人工智能：第六章 专家系统
第六章專家系統(tǒng)
教學(xué)內(nèi)容：本章主要介紹專家系統(tǒng)的定義、結(jié)構(gòu)、特點和類型，分析了基于規(guī)則的專家系統(tǒng)、基于框架的專家系統(tǒng)和基于模型的專家系統(tǒng)，歸納了協(xié)同式和分布式等新型專家系統(tǒng)，并結(jié)合實例介紹了專家系統(tǒng)的設(shè)計方法和開發(fā)工具。
教學(xué)重點：專家系統(tǒng)的特點、專家系統(tǒng)的類型、專家系統(tǒng)的設(shè)計等。
教學(xué)難點：專家系統(tǒng)的設(shè)計。
教學(xué)方法：課堂教學(xué)為主。注意結(jié)合學(xué)生前面所學(xué)的人工智能原理、知識的表示等內(nèi)容，及時提問加深學(xué)生對基本原理和概念以及專家系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計等的理解。利用網(wǎng)絡(luò)課程中的相關(guān)內(nèi)容，協(xié)助對抽象概念的理解。
教學(xué)要求：重點掌握專家系統(tǒng)的基本概念和設(shè)計，掌握基于規(guī)則、基于模型、基于框架的專家系統(tǒng)，了解新型專家系統(tǒng)的一些概念和類型，一般了解專家系統(tǒng)的開發(fā)工具以及評價方法。
6.1 專家系統(tǒng)概述
教學(xué)內(nèi)容：本小節(jié)討論專家系統(tǒng)的一些基本概念，介紹專家系統(tǒng)的定義、結(jié)構(gòu)、特點和類型。本小節(jié)內(nèi)容是本章的一個重點，是深入學(xué)習(xí)討論專家系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
教學(xué)重點：專家系統(tǒng)的定義、專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、專家系統(tǒng)的一般特點、各類專家系統(tǒng)的任務(wù)和特點。
教學(xué)難點：專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與建造步驟。
教學(xué)方法：主要通過課堂教學(xué)，講解各種基本概念和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，歸納專家系統(tǒng)的一般特點，分析各類專家系統(tǒng)的任務(wù)、特點并進行舉例
教學(xué)要求：重點掌握專家系統(tǒng)的定義與基本結(jié)構(gòu)，掌握專家系統(tǒng)的特點，了解專家系統(tǒng)的類型
6.1.1 專家系統(tǒng)的特點
1、定義
專家系統(tǒng)是一個含有大量的某個領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R與經(jīng)驗智能計算機程序系統(tǒng)，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。簡而言之，專家系統(tǒng)是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問題的計算機程序系統(tǒng)。
2、專家系統(tǒng)特點
啟發(fā)性：專家系統(tǒng)能運用專家的知識與經(jīng)驗進行推理、判斷和決策。
透明性：專家系統(tǒng)能夠解釋本身的推理過程和回答用戶提出的問題，以便讓用戶能夠了解推理過程，提高對專家系統(tǒng)的信賴感。
靈活性：專家系統(tǒng)能不斷地增長知識，修改原有知識，不斷更新。
3、專家系統(tǒng)的優(yōu)點
具體地說，包括下列八個方面：
(1)專家系統(tǒng)能夠高效率、準確、周到、迅速和不知疲倦地進行工作。
(2)專家系統(tǒng)解決實際問題時不受周圍環(huán)境的影響，也不可能遺漏忘記。
(3)可以使專家的專長不受時間和空間的限制，以便推廣珍貴和稀缺的專家知識與經(jīng)驗。
(4)專家系統(tǒng)能促進各領(lǐng)域的發(fā)展。
(5)專家系統(tǒng)能匯集多領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗以及他們協(xié)作解決重大問題的能力。
(6)軍事專家系統(tǒng)的水平是一個國家國防現(xiàn)代化的重要標志之一。
(7)專家系統(tǒng)的研制和應(yīng)用，具有巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。
(8)研究專家系統(tǒng)能夠促進整個科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。
6.1.2 專家系統(tǒng)的類型
1、解釋專家系統(tǒng)
任務(wù)通過對過去和現(xiàn)在已知狀況的分析，推斷未來可能發(fā)生的情況
特點數(shù)據(jù)量很大，常不準確、有錯誤、不完全能從不完全的信息中得出解釋，并能對數(shù)據(jù)做出某些假設(shè)，推理過程可能很復(fù)雜和很長
例子語音理解、圖象分析、系統(tǒng)監(jiān)視、化學(xué)結(jié)構(gòu)分析和信號解釋等。
2、預(yù)測專家系統(tǒng)
任務(wù)通過對已知信息和數(shù)據(jù)的分析與解釋，確定它們的涵義。
特點系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)隨時間變化，且可能是不準確和不完全，系統(tǒng)需要有適應(yīng)時間變化的動態(tài)模型
