第6章_专家系统
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09第六章 专家系统
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设计专家系统
• 设计专家系统涉及电路(如数字电路和集 成电路)设计、土木建筑工程设计、计算 机结构设计、机械产品设计和生产工艺 设计等。比较有影响的专家设计系统有 VAX计算机结构设计专家系统R1(XCOM)、 浙江大学的花布立体感图案设计和花布 印染专家系统、大规模集成电路设计专 家系统以及齿轮加工工艺设计专家系统 等。
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专家系统的主要组成部分
• (2) 综合数据库(global database) 综合数据库又称全局数据库或总数据库，它用 于存储领域或问题的初始数据和推理过程中得 到的中间数据(信息)，即被处理对象的一些当 前事实。 3) 推理机(reasoning machine) 推理机用于记忆所采用的规则和控制策略的程 序，使整个专家系统能够以逻辑方式协调地工 作。推理机能够根据知识进行推理和导出结论， 而不是简单地搜索现成的答案
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控制专家系统
任务 自适应地管理一个受控对象或客体的全面行 为，使之满足预期要求。 特点： 能够解释当前情况，预测未来可能发生的情 况，诊断可能发生的问题及其原因，不断修正 计划，并控制计划的执行。也就是说，控制专 家系统具有解释、预报、诊断、规划和执行等 多种功能。
21
控制专家系统
空中交通管制、商业管理、自主机器人控制、作 战管理、生产过程控制和生产质量控制等都是控 制专家系统的潜在应用方面。例如，已经对海、 陆、空自主车、生产线调度和产品质量控制等课 题进行控制专家系统的研究。
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诊断专家系统例子
• 诊断专家系统的例子特别多，有医疗诊断，电 子机械和软件故障诊断以及材料失效诊断等。 用于抗生素治疗的MYCIN、肝功能检验的PUFF、 青光眼治疗的CASNET、内科疾病诊断的 INTERNIST-I和血清蛋白诊断等医疗诊断专家系 统，IBM公司的计算机故障诊断系统DART/DASD， 火电厂锅炉给水系统故障检测与诊断系统、雷 达故障诊断系统和太空站热力控制系统的故障 检测与诊断系统等、都是国内外颇有名气的实 例
设计专家系统
• 设计专家系统涉及电路(如数字电路和集 成电路)设计、土木建筑工程设计、计算 机结构设计、机械产品设计和生产工艺 设计等。比较有影响的专家设计系统有 VAX计算机结构设计专家系统R1(XCOM)、 浙江大学的花布立体感图案设计和花布 印染专家系统、大规模集成电路设计专 家系统以及齿轮加工工艺设计专家系统 等。
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专家系统的主要组成部分
• (2) 综合数据库(global database) 综合数据库又称全局数据库或总数据库，它用 于存储领域或问题的初始数据和推理过程中得 到的中间数据(信息)，即被处理对象的一些当 前事实。 3) 推理机(reasoning machine) 推理机用于记忆所采用的规则和控制策略的程 序，使整个专家系统能够以逻辑方式协调地工 作。推理机能够根据知识进行推理和导出结论， 而不是简单地搜索现成的答案
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控制专家系统
任务 自适应地管理一个受控对象或客体的全面行 为，使之满足预期要求。 特点： 能够解释当前情况，预测未来可能发生的情 况，诊断可能发生的问题及其原因，不断修正 计划，并控制计划的执行。也就是说，控制专 家系统具有解释、预报、诊断、规划和执行等 多种功能。
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控制专家系统
空中交通管制、商业管理、自主机器人控制、作 战管理、生产过程控制和生产质量控制等都是控 制专家系统的潜在应用方面。例如，已经对海、 陆、空自主车、生产线调度和产品质量控制等课 题进行控制专家系统的研究。
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诊断专家系统例子
• 诊断专家系统的例子特别多，有医疗诊断，电 子机械和软件故障诊断以及材料失效诊断等。 用于抗生素治疗的MYCIN、肝功能检验的PUFF、 青光眼治疗的CASNET、内科疾病诊断的 INTERNIST-I和血清蛋白诊断等医疗诊断专家系 统，IBM公司的计算机故障诊断系统DART/DASD， 火电厂锅炉给水系统故障检测与诊断系统、雷 达故障诊断系统和太空站热力控制系统的故障 检测与诊断系统等、都是国内外颇有名气的实 例
