第7章-专家系统人工智能
人工智能技术及应用习题答案第7-10章
习题7一、名词解释1、智能制造所谓智能制造，是指将信息物理系统用于企业生产、加工的各个环节，以传感器抓取企业生产加工中的数据，通过物联网技术将数据上传至云计算平台，在云平台上对生产流动实行智能检测和智能控制，从而实现制造业生产最优化。
2、智能制造系统智能制造系统是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能以一种高度柔性与集成不高的方式，借助计算机模拟人类专家的智能活动进行分析、推理、判断、构思和决策等，从而取代或者延伸制造环境中人的部分脑力劳动。
同时，收集、存贮、完善、共享、集成和发展人类专家的智能。
3、工业机器人所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人，是工业生产用自动化装置，能够在工业生产线中自动完成点焊、弧焊、喷漆、切割、装配、搬运、包装、码垛等作业，广泛应用于机械加工、汽车制造、家用电器生产以及钢铁、化工等行业。
4、机器人执行机构执行机构即机器人本体，其臂部一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副（转动副或移动副）常称为关节，关节个数通常即为机器人的自由度数。
5、机器人驱动装置驱动装置是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行动作。
它输入的是电信号，输出的是线、角位移量。
机器人使用的驱动装置主要是电力驱动装置，如步进电机、伺服电机等，此外也有采用液压、气动等驱动装置。
6、机器人检测装置检测装置是实时检测机器人的运动及工作情况，根据需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求。
7.机器人机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。
它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。
它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。
二、填空题1、机器人控制系统有两种方式，一种是集中式控制，另一种是（分散式）控制。
第7章专家控制系统
第7章 专家控制系统教学内容首先介绍专家系统基本概念、特征、组成以及基本类型。
然后讲授专家控制系统的工作原理，最后介绍了建立专家系统的步骤和专家控制器。
教学重点1．专家系统的概念，即它是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。
将专家系统同控制理论和技术相结合，对系统进行控制形成专家控制系统。
把专家系统作为控制器称为专家控制器。
专家系统的基本组成，即由知识库、推理机、解释接口等组成。
2．专家控制系统工作原理。
专家系统设计的基本步骤：认识和阶段化概念，实现阶段，获取知识、构造外部知识库，调试和检验阶段。
教学难点专家系统的工作原理、知识的表示和获取，专家系统的设计。
教学要求1．了解专家系统的概念，理解专家控制系统、专家控制器的概念。
2．掌握专家系统的特征、组成和基本类型。
3．理解专家控制系统的工作原理。
知识的表示和获取。
4．掌握建立专家系统的步骤。
5．了解专家控制器的组成，专家控制器的设计原则。
7.1 概述7.1.1 专家系统的起源与发展人工智能科学家一直在致力于研制在某种意义上讲能够思维的计算机软件，用以“智能化”的处理、解决实际问题。
60年代，科学家们试图通过找到解决多种不同类型问题的通用方法来模拟思维的复杂过程，并将这些方法用于通用目的的程序中。
然而事实证明这种“通用”程序处理的问题类型越多，对任何个别问题的处理能力似乎就越差。
后来，科学家们认识到了问题的关键即计算机界程序解决问题的能力取决于它所具有的知识量的大小。
为使一个程序智能化，必须使其具有相关领域的大量高层知识。
为解决某具体专业领域问题的计算机程序系统的开发研制工作，导致专家系统这一新兴学科的兴起。
从本质上讲，专家系统是一类包含着知识和推理的智能计算机程序，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识和经验，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的问题。
1965年斯坦福大学开始建立用于分析化合物内部结构的DENTRAL系统，首先使用了“专家系统”的概念。
人工智能导论课程介绍(蓝)
考核方式与成绩评定
本课程的考核性质为考查，考核方式为平时考查与 期末书面考试相结合，其中平时考查包括课堂表现、课外 作业和上机实验。成绩评定的计算公式为：