例子有氣象預(yù)報、軍事預(yù)測、人口預(yù)測、交通預(yù)測、經(jīng)濟預(yù)測和谷物產(chǎn)量預(yù)測等
3、診斷專家系統(tǒng)
任務(wù)根據(jù)觀察到的情況(數(shù)據(jù))來推斷出某個對象機能失常(即故障)的原因
特點能夠了解被診斷對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
例子醫(yī)療診斷、電子機械和軟件故障診斷以及材料失效診斷等。
4、設(shè)計專家系統(tǒng)
任務(wù)尋找出某個能夠達到給定目標的動作序列或步驟。
特點從多種約束中得到符合要求的設(shè)計；系統(tǒng)需要檢索較大的可能解空間；能試驗性地構(gòu)造出可能設(shè)計；易于修改；能夠使用已有設(shè)計來解釋當前新的設(shè)計。
例子 VAX計算機結(jié)構(gòu)設(shè)計專家系統(tǒng)等。
5、規(guī)劃專家系統(tǒng)
任務(wù)尋找出某個能夠達到給定目標的動作序列或步驟。
特點所要規(guī)劃的目標可能是動態(tài)的或靜態(tài)的，需要對未來動作做出預(yù)測，所涉及的問題可能很復(fù)雜。
例子軍事指揮調(diào)度系統(tǒng)、ROPES機器人規(guī)劃專家系統(tǒng)、汽車和火車運行調(diào)度專家系統(tǒng)等。
6、監(jiān)視專家系統(tǒng)
任務(wù)對系統(tǒng)、對象或過程的行為進行不斷觀察，并把觀察到的行為與其應(yīng)當具有的行為進行比較，以發(fā)現(xiàn)異常情況，發(fā)出警報。
特點系統(tǒng)具有快速反應(yīng)能力，發(fā)出的警報要有很高的準確性，能夠動態(tài)地處理其輸入信息。
例子粘蟲測報專家系統(tǒng)。
7、控制專家系統(tǒng)
任務(wù)自適應(yīng)地管理一個受控對象或客體的全面行為，使之滿足預(yù)期要求。
特點控制專家系統(tǒng)具有解釋、預(yù)報、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、自主機器人控制、作戰(zhàn)管理、生產(chǎn)過程控制和質(zhì)量控制等。
8、調(diào)試專家系統(tǒng)
任務(wù)對失靈的對象給出處理意見和方法。
特點同時具有規(guī)劃、設(shè)計、預(yù)報和診斷等專家系統(tǒng)的功能。
例子在這方面的實例還比較少見。
9、教學(xué)專家系統(tǒng)
任務(wù)
教學(xué)專家系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)學(xué)生的特點、弱點和基礎(chǔ)知識，以最適當?shù)慕贪负徒虒W(xué)方法對學(xué)生進行教學(xué)和輔導(dǎo)。
特點
(1)同時具有診斷和調(diào)試等功能。
(2)具有良好的人機界面。
例子 MACSYMA符號積分與定理證明系統(tǒng)，計算機程序設(shè)計語言和物理智能計算機輔助教學(xué)系統(tǒng)以及聾啞人語言訓(xùn)練專家系統(tǒng)等。
10、修理專家系統(tǒng)
任務(wù)對發(fā)生故障的對象(系統(tǒng)或設(shè)備)進行處理，使其恢復(fù)正常工作。修理專家系統(tǒng)具有診斷、調(diào)試、計劃和執(zhí)行等功能。
例子美國貝爾實驗室的ACI電話和有線電視維護修理系統(tǒng)。
此外，還有決策專家系統(tǒng)和咨詢專家系統(tǒng)等。
習(xí)題：
1．能根據(jù)學(xué)生的特點、弱點和基礎(chǔ)知識，以最適當?shù)慕贪负徒虒W(xué)方法對學(xué)生進行教學(xué)和輔導(dǎo)的專家系統(tǒng)是：
A．解釋專家系統(tǒng) B．調(diào)試專家系統(tǒng) C．監(jiān)視專家系統(tǒng) D．教學(xué)專家系統(tǒng)
答案：D．
2．用于尋找出某個能夠達到給定目標的動作序列或步驟的專家系統(tǒng)是：
A．設(shè)計專家系統(tǒng) B．診斷專家系統(tǒng) C．預(yù)測專家系統(tǒng) D．規(guī)劃專家系統(tǒng)
答案：D．
3．能對發(fā)生故障的對象（系統(tǒng)或設(shè)備）進行處理，使其恢復(fù)正常工作的專家系統(tǒng)是：
A．修理專家系統(tǒng) B．診斷專家系統(tǒng) C．調(diào)試專家系統(tǒng) D．規(guī)劃專家系統(tǒng)
答案：A．
4．能通過對過去和現(xiàn)在已知狀況的分析，推斷未來可能發(fā)生的情況的專家系統(tǒng)是：
A．修理專家系統(tǒng) B．預(yù)測專家系統(tǒng) C．調(diào)試專家系統(tǒng) D．規(guī)劃專家系統(tǒng)
答案：B．
6.1.3 專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和建造步驟
1、專家系統(tǒng)的簡化結(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。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選擇恰當與否，是與專家系統(tǒng)的適用性和有效性密切相關(guān)的。選擇什么結(jié)構(gòu)最為恰當，要根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境和所執(zhí)行任務(wù)的特點而定。
圖6.1表示專家系統(tǒng)的簡化結(jié)構(gòu)圖。
????????