人工智能习题答案-第6章-专家系统
⼈⼯智能习题答案-第6章-专家系统第六章专家系统6-1 什么叫做专家系统?它具有哪些特点与优点?专家系统是⼀种模拟⼈类专家解决领域问题的智能计算机程序系统，其内部含有⼤量的某个领域专家⽔平的知识与经验，能够利⽤⼈类专家的知识和解决问题的⽅法来处理该领域问题。
也就是说，专家系统是⼀个具有⼤量的专门知识与经验的程序系统，它应⽤⼈⼯智能技术和计算机技术，根据某领域⼀个或多个专家提供的知识和经验，进⾏推理和判断，模拟⼈类专家的决策过程，以便解决那些需要⼈类专家处理的复杂问题。
特点：(1)启发性专家系统能运⽤专家的知识与经验进⾏推理、判断和决策(2)透明性专家系统能够解释本⾝的推理过程和回答⽤户提出的问题，以便让⽤户能够了解推理过程，提⾼对专家系统的信赖感。
(3) 灵活性专家系统能不断地增长知识，修改原有知识，不断更新。
优点：(1) 专家系统能够⾼效率、准确、周到、迅速和不知疲倦地进⾏⼯作。
(2) 专家系统解决实际问题时不受周围环境的影响，也不可能遗漏忘记。
(3) 可以使专家的专长不受时间和空间的限制，以便推⼴珍贵和稀缺的专家知识与经验。
(4) 专家系统能促进各领域的发展，它使各领域专家的专业知识和经验得到总结和精炼，能够⼴泛有⼒地传播专家的知识、经验和能⼒。
(5) 专家系统能汇集多领域专家的知识和经验以及他们协作解决重⼤问题的能⼒，它拥有更渊博的知识、更丰富的经验和更强的⼯作能⼒。
(6) 军事专家系统的⽔平是⼀个国家国防现代化的重要标志之⼀。
(7) 专家系统的研制和应⽤，具有巨⼤的经济效益和社会效益。
(8) 研究专家系统能够促进整个科学技术的发展。
专家系统对⼈⼯智能的各个领域的发展起了很⼤的促进作⽤，并将对科技、经济、国防、教育、社会和⼈民⽣活产⽣极其深远的影响。
6-2 专家系统由哪些部分构成?各部分的作⽤为何?(1) 知识库(knowledge base)知识库⽤于存储某领域专家系统的专门知识，包括事实、可⾏操作与规则等。
人工智能导论课件第6章第4-5节
• 机械装置往往会有数百个零件，非常复杂。这将需要专业的领域知识来诊断和 维修机械。决策表（DT）是一种紧凑、快速、准确的求解问题的方法（见第7 章中的CarBuyer示例）。
6.5.2 振动故障诊断的专家系统
• VIBEX专家系统结合了决策表分析（DTA）和DT，决策表分析是通过已知案 例来构建的，而DT是为了做出分类，使用归纳式知识获取过程来构建。 VIBEX DT与机器学习技术相结合，比起ⅤIBEX（VIBration Expert）TBL方 法在处理振动原因和发生概率较高的案例时，其诊断更有效率。人类专家合作 构建DTA，这最终得到了由系统知识库组成的规则集。然后，人们使用贝叶斯 算法计算出规则的确定性因子。
6.5.2 振动故障诊断的专家系统
• 专家系统的重要作用之一是用于故障诊断。在昂贵、高速、关键机械运转的情 况下，故障的早期准确检测非常重要。在机械运转的情况下，异常情况的常见 指标是旋转机械的振动。检测到故障后，维护工程师能够识别症状信息，解释 各种错误信息和指示，并提出正确的诊断。换句话说，识别可能导致故障的组 件以及组件失败的原因。
人工智能导论
Introduction to artificial intelligence
• （1）规划——在这个阶段，根据所有可能的原子构型的集合中和质谱推导出 的约束一致的原子构型集合，还原出答案。应用约束，选择必须出现在最终结 构中的分子片段，剔除不能出现的分子片段。
• （2）生成——使用名为CONGEN的程序来生成可能的结构。“它的基础是组 合算法（具有数学证明的完整性以及非冗余生成性）。组合算法可以产生所有 在拓扑上合法的候选结构。通过使用‘规划’过程提供的约束进行裁剪，引导 生成合理的集合（即满足约束条件的集合），而不是巨大的合法集合。”
6.5.2 振动故障诊断的专家系统
• VIBEX专家系统结合了决策表分析（DTA）和DT，决策表分析是通过已知案 例来构建的，而DT是为了做出分类，使用归纳式知识获取过程来构建。 VIBEX DT与机器学习技术相结合，比起ⅤIBEX（VIBration Expert）TBL方 法在处理振动原因和发生概率较高的案例时，其诊断更有效率。人类专家合作 构建DTA，这最终得到了由系统知识库组成的规则集。然后，人们使用贝叶斯 算法计算出规则的确定性因子。
6.5.2 振动故障诊断的专家系统
• 专家系统的重要作用之一是用于故障诊断。在昂贵、高速、关键机械运转的情 况下，故障的早期准确检测非常重要。在机械运转的情况下，异常情况的常见 指标是旋转机械的振动。检测到故障后，维护工程师能够识别症状信息，解释 各种错误信息和指示，并提出正确的诊断。换句话说，识别可能导致故障的组 件以及组件失败的原因。
