部件，手拿鉛筆去打開汽門GAS在油罐里注入更多汽油RFILT更換汽油過濾器CLEAN清潔和緊固電池電纜CBATT對(duì)電池充電或更換電池NSTAR更換啟動(dòng)器2.觀測(cè)的表示

觀測(cè)是得到結(jié)論所需要的觀察或量測(cè)結(jié)果。它們通?？梢杂眠壿嬛担赫?T)，假(F)或“不知道”，或用數(shù)字來表示。在交互式系統(tǒng)中，一般包括向使用者詢問信息的系統(tǒng)；但有時(shí)也可以不需要使用者的直接干預(yù)，而直接獲得觀測(cè)結(jié)果。例如可以從儀表直接讀數(shù)或從另外的程序送來結(jié)果。

如果以向使用者詢問的方法記錄觀測(cè)，可以根據(jù)有關(guān)的主題來組織觀測(cè)，以便使詢問進(jìn)行得更為有效。

把問題組織成菜單那樣的編組是一種很有效的方法。這種方法把問題按主題組織成：選擇題、對(duì)照表、或用數(shù)字回答的問題。

選擇題：幾個(gè)答案選一。

Odorofgasincarbaretor(汽化器中汽油的氣味)

NGAS無氣味

MGAS正常

LGAS氣味很濃對(duì)照表：是一組問題，在這組問題的范圍內(nèi)，任何數(shù)量的回答都是允許的。

Typeofproblem(問題種類)

FCWS汽車不能啟動(dòng)

FOTH汽車有其它毛病數(shù)字類型問題

TEMP室外溫度(華氏)是非題：是非選擇也是一種有效的詢問方式。

EGAS油表讀數(shù)為空觀測(cè)：FRONT

前燈亮

SCRNK

啟動(dòng)器轉(zhuǎn)慢

DIM

車頭燈暗

FCWS

汽車不能啟動(dòng)

(對(duì)以上觀測(cè)的回答是YES或NO)

TEMP

溫度（數(shù)字量）系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括多個(gè)詳細(xì)過程知識(shí)，系統(tǒng)調(diào)用一個(gè)子程序，程序?qū)a(chǎn)生一個(gè)觀測(cè)。例如：一個(gè)觀測(cè)代表汽車油耗，利用一段程序，根據(jù)公里數(shù)和所消耗燃料計(jì)算。在某些系統(tǒng)中把觀測(cè)按假設(shè)那樣來處理，每個(gè)觀測(cè)都附有一個(gè)可信度等級(jí)。例如，使用者可以說明溫度為55°的可信程度為90％，或在汽化器里汽油氣味是正常的可信程度為70％。3.推理規(guī)則的表示

總的來說產(chǎn)生式規(guī)則是決策規(guī)則果為常用的表示形式。這些IF—THEN形式的規(guī)則用來編譯專家憑經(jīng)驗(yàn)的推理過程。按照我們的表示方法，產(chǎn)生式規(guī)則可根據(jù)觀測(cè)和假設(shè)之間的邏輯關(guān)系分成三類：

(1)FF——觀測(cè)到觀測(cè)的規(guī)則；(2)FH——觀測(cè)到假設(shè)的規(guī)則；(3)HH———假設(shè)到假設(shè)的規(guī)則．從觀測(cè)到觀測(cè)的規(guī)則(FF規(guī)則)FF規(guī)則規(guī)定那些可以從已經(jīng)確定的觀測(cè)直接推導(dǎo)出來的觀測(cè)的真值。如果利用FF規(guī)則，根據(jù)對(duì)先前問題的回答，已經(jīng)可以確定對(duì)后面問題的回答，那么就可以避免詢問不必要的問題。在問題調(diào)查表中，問題的排列是從一般的問題到專門的問題。如果一些問題的回答可被用來確定對(duì)另外一些問題的解答，這些問題應(yīng)在問題調(diào)查表中最先被應(yīng)用。FF規(guī)則：F(FRONT，F(xiàn))

F(HEAD：PARK，F(xiàn))

如果 前燈工作的觀測(cè)是假那么 和前燈工作有關(guān)的觀測(cè)、也即車頭燈、轉(zhuǎn)彎燈到停車燈工作也都是假。問題調(diào)查表*對(duì)照表車燈不工作：

FRONT前車燈

REAR后車燈*對(duì)照表前車燈不工作：

HEAD車頭燈

FTURN轉(zhuǎn)彎燈

PARK停車燈*對(duì)照表后車燈不工作：

TAIL車尾燈

RTURN轉(zhuǎn)彎信號(hào)燈

BU備用燈表中*號(hào)以后的名稱說明問題的類型。此表中所用的問題類型都是”對(duì)照表”。問題類型以下的第一行說明所詢問的問題。例如，“車燈不工作嗎?”問題下面所列出的是幾種可能的回答。例如“前車燈”表示前車燈不工作，“后車燈”表示后車燈不工作，等等。對(duì)后燈，也可以相類似地構(gòu)成另一條FF規(guī)則。

F(REAR，F(xiàn))→F(TAIL：BU，F(xiàn))

在這個(gè)例子中，只有當(dāng)我們已經(jīng)知道前燈不工作，才會(huì)進(jìn)一步詢問關(guān)于前燈的專門問題。這個(gè)例子說明如何設(shè)計(jì)問題調(diào)查表，調(diào)查表以一種自然的方式引導(dǎo)詢問的順序。按這種方式，僅限于詢問那些未被以前的回答排除掉的數(shù)據(jù)。從觀測(cè)到假設(shè)的規(guī)則(FH規(guī)則)FH規(guī)則1F（SCRNT，T）&F（DIM，T）

H（BATD，0.7） 如果啟動(dòng)器旋轉(zhuǎn)緩慢以及車頭燈暗淡 那么電池的電用完了的可信度是0.7FH規(guī)則2F(TEMP，0：50)＆[1：F(SCRNK，T)，F(xiàn)(OCRNK，T)]→H(CHOKE，0.7)如果氣溫是在0到50度之間以及一個(gè)或更多的下述條件為真，啟動(dòng)器旋轉(zhuǎn)緩慢，或根本不轉(zhuǎn)

那么氣門被堵塞的可信度是0.7從假設(shè)到假設(shè)的規(guī)則(HH規(guī)則)HH規(guī)則用來規(guī)定假設(shè)之間的推理。以下為HH規(guī)則的簡(jiǎn)單例子。HH規(guī)則F(FCWS，T)＆H(FLOOD，0.2：1)→H(WAIT，0.9)

如果汽車不能發(fā)動(dòng)并已經(jīng)得出汽缸被淹的結(jié)論(其可信度為0.2到1之間)

那么等待10分鐘或在啟動(dòng)時(shí)把風(fēng)門踏板踩到最低處(其可信度為0.9))

這里討論的汽車修理咨詢系統(tǒng)只是一個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，所含規(guī)則數(shù)少，實(shí)際系統(tǒng)可能有幾百到幾千條規(guī)則。從提高效率、實(shí)現(xiàn)模塊化以及容易描述等實(shí)際考慮出發(fā)，在產(chǎn)生式規(guī)則中增加描述性的成分及上下文。上下文把某一組規(guī)則的使用范圍限制在一個(gè)專門的情況下。只有當(dāng)先決條件被滿足時(shí)，這一組規(guī)則才能被考慮使用。

在EXPERT的表達(dá)方式中，一組HH規(guī)則被分成兩部分。只有F（觀測(cè)）部分滿足時(shí)，才考慮H（假設(shè)）部分。HH規(guī)