圖6.1 專家系統(tǒng)簡化結(jié)構(gòu)圖????????????圖6.2 理想專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖
2、理想專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
如圖6.2所示。由于每個專家系統(tǒng)所需要完成的任務(wù)和特點不相同，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也不盡相同，一般只具有圖中部分模塊。
接口是人與系統(tǒng)進行信息交流的媒介，它為用戶提供了直觀方便的交互作用手段。
黑板是用來記錄系統(tǒng)推理過程中用到的控制信息、中間假設(shè)和中間結(jié)果的數(shù)據(jù)庫。它包括計劃、議程和中
間解3部分。
知識庫包括兩部分內(nèi)容。一部分是已知的同當前問題有關(guān)的數(shù)據(jù)信息；另一部分是進行推理時要用到的一般知識和領(lǐng)域知識。
調(diào)度器按照系統(tǒng)建造者所給的控制知識，從議程中選擇一個項作為系統(tǒng)下一步要執(zhí)行的動作。執(zhí)行器應(yīng)用知識庫中的及黑板中記錄的信息，執(zhí)行調(diào)度器所選定的動作。協(xié)調(diào)器的主要作用就是當?shù)玫叫聰?shù)據(jù)或新假設(shè)時，對已得到的結(jié)果進行修正，以保持結(jié)果前后的一致性。
解釋器的功能是向用戶解釋系統(tǒng)的行為，包括解釋結(jié)論的正確性及系統(tǒng)輸出其它候選解的原因。
提問：已學(xué)過的知識表示的方法有那些？
3、一般應(yīng)用程序與專家系統(tǒng)的區(qū)別
前者把問題求解的知識隱含地編入程序，而后者
則把其應(yīng)用領(lǐng)域的問題求解知識單獨組成一個實體，
即為知識庫。知識庫的處理是通過與知識庫分開的
控制策略進行的。更明確地說，一般應(yīng)用程序把知識組織為兩級：數(shù)據(jù)級和程序級；大多數(shù)專家系統(tǒng)則將知識組織成三級；數(shù)據(jù)、知識庫和控制。
提問：
1 專家系統(tǒng)的定義？
2 專家系統(tǒng)程序與常規(guī)的應(yīng)用程序之間有何不同呢?
?
4、專家系統(tǒng)的建造步驟
參見圖6.3，建立系統(tǒng)的一般步驟如下：
（1)設(shè)計初始知識庫，包括：
(a) 問題知識化，即辨別所研究問題的實質(zhì)，如要解決的任務(wù)是什么，它是如何定義的，可否把它分解為子問題或子任務(wù)，它包含哪些典型數(shù)據(jù)等。
(b) 知識概念化，即概括知識表示所需要的關(guān)鍵概念及其關(guān)系，如數(shù)據(jù)類型、已知條件(狀態(tài))和目標(狀態(tài))、提出的假設(shè)以及控制策略等。
(c) 概念形式化，即確定用來組織知識的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)用人工智能中各種知識表示方法把與概念化過程有關(guān)的關(guān)鍵概念、子問題及信息流特性等變換為比較正式的表達，它包括假設(shè)空間、過程模型和數(shù)據(jù)特性等。
(d) 形式規(guī)則化，即編制規(guī)則、把形式化了的知識變換為由編程語言表示的可供計算機執(zhí)行的語句和程序。
(e) 規(guī)則合法化，即確認規(guī)則化了知識的合理性，檢驗規(guī)則的有效性。
（2)原型機的開發(fā)與試驗
在選定知識表達方法之后，即可著手建立整個系統(tǒng)所需要的實驗子集，它包括整個模型的典型知識，而且只涉及與試驗有關(guān)的足夠簡單的任務(wù)和推理過程。
（3）知識庫的改進與歸納
反復(fù)對知識庫及推理規(guī)則進行改進試驗，歸納出更完善的結(jié)果。經(jīng)過相當長時間(例如數(shù)月至二、三年)的努力，使系統(tǒng)在一定范圍內(nèi)達到人類專家的水平。
?