人工智能导论
Introduction to artificial intelligence
• （1）规划——在这个阶段，根据所有可能的原子构型的集合中和质谱推导出 的约束一致的原子构型集合，还原出答案。应用约束，选择必须出现在最终结 构中的分子片段，剔除不能出现的分子片段。
• （2）生成——使用名为CONGEN的程序来生成可能的结构。“它的基础是组 合算法（具有数学证明的完整性以及非冗余生成性）。组合算法可以产生所有 在拓扑上合法的候选结构。通过使用‘规划’过程提供的约束进行裁剪，引导 生成合理的集合（即满足约束条件的集合），而不是巨大的合法集合。”
北京交通大学研究生课程(神经网络、模糊控制及专家系统)第六章
第一节 引言
一、神经网络控制的优越性
（2） 在控制中的主要作用
1.在反馈控制系统中充当控制器的作用； 2.在基于精确模型的各种控制结构中充当对象的模型； 3.在传统控制系统中起优化计算作用； 4.在与其它智能控制方法和优化算法如模糊控制、专家 控制及遗传算法相融合中，为其提供非参数化对象模 型、优化参数、推理模型及故障诊断等。
y = f(u,t) 选用控制器网络为多层感知器神经元网络。取最优性能指标函数为 1 E p [ yd (k ) y (k )]2 2 则权阵的学习规则可以通过梯度寻优法来求得，即 w ji (k 1) w ji (k ) 若系统模型 w ji 已知，则可 E p
以通过 y (k ) Jacobian 矩 w ji (k ) [ yd (k ) y (k )] w ji (k ) 阵求出
z
神经网络
1
z n 1
z m z
y (k 1)
1
u (k )
图5-25
对象
直接逆模型的训练结构示意图
一、神经网络直接逆模型控制法
考虑如下单输入单输出系统 y (k 1) f [ y (k 1), , y (k n 1), u (k ),, u (k m)] 假设上式可逆，则函数g，有 u (k ) g[ y (k 1), , y (k n 1), u (k 1), , u (k m)] 若能用一个多层前向传播神经网络来逼近逆模型函数g，则 uN ( X )
图5-20 离线学习法
在线学习法 目的：找出一个最优控制量u使得系统输出y趋于期望输出 yd。 权值调整应该使
yd
神经网络 N c
人工智能习题参考答案
• 神经网络主要通过指导式（有师）学习算法和非指导式（无师）学习 算法。此外，还存在第三种学习算法，即强化学习算法；可把它看做 有师学习的一种特例。 • （１）有师学习 • 有师学习算法能够根据期望的和实际的网络输出（对应于给定输入） 间的差来调整神经元间连接的强度或权。因此，有师学习需要有个老 师或导师来提供期望或目标输出信号。有师学习算法的例子包括 Delta规则、广义Delta规则或反向传播算法以及ＬＶＱ算法等。 • （２）无师学习 • 无师学习算法不需要知道期望输出。在训练过程中，只要向神经网络 提供输入模式，神经网络就能够自动地适应连接权，以便按相似特征 把输入模式分组聚集。无师学习算法的例子包括Kohonen算法和 Carpenter-Grossberg自适应谐振理论（ＡＲＴ)等。 • （３）强化学习 • 强化（增强）学习是有师学习的特例。它不需要老师给出目标输出。 强化学习算法采用一个“评论员”来评价与给定输入相对应的神经网 络输出的优度（质量因数）。强化学习算法的一个例子是遗传算法 （GA）。
• • • • • • • • • •
• 6-2专家系统由哪些部分构成?各部分的作用为何? • 答： •
• 5-7遗传算法、进化策略和进化编程的关系如何？有何区别？ • 遗传算法是一种基于空间搜索的算法，它通过自然选择、遗传、变异 等操作以及达尔文适者生存的理论，模拟自然进化过程来寻找所求问 题的解答。 • 进化策略(Evolution Strategies，ES)是一类模仿自然进化原理以求 解参数优化问题的算法。 • 进化编程根据正确预测的符号数来度量适应值。通过变异，为父代群 体中的每个机器状态产生一个子代。父代和子代中最好的部分被选择 生存下来。 • 进化计算的三种算法即遗传算法、进化策略和进化编程都是模拟生物 界自然进化过程而建立的鲁棒性计算机算法。在统一框架下对三种算 法进行比较，可以发现它们有许多相似之处，同时也存在较大的差别。 • 进化策略和进化编程都把变异作为主要搜索算子，而在标准的遗传算 法中，变异只处于次要位置。交叉在遗传算法中起着重要作用，而在 进化编程中却被完全省去，在进化策略中与自适应结合使用，起了很 重要的作用。 • 标准遗传算法和进化编程都强调随机选择机制的重要性，而从进化策 略的角度看，选择（复制）是完全确定的。进化策略和进化编程确定 地把某些个体排除在被选择（复制）之外，而标准遗传算法一般都对 每个个体指定一个非零的选择概率。
《人工智能》--课后习题答案
《人工智能》课后习题答案第一章绪论1.1答：人工智能就是让机器完成那些如果由人来做则需要智能的事情的科学。