平时成绩×30% + 期末考试成绩×70% = 最终成绩
平时成绩= 1×表现成绩+ 1 ×作业成绩+ 1×实验成绩
3
3
பைடு நூலகம்
3
人工智能导论
课程介绍
西安石油大学计算机学院
课程简介
适用专业：计算机科学与技术、软件工程
学 时：46 学分：2.5 实验学时：8 内容提要： 本课程介绍人工智能的基本原理和基本技术
及其应用。内容包括：人工智能概述、人工智能 程序设计语言、搜索与问题求解、知识表示与推 理、机器学习与知识发现、专家系统、Agent系 统和智能化网络。 教 材：《人工智能技术导论》（第三版），廉师友编
二课程教学内容与学时分配第一章人工智能概述2学时第二章逻辑程序设计语言prolog4学时第三章基于图搜索的问题求解6学时第四章基于遗传算法的随机优化搜索2学时第五章知识表示与推理10学时第六章机器学习与知识发现6学时第七章专家系统4学时第八章agent系统2学时第九章智能化网络2学时上机实验小型专家系统设计与实现8学时三课程教学的基本要求1
著，西安电子科技大学出版社，2007。
教材类别：“十一五”国家级规划教材
教学大纲 一、课程的性质和目的
人工智能是计算机科学与技术的一个前沿学科，它也 是一个综合性的交叉学科。《人工智能导论》为计算机科 学技术专业和软件工程专业的一门任选课，其目的是使学 生初步了解人工智能的基本原理，初步学习和掌握人工智 能的基本技术，以便拓宽知识面，并为进一步学习和应用 奠定基础。
7 第7章 智能控制
PS NM NS NS ZO ZO
PM NB NB NM NM NS
PB NB NB NB NM NM
NB NS ZO PS PB
R1：如果E是NB 且 EC是NB，则U是NB
第一节 模糊控制 二.模糊控制器
3. 模糊推理
利用模糊规则和近似推理获得模糊控制作用
C ( z ) { [ A ( x ) A ( x )]} { [ B ( y ) B ( y )]} C ( z )
第二节 专家规则控制 二.专家系统
专家系统结构
第二节 专家规则控制 二.专家系统
(1) 知识库：存储某个具体领域的专门知识
产生式规则，if … then … (2) 数据库 表征应用对象的特性、状态、求解目标等 (3) 推理机：自动推理的计算机软件
运用知识库提供的知识，基于某种通用的问题 求解模型，自动推理、求解问题
情况
偏差及导数的变化、生产要求或负荷的变化、 设备情况的变化、环境条件的变化
规则 来自知识
如产生式规则：if … then …
第二节 专家规则控制
专家规则控制可在3个层次实施
基本控制层：用一组控制规则作为控制率，依 据工况的不同，选用不同的规则
特性监测控制层：依据控制过程情况，选用不 同的控制器参数，仍采用传统的控制器 监督层：进行有效的决策或选择适当的控制器 结构
x y
( 1 2 ) C 1 ( z )
ω1∧ω2表示“如果x 是A’且y是B’”对于“如果x 是A且y是B”的匹配程度，称为激励函数
第一节 模糊控制 一.模糊数学基础
模糊推理过程
μ A1 A’ μ min
第7章专家系统人工智能
知识库 以一套规则建立人的长期存储器模型 工作存储器 建立人的短期存储器模型，存放问题事实和由规则激发而推断出的新事实。 推理机 借助于把存放在工作存储器内的问题事实和存放在知识库内的规则结合起来，建立人的 推理模型，以推断出新的信息 。
2. 基于规则专家系统的结构 推理机
工作存储器
解释器
知识库
用户界面
基于框架专家系统的主要设计步骤与基于规则的专家系统相似,主要差别在于如何看待和使用知识 在设计基于框架的专家系统时，把整个问题和每件事想像为编织起来的事物 在辨识事物之后，寻找把这些事物组织起来的方法 对于任何类型的专家系统，其设计是个高度交互的过程
开发基于框架专家系统的主要任务
定义问题，包括对问题和结论考察与综述 分析领域，包括定义事物、事物特征、事件和框架结构 定义类及其特征 定义例及其框架结构 确定模式匹配规则 规定事物通信方法 设计系统界面 对系统进行评价 对系统进行扩展，深化和扩宽知识
6.4.1 基于模型专家系统的提出
❖ 关于人工智能的一个观点 ❖ 综合各种模型的专家系统比基于逻辑心理模型的系统具有更强的功能，从而有可能显著改
进专家系统的设计 ❖ 在诸多模型中，人工神经网络模型的应用最为广泛
6.4 Model-based Expert System 基于模型的专家系统
The contribution & limitation of Rule-based ES Use various qualitative models to AI An expert system integrated with various models
第七章 专家系统
(a) 系统处理的数据随时间变化，而且可 能是不准确和不完全的。