6.2 基于規(guī)則的專家系統(tǒng)
教學(xué)內(nèi)容：本小節(jié)介紹基于規(guī)則的專家系統(tǒng)。
教學(xué)重點：基于規(guī)則專家系統(tǒng)的工作模型和結(jié)構(gòu)。
教學(xué)難點：基于規(guī)則專家系統(tǒng)的工作模型。
教學(xué)方法：課堂講解。
教學(xué)要求：掌握基于規(guī)則的專家系統(tǒng)的工作原理。
1、基于規(guī)則專家系統(tǒng)的工作模型
基于規(guī)則的專家系統(tǒng)是個計算機程序，該程序使用一套包含在知識庫內(nèi)的規(guī)則對工作存儲器內(nèi)的具體問題信息（事實）進行處理，通過推理機推斷出新的信息。其工作模型如圖6.4所示。
圖6.4基于規(guī)則專家系統(tǒng)的工作模型
基于規(guī)則的專家系統(tǒng)不需要一個人類問題求解的精確匹配，而能夠通過計算機提供一個復(fù)制問題求解的合理模型。
提問：您學(xué)過的知識推理方法有哪些？
2、基于規(guī)則專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
一個基于規(guī)則專家系統(tǒng)的完整結(jié)構(gòu)示于圖6.5。其中，知識庫、推理機和工作存儲器是構(gòu)成本專家系統(tǒng)的核心。系統(tǒng)的主要部分是知識庫和推理引擎。根據(jù)到目前為止討論的推理系統(tǒng)，知識庫由謂詞演算事實和有關(guān)討論主題的規(guī)則構(gòu)成。推理引擎由所有操縱知識庫來演繹用戶要求的信息的過程構(gòu)成－如消解、前向鏈或反向鏈。用戶接口可能包括某種自然語言處理系統(tǒng)，它允許用戶用一個有限的自然語言形式與系統(tǒng)交互。也可能用帶有菜單的圖形接口界面。解釋子系統(tǒng)分析被系統(tǒng)執(zhí)行的推理結(jié)構(gòu)，并把它解釋給用戶。
圖6.5基于規(guī)則專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
?
6.3 基于框架的專家系統(tǒng)
教學(xué)內(nèi)容：本小節(jié)介紹基于框架的專家系統(tǒng)。
教學(xué)重點：面向目標編程與基于框架設(shè)計，基于框架專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和一般設(shè)計方法。
教學(xué)難點：基于框架專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
教學(xué)方法：課堂教學(xué)。
教學(xué)要求：掌握基于框架專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
1、面向目標編程與基于框架設(shè)計
基于框架的專家系統(tǒng)建立在框架的基礎(chǔ)之上，采用面向目標編程技術(shù)，框架的設(shè)計和面向目標的編程共享許多特征。在設(shè)計基于框架系統(tǒng)時，專家系統(tǒng)的設(shè)計者們把目標叫做框架。
2、基于框架專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
基于框架的專家系統(tǒng)是個計算機程序，該程序使用一組包含在知識庫內(nèi)的框架對工作存儲器內(nèi)的具體
問題信息進行處理，通過推理機推斷出新的信息。
這里采用框架而不是采用規(guī)則來表示知識。
為了說明設(shè)計和表示框架中的某些知識值，讓我們考慮圖6.6所示的人類框架結(jié)構(gòu)。
類、子類和例子（物體）用于表示對基于框架系統(tǒng)的組織。
3、基于框架專家系統(tǒng)的一般設(shè)計方法
基于框架專家系統(tǒng)的主要設(shè)計步驟與基于規(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，在設(shè)計基于框架的專家系統(tǒng)時，把整個問題和每件事想像為編織起來的事物
在辨識事物之后，尋找把這些事物組織起來的方法，對于任何類型的專家系統(tǒng)，其設(shè)計是高度交互的過程。
圖6.6人類的框架分層結(jié)構(gòu)
?
思考：1.知識表示中，框架的構(gòu)成、表示和推理為何？
2.如何區(qū)別“目標”和“框架”這兩個易混淆的術(shù)語?