人工智能是相对于人的自然智能而言，即用人工的方法和技术，研制智能机器或智能系统来模仿延伸和扩展人的智能，实现智能行为和“机器思维”，解决需要人类专家才能处理的问题。
1.2答：“智能”一词源于拉丁“Legere”，意思是收集、汇集，智能通常用来表示从中进行选择、理解和感觉。
所谓自然智能就是人类和一些动物所具有的智力和行为能力。
智力是针对具体情况的，根据不同的情况有不同的含义。
“智力”是指学会某种技能的能力，而不是指技能本身。
1.3答：专家系统是一个智能的计算机程序，他运用知识和推理步骤来解决只有专家才能解决的复杂问题。
即任何解题能力达到了同领域人类专家水平的计算机程序度可以称为专家系统。
1.4答：自然语言处理—语言翻译系统，金山词霸系列机器人—足球机器人模式识别—Microsoft Cartoon Maker博弈—围棋和跳棋第二章知识表达技术2.1解答：（1）状态空间(State Space)是利用状态变量和操作符号，表示系统或问题的有关知识的符号体系，状态空间是一个四元组（S，O，S0，G）：S—状态集合;O—操作算子集合;S0—初始状态,S0⊂S;G—目的状态,G⊂S,(G可若干具体状态，也可满足某些性质的路径信息描述)从S0结点到G结点的路径被称为求解路径。
状态空间一解是一有限操作算子序列，它使初始状态转换为目标状态：O1 O2 O3 OkS0→−−−S1→−−−S2→−−−……→−−−G其中O1，…，Ok即为状态空间的一个解(解往往不是唯一的)（2）谓词逻辑是命题逻辑的扩充和发展，它将原子命题分解成客体和谓词两个部分。
与命题逻辑中命题公式相对应，谓词逻辑中也有谓词（命题函数）公式、原子谓词公式、复合谓词公式等概念。
一阶谓词逻辑是谓词逻辑中最直观的一种逻辑。
（3）语义网络是一种采用网络形式表示人类知识的方法。
第六章 专家系统
6.1.1 专家系统的特点
专家系统特点
具有求解问题所需的专门知识 具有专业知识的符号表示和推理能力 灵活性
6.1.1 专家系统的特点
专家系统的优点
能够高效率、和不知疲倦地工作。 不受周围环境的影响，也不可能遗漏忘记。 专家的专长不受时间和空间的限制 汇集多领域专家的知识和经验
; 都市发展策略: 减少失业率 ; 减少失业率策略: 吸引厂商 ; 吸引厂商策略: 降低通信成本 ; 吸引厂商策略: 充足的网络 ;降低通信成本策略: 民营化
;推理规则 ; 推出所有的 目标--策略 关系 (策略本身也是一种次目标) (defrule t-gs (gs ?x ?y) (gs ?y ?z) => (assert (gs ?x ?z)) ;已知之事实用 deffacts。后来推论所得者用assert。 (printout t "欲达成" ?x "可采取策略是：" ?z crlf) )
6.1.3 专家系统的结构
人机界面
接口，人与系统进行信息交流的媒介，为用户提
供了直观方便的交互作用手段
综合数据库
用于存储领域或问题的初始数据和推理过程中得
到的中间数据，即被处理对象的一些当前事实。
6.2专家系统的类型
基于规则的专家系统 基于框架的专家系统 基于模型的专家系统
6.2.1基于规则的专家系统
构造辅助工具
提供了一整套像积木块那样的组件，利用它能够"
装配" 成专家系统 AGE：由美国斯坦福大学用INTERLISP语言实现 的专家系统工具（WWW？） TEIRESIAS （WWW？）
6.5专家系统开发工具
第六章-专家系统PPT课件
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6.1.2 专家系统的类型
(1) 解释专家系统 ……
作为解释专家系统的例子有语音理解、图象分 析、系统监视、化学结构分析和信号解释等。 例如，卫星图象(云图等)分析、集成电路分析、 DENDRAL化学结构分析、ELAS石油测井数据分 析、染色体分类、PROSPECTOR地质勘探数据解 释和丘陵找水等实用系统。
的MACSYMA符号积分与定理证明系统，我国一些大学开发 的计算机程序设计语言和物理智能计算机辅助教学系统以 及聋哑人语言训练专家系统等。
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6.1.2 专家系统的类型
(10) 修理专家系统 修理专家系统的任务是对发生故障的对象(系
统或设备)进行处理，使其恢复正常工作。修理专 家系统具有诊断、调试、计划和执行等功能。美 国贝尔实验室的ACI电话和有线电视维护修理系统 是修理专家系统的一个应用实例。
预测专家系统的例子有气象预报、军事预测、人口预 测、交通预测、经济预测和谷物产量预测等。例如，恶劣 气候(包括暴雨、飓风、冰雹等)预报、战场前景预测和农 作物病虫害预报等专家系统
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6.1.2 专家系统的类型