(b) 系统需要有适应时间变化的动态模型， 能够从不完全和不准确的信息中得出预报， 并达到快速响应的要求。
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。
❖ 当前提为真时，该规则将前提与一个行为结 合起来，否则与另一个行为结合起来，并且 可以用一个-1到+1之间的数字来表示在该前 提下行为的可信程度。如一条判断细菌类别 的规则可表示如下：
❖ 其含意如下： 如果培养物的部位是血液 细菌的类别确不知道 细菌的染色是革蓝氏阴性 细菌的外形是杆状 病人被严重地烧伤 那么以不太充分的证据(可信程度0.4)说
7.1 专家系统概述
❖ 研究背景
专家系统（expert system expert system），是人工 智能应用研究领域中非常活跃和非常广泛的课题 之一。
❖ 定义
专家系统是一个含有大量的某个领域专家水平的 知识与经验智能计算机程序系统，它能够利用人 类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问 题。
(4) 解释器(explanator) 解释器能够向用户解释专家系统的行为，
包括解释推理结论的正确性以及系统输出其 它候选解的原因。
(5) 接口(interface) 接口又称界面，它能够使系统与用户进
行对话，使用户能够输入必要的数据、提出 问题和了解推理过程及推理结果等。系统则 通过接口，要求用户回答提问，并回答用户 提出的问题，进行必要的解释。
监视专家系统可用于核电站的安全监视、 防空监视与警报、国家财政的监控、传染病 疫情监视及农作物病虫害监视与警报等。粘 虫测报专家系统是监视专家系统的一个实例。
智能控制第七章 专家系统
7.4 专家控制系统
1、结构原理图
间接专家系统控制图2
7.4 专家控制系统
2、专家系统PLD控制结构设计
用专家系统实现智能PND控制的过程，实际上是模拟操作 人员调解PID参数判断和决策过程，是将数字PID控制方法 与专家系统融合起来，从模仿人征订参数的推理决策入手， 以经典Ziegler-Nichols相现在最优控制征订规则为基础，利 用实时控制信息和系统输出信息，将归纳为一系列征订规则， 并把征订过程分成预整定和自整定两部分，预整定运用于系 统初始投入运行且无法给出PID初始参数的场合，自整定运 用于系统正常运行时，不必再辨别对象特性和参数控制，只 需随对象特性的变化而进行迭代优化的场合。
7.2 专家系统的知识表示法
(1) 黑板：黑板用于存储所有知识源可访问的知识，它的全局数据结构被用 于组织问题求解数据，并处理各知识源之间的通讯问题。放在黑板上的对象 可以是输入数据、局部结果、假设、选择方案和最后结果等。各知识源之间 的交互作用是通过黑板执行的。一个黑板可被分割为无数个子黑板；也就是 说，按照求解问题的不同方面，可把黑板分为几个黑板层。 (2) 知识源：知识源是领域知识的自选模块；每个知识源可视为专门用于处 理一定类型的较窄领域信息或知识的独立程序，而且具有决定是否应当把自 身信息提供给问题求解过程的能力。黑板系统中的知识源是独立分开的，每 个知识源具有自己的工作过程或规则集合和自有的数据结构，包含知识源正 确运行所必须的信息。知识源的动作部分执行实际的问题求解，并产生黑板 的变化。知识源能够遵循各种不同的知识表示方法和推理机制。因此，知识 源的动作部分可为一个含有正向／逆向搜索的产生式规则系统，或者是一个 具有填槽过程的基于框架的系统。 (3) 控制器：黑板系统的主要求解机制是由某个知识源向黑板增添新的信息 开始的。然后，这一事件触发其它对新送来的信息感兴趣的知识源。接着， 对这些被触发的知识源执行某些测试过程，以决定它们是否能够被合法执行。 最后，一个被触发了的知识源被选中，执行向黑板增添信息的任务。这个循 环不断进行下去。
第7章专家系统
专家系统的分类
（3）善于分析各种子问题，并处理好子
问题间的相互作用。 （4）能够实验性地构造出可能设计，并 易对所得设计方案进行修改。 （5）能够使用已被证明是正确的设计来 解释当前的（新的）设计。
专家系统的分类
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。 5. 规划专家系统（expert system for planning） 规划专家系统的任务在于寻找出某个能 够达到给定目标的动作序列或步骤。规 划专家系统的特点如下：
专家系统的分类
（ 2）
系统能够从不完全的信息中得出 解释，并能对数据作出某些假设。 （3） 系统的推理过程可能很复杂并且 很长，因此要求系统具有对自身的推理 过程作出解释的能力。 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。
专家系统的分类
2.