思考：試述基于框架的專家系統(tǒng)與基于規(guī)則的專家系統(tǒng)的異同點。
提問：基于框架的專家系統(tǒng)與基于規(guī)則的專家系統(tǒng)看待和使用知識上有何差別？
6.4 基于模型的專家系統(tǒng)
教學(xué)內(nèi)容：本小節(jié)介紹基于模型的專家系統(tǒng)。
教學(xué)重點：基于模型專家系統(tǒng)的模型與集成模式，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。
教學(xué)難點：基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的專家系統(tǒng)的工作原理。
教學(xué)方法：課堂教學(xué)。
教學(xué)要求：掌握基于模型的專家系統(tǒng)工作原理。
1、基于模型專家系統(tǒng)的提出
對人工智能的研究內(nèi)容有著各種不同的看法。有一種觀點認為：人工智能是對各種定性模型的獲得、表達及使用的計算方法進行研究的學(xué)問。基于該觀點人們提出了基于模型的專家系統(tǒng)。
采用各種定性模型來設(shè)計專家系統(tǒng)，其優(yōu)點是顯而易見的。
在諸多模型中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的應(yīng)用最為廣泛。
2、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的專家系統(tǒng)
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型從知識表示、推理機制到控制方式，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。
3、三種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與專家系統(tǒng)集成模式
（1）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)支持專家系統(tǒng) 以傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)為主，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的有關(guān)技術(shù)為輔。
（2）專家系統(tǒng)支持神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的有關(guān)技術(shù)為核心，建立相應(yīng)領(lǐng)域的專家系統(tǒng)，采用專家系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)完成解釋等方面的工作
（3）協(xié)同式的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng) 針對大的復(fù)雜問題，將其分解為若干子問題，針對每個子問題的特點，選擇用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或?qū)＜蚁到y(tǒng)加以實現(xiàn)，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)之間建立一種耦合關(guān)系
4、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
自動獲取模塊輸入、組織并存儲專家提供的學(xué)習(xí)實例、選定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、調(diào)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)算法，為知識庫實現(xiàn)知識獲取。當新的學(xué)習(xí)實例輸入后，知識獲取模塊通過對新實例的學(xué)習(xí)，自動獲得新的網(wǎng)絡(luò)權(quán)值分布，從而更新了知識庫。如圖6.7所示。
圖6.7神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
5、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)的幾個問題討論
（1）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識表示是一種隱式表示。
（2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過實例學(xué)習(xí)實現(xiàn)知識自動獲取。
（3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的推理是個正向非線性數(shù)值計算過程，同時也是一種并行推理機制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)各輸出節(jié)點的輸出是數(shù)值，因而需要一個解釋器對輸出模式進行解釋。
（4同一知識領(lǐng)域的幾個獨立的專家系統(tǒng)可組合成更大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)。
提問：為什么不能把基于規(guī)則的專家系統(tǒng)組合成大系統(tǒng)？
6.5 新型專家系統(tǒng)
教學(xué)內(nèi)容：一般新型專家系統(tǒng)的特征，兩種新型專家系統(tǒng)：協(xié)同式和分布式專家系統(tǒng)。