(3) 诊断专家系统 诊断专家系统的任务是根据观察到的情况(数据)来推
问题求解过程就是一个推理过程，所以专家系统 必须有推理机构。
ES的核心是知识库和推理机。
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6.1.1 专家系统的特点—特点
(3) 具有启发性 ES除要利用大量专业知识外，还必须利用经
验的判断知识来对求解问题作出多个假设。 依据某些条件选定一个假设，使推理继续
进行。
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(3) 诊断专家系统 ……
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2. 有用性
(1) 推理结论、求解结果、咨询建议的有用性。
(2) 系统的知识水平、可用范围、易扩展性、易更新性 等。
(3) 问题的求解能力，可能场合和环境。 (4) 人机交互的友好性。 (5) 运行可靠性、易维护性、可移植性。 (6) 系统的经济性。
第6章 专家系统
6.1 6.2 6.3 6.4 专家系统的产生和发展 专家系统的概念 专家系统的工作原理 知识获取
PREMISE: ( $ AND (SAME CNTXT STALN GRAMPOS)
(SAME CNTXT MORPH COCCUS) (SAME CNTXT CONFORM CHAINS))
ACTION: (CONLUDE CNTXT IDENT STREPTO COCCUS TALLY.7)
6.6.1 医学专家系统──MYCIN
关幼波肝病诊断专家系统（北京中医学院）
第6章 专家系统
6.1 6.2 6.3 6.4 专家系统的产生和发展 专家系统的概念 专家系统的工作原理 知识获取
6.5
6.6 6.7
专家系统的建立
专家系统实例 专家系统的开发工具
6.2 专家系统的概念
6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 专家系统的定义和组成 专家系统的特点 专家系统的类型 专家系统的应用
• AM系统（ 1981年，斯坦福大学）：模拟人类进行概括
、抽象和归纳推理，发现某些数论的概念和定理。 • HEARSAY系统（卡内基－梅隆大学）——语音识别专家 系统
6.1 专家系统的产生和发展
第二阶段: 成熟期（20世纪70年代中期－20世纪80年代初） 特点：
（1）单学科专业型专家系统。
（2）系统结构完整，功能较全面，移植性好。 （3）具有推理解释功能，透明性好。 （4）采用启发式推理、不精确推理。 （5）用产生式规则、框架、语义网络表达知识。 （6）用限定性英语进行人－机交互。
6.1 专家系统的产生和发展
第三阶段：发展期（20世纪80年代至今） 专家系统XCON（DEC公司、卡内基－梅隆大学 ）：为 VAX计算机系统制订硬件配置方案。 专家系统开发工具：
6.2.3 专家系统的类型
6.2 专家系统的概念
6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 专家系统的定义和组成 专家系统的特点 专家系统的类型 专家系统的应用
6.2.4 专家系统的应用
6.2.4 专家系统的应用
第6章 专家系统
6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 专家系统的产生和发展 专家系统的概念 专家系统的工作原理 知识获取 专家系统的建立 专家系统实例 专家系统的开发工具
系统用INTER LISP语言编写。 知识库有二百多条规则，可识别51种病菌，正确处理23种抗 生素。
确定病人是否 存在需要治疗 的细菌感染
确定细 菌类型
确定用于 治疗的菌 素药物
优选治 疗处方
MYCIN系统的咨询过程
6.6.1 医学专家系统──MYCIN
1. 系统结构
6.6.1 医学专家系统──MYCIN
6.1 专家系统的产生和发展
第一阶段 : 初创期（20世纪60年代中期－ 20世纪70年代初 • DENDRAL系统（1968年斯坦福大学费根鲍姆等人） —推 断化学分子结构的专家系统 • MYCSYMA系统（1971年麻省理工学院 ）—用于数学 运算的数学专家系统 • 特点：高度的专业化。
– 专门问题求解能力强。
6.6.1 医学专家系统──MYCIN
5. 治疗方案选择
（1） 生成可能的“治疗方案表” 例如： IF 细菌的特征是 Pseudomonas
THEN 建议在下列药物中选择治疗： colistin （0.98） polynyxin （0.96） gentamicin （0.96） carbenicillin （0.96） sulfisoxazole （0.96）
（3）范围：所选任务的大小可驾驭、 任务有实用价值 。
6.5 专家系统的建立