专家系统的分类
（3）能够向用户提出测量的数据，并从
不确切信息中得出尽可能正确的诊断。 诊断专家系统的例子很多，如医疗诊 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都是国内外颇有名气的实例。
专家系统的基本特征
１、具有专家水平的专门知识
一个专家系统为了能象人类专家那样工
作，就必须具有专家级的知识，知识越 丰富，质量越高，解决问题的能力就越 强。 专家系统的知识可分为三个层次，即数 据级、知识库级和控制级。数据级知识 是指具体问题所提供的初始事实以及问 题求解过程中产生的中间结论，最终结 论等。
人工智能系统之专家系统
天津财经大学TIANJIN UNIVERSITY OF FINANCIALAND ECONOMY论文题目人工智能系统之专家系统学生姓名秦健应学生学号201011148所在班级计算机学科学与技术1002班院系名称理工学院信息科学与技术系总论人工智能又称机器智能，是计算机科学中的一门边缘科学。
专家系统是人工智能中最重要的也是最活跃的一个应用领域，它实现了人工智能从理论研究走向实际应用、从一般推理策略探讨转向运用专门知识的重大突破。
专家系统是早期人工智能的一个重要分支，它可以看作是一类具有专门知识和经验的计算机智能程序系统，一般采用人工智能中的知识表示和知识推理技术来模拟通常由领域专家才能解决的复杂问题。
起源与发展20世纪60年代初，出现了运用逻辑学和模拟心理活动的一些通用问题求解程序，它们可以证明定理和进行逻辑推理。
但是这些通用方法无法解决大的实际问题，很难把实际问题改造成适合于计算机解决的形式，并且对于解题所需的巨大的搜索空间也难于处理。
1965年，f.a.费根鲍姆等人在总结通用问题求解系统的成功与败经验的基础上，结合化学领域的专门知识，研制了世界上第一个专家系统dendral ，用其可以推断化学分子的结构。
20多年来，知识工程的研究，专家系统的理论和技术不断发展，应用渗透到几乎各个领域，开发了几千个的专家系统，其中不少在功能上已达到，甚至超过同领域中人类专家的水平，并在实际应用中产生了巨大的经济效益。
专家系统的发展已经历了3个阶段，正向第四代过渡和发展。
第一代专家系统（dendral、macsyma等）以高度专业化、求解专门问题的能力强为特点。
但在体系结构的完整性、可移植性等方面存在缺陷，求解问题的能力弱。
第二代专家系统（mycin、casnet、prospector、hearsay等）属单学科专业型、应用型系统，其体系结构较完整，移植性方面也有所改善，而且在系统的人机接口、解释机制、知识获取技术、不确定推理技术、增强专家系统的知识表示和推理方法的启发性、通用性等方面都有所改进。
人工智能的专家系统技术
人工智能的专家系统技术导言：人工智能（Artificial Intelligence，AI）是一门研究如何使计算机可以像人一样智能地执行任务的学科。
专家系统是其中一种应用广泛的人工智能技术，它模仿人类专家的知识和推理能力，通过计算机实现对复杂问题的解决和决策。
一、专家系统的概述专家系统是一种基于知识的计算机系统，能够模拟人类专家的决策过程，对特定领域的问题进行分析和解决。
它主要由知识库、推理机和用户界面组成。
专家系统的知识库是存储各种领域专家知识的地方，包括事实、规则、经验、案例等。
知识库使用特定的语言表示和存储知识，使得专家系统能够在特定领域中模拟专家的决策过程。
推理机是专家系统的核心，它通过使用专家系统的知识库和推理规则对问题进行推理和决策。
推理机根据用户输入的问题和已有的知识，进行搜索和匹配，产生一系列推理结果。
推理机还可以根据问题的特点，使用不同的推理方式，如正向推理、反向推理、混合推理等。
用户界面是专家系统与用户之间的桥梁，用户通过界面与专家系统交互，输入问题和获取答案。
用户界面可以是命令行界面、图形界面或自然语言界面等，使得用户能够方便地使用专家系统。
二、专家系统的组成1. 知识获取知识获取是专家系统开发的第一步，它通过采访领域专家、查阅文献、观察现场等方式，收集专家知识并转化为计算机可识别的形式。
知识获取的关键是提取和表示知识，需要选择适当的表示方法和知识表示语言。
2. 知识表示知识表示是将采集到的知识以适当的形式表示和存储，使得计算机可以理解和使用这些知识。
常用的知识表示方法有规则表示、语义网络表示、框架表示等。
规则表示是最常用的方法，将知识表示为一系列条件-动作规则，通过匹配规则，实现对问题的推理和决策。
3. 知识推理知识推理是专家系统的核心功能，它利用知识库和推理规则对问题进行推理和决策。
专家系统的推理机通常采用基于规则的推理方法，通过匹配规则和问题，产生推理结果。
推理过程可以是正向推理、反向推理或混合推理，根据问题的特点，选择合适的推理方式。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
6.1 概述 6.2 基于规则的专家系统 6.3 基于框架的专家系统 6.4 基于模型的专家系统 6.5 基于Web的专家系统 6.6 新型专家系统 6.7 专家系统设计 6.8 专家系统开发工具 6.9 小结
6.1 Introduction 专家系统概述
What is an Expert System?