教學(xué)重點：新型專家系統(tǒng)的特征，協(xié)同式專家系統(tǒng)，分布式專家系統(tǒng)。
教學(xué)難點：新型專家系統(tǒng)特征的內(nèi)涵。
教學(xué)方法：課堂教學(xué)。
教學(xué)要求：掌握新型專家系統(tǒng)的特征并與一般專家系統(tǒng)加以區(qū)別。
6.5.1 新型專家系統(tǒng)的特征
1、并行與分布處理
基于各種并行算法，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，即具有分布處理的功能。
2、多專家系統(tǒng)協(xié)同工作
在這種系統(tǒng)中，有多個專家系統(tǒng)協(xié)同合作。
3、高級語言和知識語言描述
專家系統(tǒng)生成系統(tǒng)就能自動或半自動地生成所要的專家系統(tǒng)。
4、具有自學(xué)習(xí)功能
新型專家系統(tǒng)應(yīng)提供高級的知識獲取與學(xué)習(xí)功能。
5、引入新的推理機制
在新型專家系統(tǒng)中，除演繹推理之外，還應(yīng)有歸納推理，各種非標準邏輯推理，以及各種基于不完全知識和模糊知識的推理等等。
6、具有自糾錯和自完善能力
為了排錯必須首先有識別錯誤的能力，為了完善必須首先有鑒別優(yōu)劣的標準。
7、先進的智能人機接口
理解自然語言，實現(xiàn)語聲、文字、圖形和圖象的直接輸入輸出是如今人們對智能計算機提出的要求。
6.5.2 分布式專家系統(tǒng)
1、主要目的：把一個專家系統(tǒng)的功能經(jīng)分解以后分布到多個處理器上去并行地工作，從而在總體上提高系統(tǒng)的處理效率。
2、環(huán)境要求：可以工作在緊耦合的多處理器系統(tǒng)環(huán)境中，也可工作在松耦合的計算機網(wǎng)絡(luò)環(huán)境里，所以其總體結(jié)構(gòu)在很大程度上依賴于其所在的硬件環(huán)境。
3、設(shè)計和實現(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)點上去
知識分布根據(jù)功能分布的情況把有關(guān)知識經(jīng)合理劃分以后分配到各處理節(jié)點上，
接口設(shè)計各部分間接口的設(shè)計目的是要達到各部分之間互相通訊和同步容易進行，在能保證完成總的任務(wù)的前提下，要盡可能使各部分之間互相獨立，部分之間聯(lián)系越少越好。
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。
驅(qū)動方式可供選擇的幾種驅(qū)動方式。
（1）控制驅(qū)動當需要某模塊工作時，就直接將控制轉(zhuǎn)到該模塊，或?qū)⑺鳛橐粋€過程直接調(diào)用它，使它立即工作。
(2）數(shù)據(jù)驅(qū)動一般一個系統(tǒng)的模塊功能都是根據(jù)一定的輸入，啟動模塊進行處理以后，給出相應(yīng)的輸出。
(3）需求驅(qū)動 這種驅(qū)動方式亦稱“目的驅(qū)動”，是一種自頂向下的驅(qū)動方式。與此同時又按數(shù)據(jù)驅(qū)動的原則讓數(shù)據(jù)(或其他條件)具備的模塊進行工作，輸出相應(yīng)的結(jié)果并送到各自該去的模塊。
(4）事件驅(qū)動即當且僅當模塊的相應(yīng)事件集合中所有事件都已發(fā)生時，才能驅(qū)動該模塊開始工作。否則只要其中有一個事件尚未發(fā)生，模塊就要等待，即使模塊的輸入數(shù)據(jù)已經(jīng)全部齊備也不行。
6.5.3 協(xié)同式專家系統(tǒng)
1、概述
一般專家系統(tǒng)解題的領(lǐng)域面很窄單個專家系統(tǒng)的應(yīng)用局限性很大，很難獲得滿意的應(yīng)用。
協(xié)同式多專家系統(tǒng)是克服一般專家系統(tǒng)的局限性的一個重要途徑。
協(xié)同式多專家系統(tǒng)亦可稱“群專家系統(tǒng)”，表示能綜合若干個相近領(lǐng)域的或一個領(lǐng)域的多個方面的子專家系統(tǒng)互相協(xié)作共同解決一個更廣領(lǐng)域問題的專家系統(tǒng)。
系統(tǒng)更強調(diào)子系統(tǒng)之間的協(xié)同合作，而不著重處理的分布和知識的分布。
思考：與分布式專家系統(tǒng)的區(qū)別?
2、設(shè)計與建立一個協(xié)同式多專家系統(tǒng)，需要解決的問題：
（1）任務(wù)的分解
根據(jù)領(lǐng)域知識，將確定的總?cè)蝿?wù)分解成幾個分任務(wù)，分別由幾個分專家系統(tǒng)來完成。
（2）公共知識的導(dǎo)出
把解決各分任務(wù)所需知識的公共部分分離出來形成一個公共知識庫，供各子專家系統(tǒng)共享。對解決各分任務(wù)專用的知識則分別存放在各子專家系統(tǒng)的專用知識庫中。
（3）討論方式
目前很多作者主張采用“黑板”作為各分系統(tǒng)進行討論的“園地”。為了保證在多用戶環(huán)境下黑板中數(shù)據(jù)或信息的一致性，需要采用管理數(shù)據(jù)庫的一些手段來管理它，使用它，因此黑板有時也稱作“中間數(shù)據(jù)庫”。
（4）裁決問題
這個問題的解決辦法往往十分依賴于問題本身的性質(zhì)。
（5）驅(qū)動方式
這個問題是與分布數(shù)據(jù)庫中要考慮的相應(yīng)問題一致的。盡管協(xié)同式多專家系統(tǒng)、各子系統(tǒng)可能工作在一個處理機上，但仍然有以什么方式將各子系統(tǒng)根據(jù)總的要求激活執(zhí)行的問題，即所謂驅(qū)動方式問題。
?