6.5.1 适合于专家系统求解的问题 6.5.2 专家系统的设计原则与开发步骤 6.5.3 专家系统的评价
6.5.2 专家系统的设计原则与开发步骤
1. 专家系统的设计原则
（1）专门的任务 （2）专家合作 （3）原型设计
（4）用户参与
3. 知识表示
（2）临床参数的表示 临床参数：三元组（上下文树、属性、值） 例：三元组（机体－1，形态，杆状） 三元组（机体－1，染色体，革兰氏阴性） 临床数据：单值、是非值、多值。 MYCIN系统有65个临床参数，按照其相对应的上下文分类。
6.6.1 医学专家系统──MYCIN
4. 推理策略：反向推理、深度优先的搜索策略
6.5.1 适合于专家系统求解的问题
如何选择适合专家系统开发的问题——威特曼 (Waterman)
• • 什么情况下开发专家系统是可能的？ 什么情况下开发专家系统是合理的？
•
什么情况下开发专家系统是合适的？
6.5.1 适合于专家系统求解的问题
1. 什么情况下开发专家系统是可能的？
（1）主要依靠经验性知识，不需运用大量常识性知识就 可解决的任务。 （2）存在真正的领域专家。 （3）有明确的开发目标，且任务不太难实现。
6.5.1 适合于专家系统求解的问题
2. 什么情况下开发专家系统是合理的？
（1）具有较高的经济效益。 （2）人类专家奇缺，但在许多地方又十分需要。 （3）人类专家经验不断丢失。
（4）危险场合需要专业知识 。
6.5.1 适合于专家系统求解的问题
3. 什么情况下开发专家系统是合适的？
（1）本质：问题能通过符号操作和符号结构进行求解， 且需使用启发式知识、经验规则才能得到答案。 （2）复杂性。
– 系统设计思想的正确性；系统设计方法的正确性； 设计 开发工具的正确性。
（2）系统测试的正确性:
– 测试目的、方法、条件的正确性。 – 测试结果、数据、记录的正确性。
（3）系统运行的正确性：
– 推理结论、求解结果、咨询建议的正确性。 – 推理解释及可信度估算的正确性。 – 知识库知识的正确性。
6.5.3 专家系统的评价
REGIMEN （ 规则 092 ） TREATFOR （ 规则 090 ） （规则 COVERFOR 149 ）
SIGNIFICANCE … …
IDENT … …
Hale Waihona Puke INFECTLOC … …
FEBRILE … …
关于病人的上下文树
6.6.1 医学专家系统──MYCIN
4. 推理策略
MYCIN系统：通过两个子程序MONITOR和FINDOUT完 成整个咨询和推理过程。 MONITOR：分析规则的前提条件是否满足，以决定拒 绝该规则还是采用该规则，并将每次鉴定一个前提后的结 果记录在动态数据库中。 FINDOUT：检查MONITOR所需要的参数，它可能已在 动态数据库中，也可以通过用户提问获取。
《人工智能基础》
第6章 专家系统
延边大学工学院计算机科学与技术学科 李永珍 E_mail:lyz2008@
第6章 专家系统
6.1 6.2 6.3 6.4 专家系统的产生和发展 专家系统的概念 专家系统的工作原理 知识获取
6.5
6.6 6.7
专家系统的建立
专家系统实例 专家系统的开发工具
– 结构、功能不完整。
– 移植性差。 – 缺乏解释功能。
6.1 专家系统的产生和发展
第二阶段: 成熟期（20世纪70年代中期－20世纪80年代初） • MYCIN系统（斯坦福大学）—血液感染病诊断专家系统 • PROSPECTOR系统（斯坦福研究所）—探矿专家系统 • CASNET系统（拉特格尔大学）：青光眼诊断与治疗。
（5）辅助工具 （6）知识库与推理机分离
6.5.2 专家系统的设计原则与开发步骤
2. 专家系统的开发步骤
6.5 专家系统的建立
6.5.1 适合于专家系统求解的问题 6.5.2 专家系统的设计原则与开发步骤 6.5.3 专家系统的评价
6.5.3 专家系统的评价
1. 正确性
（1）系统设计的正确性:
骨架系统：EMYCIN、KAS、EXPERT 等。 通用型知识表达语言： OPS5 等。 专家系统开发环境： AGE 等。
6.1 专家系统的产生和发展
第三阶段：发展期（20世纪80年代至今） 我国研制开发的专家系统：
施肥专家系统（中国科学院合肥智能机械研究所）
新构造找水专家系统（南京大学） 勘探专家系统及油气资源评价专家系统（吉林大学） 服装剪裁专家系统及花布图案设计专家系统（浙江大 学）
6.2.2 专家系统的特点
专家系统与传统程序的比较
（4）传统程序：不具有解释功能。
– 专家系统：具有解释功能。
（5）传统程序：产生正确的答案。
– 专家系统：通常产生正确的答案，有时产生错误的答案 。
（6）系统的体系结构不同。
6.2 专家系统的概念
6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 专家系统的定义和组成 专家系统的特点 专家系统的类型 专家系统的应用
2. 数据表示 ：上下文树（context tree）