Experts are people who are very familiar with solving specific types of problems. Expert system is an intelligent computer program that can perform special and difficult task in some field at the level of human experts. Expert system has been one of most active and important application fields of AI. Expert systems are mostly domain specific. Expert system has a very wide field of applications.
Central South University Artificial Intelligence
2
6.1 Introduction
费根鲍姆把专家系统定义为一个应用知识和推理过程来求解 需要大量的人类专家解决难题经验的智能计算机程序。
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才能处理好的复杂问题。
Central South University Artificial Intelligence
6
Advantages of ES 优点
Provides consistent answers for repetitive decisions, processes and tasks Holds and maintains significant levels of information Encourages organizations to clarify the logic of their decision-making Never "forgets" to ask a question, as a human might
Central South University Artificial Intelligence
8
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。
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。
专家系统的研制和应用，具有巨大的经济效 益和社会效益。
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。
Central South University Artificial Intelligence
4
Transparency 透明性
Expert system can interpret its own inference process and answer user’s queries, so that user can understand the inference process，enhance the believe to ES。
问题求解过程中知识应用的合理性可由检验专家 系统的解释推理路径来验证。
Central South University Artificial Intelligence
5
Flexibility 灵活性
Ability to extend and enrich the KB, and selflearning ability
专家系统的灵活性是指它的扩展和丰富知识库的 能力，以及改善非编程状态下的系统性能，即自 学习能力。
Reasoning Machine can select various relative knowledge from KB and construct problem solving sequences according to the particulars of the specific solved problems.
Central South University Artificial 优点
能高效、准确、周到、迅速和不知疲倦地工作。 专家系统解决实际问题时不受周围环境的影响，也 不会遗漏和忘记。 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。 专家系统能促进各领域的发展，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。
专家系统是模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。 专家系统的基本功能取决于它所含有的知识，因此也把专家 系统称为基于知识的系统（knowledge-based system）。
Central South University Artificial Intelligence
3
6.1.1 Feature of Expert System (ES) 专家系统的特点
Heuristic 启发性
专家系统要解决的问题，其结构往往是不合理的， 其问题求解（problem-solving）知识不仅包括 理论知识和常识，而且包括专家本人的启发知识。 Use heuristic knowledge of expert to make inference, judgment, decision and conclusion.