6.6 專家系統(tǒng)設(shè)計
教學(xué)內(nèi)容：本小節(jié)以設(shè)計一個基于規(guī)則的維修咨詢系統(tǒng)為例，說明專家系統(tǒng)的設(shè)計過程。
教學(xué)重點：描述專家知識和應(yīng)用知識，解釋決策。
教學(xué)難點：專家系統(tǒng)知識的表示和決策。
教學(xué)方法：課堂教學(xué)，實例講解。
教學(xué)要求：通過實例使學(xué)生更深入地了解專家系統(tǒng)，初步掌握專家系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)。
6.6.1專家知識的描述
按照EXPERT表達知識的方式，在系統(tǒng)設(shè)計過程中主要利用以下3個表達成分：假設(shè)或結(jié)論，觀測或觀察，推理或決策規(guī)則。在EXPERT中，觀測和假設(shè)之間是嚴格區(qū)分的。觀測是觀察或量測，它的值可以是“真(T)”，“假(F)”，數(shù)字或“不知道”等形式。假設(shè)是由系統(tǒng)推理得到的可能結(jié)論。通常假設(shè)附有不確定性的量度。推理或決策規(guī)則表示成產(chǎn)生式規(guī)則
1、結(jié)論的表示結(jié)論規(guī)定了所涉及專門知識的范圍。在EXPERT中，每個假設(shè)用簡寫的助記符號和用自然語言(中文、英語或其它設(shè)計者希望使用的語言)寫的正式的說明語句來表示。助記符號用于編寫決策規(guī)則時引用假設(shè)。
舉例：汽車修理的問題用表表示。
2、觀測的表示
觀測是得到結(jié)論所需要的觀察或量測結(jié)果。它們通常可以用邏輯值：真(T)，假(F)或“不知道”，或用數(shù)字來表示。把問題組織成菜單那樣的編組是一種很有效的方法。
3、推理規(guī)則的表示
產(chǎn)生式規(guī)則是決策規(guī)則最為常用的表示形式可根據(jù)觀測和假設(shè)之間的邏輯關(guān)系分成3類：
（1）從觀測到觀測的規(guī)則（FF規(guī)則）
FF規(guī)則規(guī)定那些可從已確定的觀測直接推導(dǎo)出來的觀測的真值。因為通過把觀測和假設(shè)相組合可以描述功能更強的產(chǎn)生式規(guī)則形式。
（2）從觀測到假設(shè)的規(guī)則（FH規(guī)則）
在許多用于分類的專家系統(tǒng)中，產(chǎn)生式規(guī)則可對產(chǎn)生式結(jié)論的可信程度進行量度。
（3）從假設(shè)到假設(shè)的規(guī)則（HH規(guī)則）
HH(從假設(shè)到假設(shè))規(guī)則用來規(guī)定假設(shè)之間的推理。
6.6.2 知識的使用和決策解釋
建立專家系統(tǒng)還不是一門精確的科學(xué)。專家經(jīng)常提供大量的信息，必須力圖抽取專家推理過程中的關(guān)鍵內(nèi)容，并且盡可能準確而簡潔地表示這些知識。
1、結(jié)論的分級與選擇
按評價的先后次序，把規(guī)則分成等級和選擇規(guī)則是推理過程中控制策略的基本部分。可以根據(jù)專家的意見來排列與評價規(guī)則的次序。與此同時，還必須研究規(guī)則的評價次序的影響。規(guī)則評價次序的編排應(yīng)該使不論采取什么次序，都得到相同的結(jié)論。
在產(chǎn)生式規(guī)則中應(yīng)用可信度量測，不僅可以反映實際存在于專家知識中的不確定性，而且可以減少產(chǎn)生式規(guī)則的數(shù)量。
2、詢問問題的策略
要給出一個詢問問題的最佳策略是很困難的，詢問的質(zhì)量在很大程度上取決于在事先是否把問題清楚地組織好。一個好的詢問策略，關(guān)鍵之一是使問題包含盡可能多的結(jié)構(gòu)。應(yīng)該根據(jù)共同的主題，把問題分成組。用FF規(guī)則這樣的很簡單的規(guī)則，可以在問題調(diào)查表里強制按主題進行分枝。如果系統(tǒng)推理所需的信息不是同時接受的話，可以有以下兩種提問策略：
（1）某些場合下，專家是以預(yù)先仔細規(guī)定的序列或固定順序收集所需的知識。
（2）系統(tǒng)不是按固定的順序詢問，而是根據(jù)具體情況作出某種選擇。
3、 決策的解釋
系統(tǒng)的設(shè)計者和使用者都需要系統(tǒng)對它所作出的決策給予解釋。但是它們對決策解釋的要求又各不相同。
（1)對系統(tǒng)設(shè)計者的解釋。
（2）對系統(tǒng)使用者的解釋。
一種解釋方法是用語句來說明結(jié)論。系統(tǒng)所用的假設(shè)可能是任何形式的包含說明和建議的語句。有時系統(tǒng)的設(shè)計者可以預(yù)先提出某些適合于給定假設(shè)的解釋。
問題：如果，所有的觀測可以同時被獲得，并且所研究的只是分類的問題，那么如何應(yīng)用簡單的控制策略？
舉例：在修理汽車的例子中，可以給出一個總的來說多少是解釋性的說明，而不是生硬地把結(jié)論分成診斷和處理兩類。這樣的語句可以是以下形式：“因為汽車的汽缸被淹，所以把風(fēng)門踏板踩到底或等待10分鐘。”
?