6.6.1 医学专家系统──MYCIN
3. 知识表示
（1）领域知识的表示：产生式规则。
RULE 064 如果：有机体染色是革兰氏阳性，
且 且 是有机形态是球状的， 有机体的生长结构呈链状，
则：存在证据表明该有机体为链球菌类，可信度为0.7。 RULE 064
6.2.1 专家系统的定义和组成
2. 专家系统的基本组成
知识库
数据库
知识获取
专家
(1) 推理结论、求解结果、咨询建议的有用性。
(2) 系统的知识水平、可用范围、易扩展性、易更新性 等。
(3) 问题的求解能力，可能场合和环境。 (4) 人机交互的友好性。 (5) 运行可靠性、易维护性、可移植性。 (6) 系统的经济性。
第6章 专家系统
6.1 6.2 6.3 6.4 专家系统的产生和发展 专家系统的概念 专家系统的工作原理 知识获取
PREMISE: ( $ AND (SAME CNTXT STALN GRAMPOS)
(SAME CNTXT MORPH COCCUS) (SAME CNTXT CONFORM CHAINS))
ACTION: (CONLUDE CNTXT IDENT STREPTO COCCUS TALLY.7)
6.6.1 医学专家系统──MYCIN
关幼波肝病诊断专家系统（北京中医学院）
第6章 专家系统
6.1 6.2 6.3 6.4 专家系统的产生和发展 专家系统的概念 专家系统的工作原理 知识获取
6.5
6.6 6.7
专家系统的建立
专家系统实例 专家系统的开发工具
6.2 专家系统的概念
6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 专家系统的定义和组成 专家系统的特点 专家系统的类型 专家系统的应用
• AM系统（ 1981年，斯坦福大学）：模拟人类进行概括
、抽象和归纳推理，发现某些数论的概念和定理。 • HEARSAY系统（卡内基－梅隆大学）——语音识别专家 系统
6.1 专家系统的产生和发展
第二阶段: 成熟期（20世纪70年代中期－20世纪80年代初） 特点：
（1）单学科专业型专家系统。
（2）系统结构完整，功能较全面，移植性好。 （3）具有推理解释功能，透明性好。 （4）采用启发式推理、不精确推理。 （5）用产生式规则、框架、语义网络表达知识。 （6）用限定性英语进行人－机交互。
6.1 专家系统的产生和发展
第三阶段：发展期（20世纪80年代至今） 专家系统XCON（DEC公司、卡内基－梅隆大学 ）：为 VAX计算机系统制订硬件配置方案。 专家系统开发工具：
6.2.3 专家系统的类型
6.2 专家系统的概念
6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 专家系统的定义和组成 专家系统的特点 专家系统的类型 专家系统的应用
6.2.4 专家系统的应用
6.2.4 专家系统的应用
第6章 专家系统
6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 专家系统的产生和发展 专家系统的概念 专家系统的工作原理 知识获取 专家系统的建立 专家系统实例 专家系统的开发工具
系统用INTER LISP语言编写。 知识库有二百多条规则，可识别51种病菌，正确处理23种抗 生素。
确定病人是否 存在需要治疗 的细菌感染
确定细 菌类型
确定用于 治疗的菌 素药物
优选治 疗处方
MYCIN系统的咨询过程
6.6.1 医学专家系统──MYCIN
1. 系统结构
6.6.1 医学专家系统──MYCIN
6.1 专家系统的产生和发展
第一阶段 : 初创期（20世纪60年代中期－ 20世纪70年代初 • DENDRAL系统（1968年斯坦福大学费根鲍姆等人） —推 断化学分子结构的专家系统 • MYCSYMA系统（1971年麻省理工学院 ）—用于数学 运算的数学专家系统 • 特点：高度的专业化。
– 专门问题求解能力强。
6.6.1 医学专家系统──MYCIN
5. 治疗方案选择
（1） 生成可能的“治疗方案表” 例如： IF 细菌的特征是 Pseudomonas
THEN 建议在下列药物中选择治疗： colistin （0.98） polynyxin （0.96） gentamicin （0.96） carbenicillin （0.96） sulfisoxazole （0.96）
（3）范围：所选任务的大小可驾驭、 任务有实用价值 。
6.5 专家系统的建立
6.5.1 适合于专家系统求解的问题 6.5.2 专家系统的设计原则与开发步骤 6.5.3 专家系统的评价
6.5.2 专家系统的设计原则与开发步骤
1. 专家系统的设计原则
（1）专门的任务 （2）专家合作 （3）原型设计
（4）用户参与
3. 知识表示
（2）临床参数的表示 临床参数：三元组（上下文树、属性、值） 例：三元组（机体－1，形态，杆状） 三元组（机体－1，染色体，革兰氏阴性） 临床数据：单值、是非值、多值。 MYCIN系统有65个临床参数，按照其相对应的上下文分类。