6.7 專家系統(tǒng)開發(fā)工具
教學(xué)內(nèi)容：本小節(jié)介紹四種主要的專家系統(tǒng)開發(fā)工具。
教學(xué)重點：骨架型工具(又稱外殼)、語言型工具、構(gòu)造輔助工具和支撐環(huán)境。
教學(xué)難點：語言型工具和支撐環(huán)境。
教學(xué)方法：課堂講解。
教學(xué)要求：了解專家系統(tǒng)的常用開發(fā)工具，掌握語言型開發(fā)工具的應(yīng)用和支撐環(huán)境。
1、骨架型開發(fā)工具
專家系統(tǒng)一般都有推理機和知識庫兩部分，而規(guī)則集存于知識庫內(nèi)。在一個理想的專家系統(tǒng)中，推理機完全獨立于求解問題領(lǐng)域。系統(tǒng)功能上的完善或改變，只依賴于規(guī)則集的完善和改變。由此，借用以前開發(fā)好的專家系統(tǒng)，將描述領(lǐng)域知識的規(guī)則從原系統(tǒng)中“挖掉”，只保留其獨立于問題領(lǐng)域知識的推理機部分，這樣形成的工具稱為骨架型工具。這類工具因其控制策略是預(yù)先給定的，使用起來很方便，用戶只須將具體領(lǐng)域的知識明確地表示成為一些規(guī)則就可以了。
因其程序的主要骨架是固定的，除了規(guī)則以外，用戶不可改變?nèi)魏螙|西，因而骨架型工具存在一些有待解決的問題，影響它的廣泛應(yīng)用。
2、語言型開發(fā)工具
語言型工具提供給用戶的是建立專家系統(tǒng)所需要的基本機制，其控制策略也不固定于一種或幾種形式，用戶可以通過一定手段來影響其控制策略。因此，語言型工具的結(jié)構(gòu)變化范圍廣泛，表示靈活，所適應(yīng)的范圍要比骨架型工具廣泛得多。
3、構(gòu)造輔助工具
系統(tǒng)構(gòu)造輔助工具由一些程序模塊組成，有些程序能幫助獲得和表達領(lǐng)域?qū)＜业闹R，有些程序能幫助設(shè)計正在構(gòu)造的專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。它主要分兩類，一種是設(shè)計輔助工具，另一種是知識獲取輔助工具。
4、支撐環(huán)境
支撐設(shè)施是指幫助進行程序設(shè)計的工具，它常被作為知識工程語言的一部分。工具支撐環(huán)境僅是一個附帶的軟件包，以便使用戶界面更友好。它包括四個典型組件：調(diào)試輔助工具、輸入輸出設(shè)施、解釋設(shè)施和知識庫編輯器。
?
?
6.8 小 結(jié)本章在產(chǎn)生式系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，首先研究了專家系統(tǒng)的基本問題，包括專家系統(tǒng)的定義、類型、特點、結(jié)構(gòu)和建造步驟等。接著討論了基于不同技術(shù)建立的專家系統(tǒng)，即第二節(jié)基于規(guī)則的專家系統(tǒng)、第三節(jié)基于框架的專家系統(tǒng)和第四節(jié)基于模型的專家系統(tǒng)。從這些系統(tǒng)的工作原理和模型可以看出，人工智能的各種技術(shù)和方法在專家系統(tǒng)中得到很好的結(jié)合和應(yīng)用，為人工智能的發(fā)展提供很好的范例。
計算機科學(xué)的一些新思想和新技術(shù)也對專家系統(tǒng)的發(fā)展起了重要作用。本章第五章歸納的新型專家系統(tǒng)，就是應(yīng)用計算機科學(xué)中分布式處理和協(xié)同工作機制的結(jié)果，它們分別是分布式專家系統(tǒng)和協(xié)同式專家系統(tǒng)。
本章第六節(jié)介紹了專家系統(tǒng)的設(shè)計，以一個基于規(guī)則的維修咨詢系統(tǒng)為例，說明了專家系統(tǒng)的設(shè)計過程，并采用EXPERT開發(fā)工具進行設(shè)計。這將對專家系統(tǒng)有更具體和深入的了解。
為了提高專家系統(tǒng)的開發(fā)效率、質(zhì)量和自動化水平，需要專家系統(tǒng)的開發(fā)工具。本章第七節(jié)簡介了4種主要開發(fā)工具，即骨架型工具、語言型工具、構(gòu)造輔助工具和支撐環(huán)境。
專家系統(tǒng)是人工智能應(yīng)用研究的一個最早最有成效領(lǐng)域。人們期待它有新的發(fā)展和新的突破。
from: http://netclass.csu.edu.cn/jpkc2003/rengongzhineng/rengongzhineng/jiaoan/chapter6.htm
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的人工智能：第六章 专家系统的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
- 上一篇： 人工智能：第五章 计算智能(2)
- 下一篇： 人工智能：第七章 机器学习