6.6.1 医学专家系统──MYCIN
4. 推理策略：反向推理、深度优先的搜索策略
6.5.1 适合于专家系统求解的问题
如何选择适合专家系统开发的问题——威特曼 (Waterman)
• • 什么情况下开发专家系统是可能的？ 什么情况下开发专家系统是合理的？
•
什么情况下开发专家系统是合适的？
6.5.1 适合于专家系统求解的问题
1. 什么情况下开发专家系统是可能的？
（1）主要依靠经验性知识，不需运用大量常识性知识就 可解决的任务。 （2）存在真正的领域专家。 （3）有明确的开发目标，且任务不太难实现。
6.5.1 适合于专家系统求解的问题
2. 什么情况下开发专家系统是合理的？
（1）具有较高的经济效益。 （2）人类专家奇缺，但在许多地方又十分需要。 （3）人类专家经验不断丢失。
（4）危险场合需要专业知识 。
6.5.1 适合于专家系统求解的问题
3. 什么情况下开发专家系统是合适的？
（1）本质：问题能通过符号操作和符号结构进行求解， 且需使用启发式知识、经验规则才能得到答案。 （2）复杂性。
– 系统设计思想的正确性；系统设计方法的正确性； 设计 开发工具的正确性。
（2）系统测试的正确性:
– 测试目的、方法、条件的正确性。 – 测试结果、数据、记录的正确性。
（3）系统运行的正确性：
– 推理结论、求解结果、咨询建议的正确性。 – 推理解释及可信度估算的正确性。 – 知识库知识的正确性。
6.5.3 专家系统的评价
REGIMEN （ 规则 092 ） TREATFOR （ 规则 090 ） （规则 COVERFOR 149 ）
SIGNIFICANCE … …
IDENT … …
Hale Waihona Puke INFECTLOC … …
FEBRILE … …
关于病人的上下文树
6.6.1 医学专家系统──MYCIN
4. 推理策略
MYCIN系统：通过两个子程序MONITOR和FINDOUT完 成整个咨询和推理过程。 MONITOR：分析规则的前提条件是否满足，以决定拒 绝该规则还是采用该规则，并将每次鉴定一个前提后的结 果记录在动态数据库中。 FINDOUT：检查MONITOR所需要的参数，它可能已在 动态数据库中，也可以通过用户提问获取。
《人工智能基础》
第6章 专家系统
延边大学工学院计算机科学与技术学科 李永珍 E_mail:lyz2008@
第6章 专家系统
6.1 6.2 6.3 6.4 专家系统的产生和发展 专家系统的概念 专家系统的工作原理 知识获取
6.5
6.6 6.7
专家系统的建立
专家系统实例 专家系统的开发工具
– 结构、功能不完整。
– 移植性差。 – 缺乏解释功能。
6.1 专家系统的产生和发展
第二阶段: 成熟期（20世纪70年代中期－20世纪80年代初） • MYCIN系统（斯坦福大学）—血液感染病诊断专家系统 • PROSPECTOR系统（斯坦福研究所）—探矿专家系统 • CASNET系统（拉特格尔大学）：青光眼诊断与治疗。
（5）辅助工具 （6）知识库与推理机分离
6.5.2 专家系统的设计原则与开发步骤
2. 专家系统的开发步骤
6.5 专家系统的建立
6.5.1 适合于专家系统求解的问题 6.5.2 专家系统的设计原则与开发步骤 6.5.3 专家系统的评价
6.5.3 专家系统的评价
1. 正确性
（1）系统设计的正确性:
骨架系统：EMYCIN、KAS、EXPERT 等。 通用型知识表达语言： OPS5 等。 专家系统开发环境： AGE 等。
6.1 专家系统的产生和发展
第三阶段：发展期（20世纪80年代至今） 我国研制开发的专家系统：
施肥专家系统（中国科学院合肥智能机械研究所）
新构造找水专家系统（南京大学） 勘探专家系统及油气资源评价专家系统（吉林大学） 服装剪裁专家系统及花布图案设计专家系统（浙江大 学）
6.2.2 专家系统的特点
专家系统与传统程序的比较
（4）传统程序：不具有解释功能。
– 专家系统：具有解释功能。
（5）传统程序：产生正确的答案。
– 专家系统：通常产生正确的答案，有时产生错误的答案 。
（6）系统的体系结构不同。
6.2 专家系统的概念
6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 专家系统的定义和组成 专家系统的特点 专家系统的类型 专家系统的应用
2. 数据表示 ：上下文树（context tree）
6.6.1 医学专家系统──MYCIN
3. 知识表示
（1）领域知识的表示：产生式规则。
RULE 064 如果：有机体染色是革兰氏阳性，
且 且 是有机形态是球状的， 有机体的生长结构呈链状，
则：存在证据表明该有机体为链球菌类，可信度为0.7。 RULE 064
6.2.1 专家系统的定义和组成
2. 专家系统的基本组成
知识库
数据库
知识获取
专家