5-专家系统

• 特点： 处理的数据量很大，往往是不准确的、有错误的或不完全的。
能够从不完全的信息中得出解释，能对数据做出某些假设。 推理过程很复杂，很长，要求系统具有对自身的推理过程作出解释的 能力。
例：语音理解、图象分析、系统监视、化学结构分析、信号解 释等。
卫星图象分析、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、丘陵找水。
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知识库
• 包括两部分 已知的同当前问题有关的数据信息； 进行推理时要用到的一般知识和领域知识。 • 知识以规则、网络和过程等形式表示。
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• 调度器：按照系统建造者所给的控制知识从议程中选择一个 项作为系统下一步要执行的动作 • 执行器：应用知识库及黑板中记录的信息，执行调度器所选 定的动作。 • 协调器：得到新数据或新假设时，对已得到的结果进行修正， 以保持结果前后一致。
军事指挥调度系统 ROPES机器人规划专家系统 汽车和火车运行调度专家系统 小麦和水稻施肥专家系统。
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(6) 监视专家系统 • 任务：
对系统、对象或过程的行为进行不断观察，并把观察到的行为与其应 当具有的行为进行比较，以发现异常情况，发出警报。
• 特点：
系统应具有快速反应能力，在造成事故之前及时发出警报。 系统发出的警报要有很高的准确性。 系统能够随时间和条件的变化而动态地处理其输入信息。
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(3) 诊断专家系统 • 根据观察到的情况(数据)来推断出某个对象机能失常(即故障) 的原因。 • 特点：
能了解被诊断对象或客体各组成部分的特性以及它们之间的联系。 能区分一种现象及其所掩盖的另一种现象。 能向用户提出测量的数据，从不确切信息中得出尽可能正确的诊断。
例：医疗诊断，电子机械、软件故障诊断。
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专家系统的用途分类：
• • • • • • • • • • 解释专家系统 预测专家系统 诊断专家系统 设计专家系统 规划专家系统 监视专家系统 控制专家系统 调试专家系统 教学专家系统 修理专家系统
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(1) 解释专家系统 • 任务：
通过对已知信息和数据的分析与解释，确定它们的涵义。
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专家系统的发展史
• 1977年美国斯坦福大学计算机科学家费根鲍姆 在第五届国际人工智能 联合会议上提出知识工程的新概念。 • 20世纪80年代以来，在知识工程的推动下，涌现出了不少专家系统开 发工具，如EMYCIN、CLIPS(OPS5, OPS83)、G2、KEE、OKPS等。 • 1977年，基于关幼波先生的经验，研制成功了我国第一个“中医肝病 诊治专家系统”。 • 1985年10月中科院合肥智能所熊范纶建成“砂姜黑土小麦施肥专家咨 询系统”， 我国第一个农业专家系统。 • 中科院计算所史忠植与东海水产研究所等合作，研制了东海渔场预报 专家系统。 • 在专家系统开发工具方面：
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(2) 预测专家系统 • 任务：
通过对过去和现在已知状况的分析，推断未来可能发生的情况。
• 特点： 系统处理的数据随时间变化，可能是不准确和不完全的。
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。
• 例：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。 恶劣气候(包括暴雨、飓风、冰雹等)预报、战场前景预测、 农作物病虫害预报。
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• 汇集多领域专家的知识和经验及他们协作解决重大问题的能力， 拥有更渊博的知识、更丰富的经验和更强的工作能力。 • 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 智能各领域的发展起很大促进作用，
(4) 设计专家系统
• 任务：根据设计要求，求出满足设计问题约束的目标配臵。 • 特点： 善于从多方面的约束中得到符合要求的设计结果。 系统需要检索较大的可能解空间。 善于分析各种子问题，并处理好子问题间的相互作用。 能够试验性地构造出可能设计，并易于对所得设计方案进行修改 能够使用已被证明是正确的设计来解释当前的(新的)设计。 • 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： 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 齿轮加工工艺设计专家系统。
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专家系统的优点
• 高效率、准确、周到、迅速、不知疲倦地进行工作。 • 解决实际问题时不受周围环境的影响，不可能遗漏忘记。 • 使专家的专长不受时间和空间的限制，以推广珍贵和稀缺的 专家知识与经验。 • 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，广泛有力地传播专家的知识、经验和能力。
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1. 概述 2. 基于规则的专家系统
3. 基于框架的专家系统 4. 基于模型的专家系统 5. 专家系统的设计与开发
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专家系统的定义
• 一个智能计算机程序系统，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 方法处理领域问题。 • 一个具有大量的专门知识与经验的程序系统，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，解 决需要人类专家处理的复杂问题。 • 一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。
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专家系统程序与常规的应用程序之间的区别
• 应用程序把问题求解的知识隐含地编入程序 • 专家系统把其应用领域的问题求解知识单独组成一个实体， 即为知识库。 • 知识库的处理是通过与知识库分开的控制策略进行的。
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• 一般应用程序把知识组织为两级：数据级和程序级； • 专家系统则将知识组织成三级；数据、知识库和控制。 • 数据级：已经解决了的特定问题的说明性知识以及需要求 解问题的有关事件的当前状态。 知识库级：专家系统的专门知识与经验。是否拥有大量知 识是专家系统成功与否的关键，知识表示成为设计专家系统 的关键。
控制程序级：根据既定的控制策略和所求解问题的性质来 决定应用知识库中的哪些知识。
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专家系统的类型
• 按用途分类，可分为：诊断型、解释型、预测型、决策型、 设计型、规划型、控制型、调度型等几种类型。
• 按输出结果分类，可分为：分析型和设计型。
• 按知识表示分类，可分为：基于产生式规则的专家系统、 基于一阶谓词的专家系统、基于框架的专家系统、基于语 义网的专家系统等等。 • 按知识分类, 可分为：精确推理型和不精确推理型(如模糊专 家系统)两类。 • 按采用的技术分类, 可分为：符号推理专家系统和神经网络 专家系统。
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(5) 规划专家系统 • 任务：寻找出某个能够达到给定目标的动作序列或步骤。 • 特点：
规划的目标可能是动态的或静态的，需要对未来动作做出预测。 涉及的问题可能很复杂，要求系统能抓住重点，处理好各子目标间 的关系和不确定的数据信息，并通过试验性动作得出可行规划。
• 机器人规划、交通运输调度、工程项目论证、通信与军事指 挥、农作物施肥方案规划等。 • 比较典型的规划专家系统
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专 家 系 统
Expert System
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• 专家系统（Expert System）是人工智能应用研究最活跃、最 广泛的领域之一。 • I965年斯坦福大学的费根鲍姆和化学家勒德贝格合作研制 DENDRAL系统 • 使人工智能的研究从面向基本技术和基本方法的理论研究走 向解决实际问题的具体研究 • 从探索广泛的普遍规律转向知识的工程应用，体现知识的巨 大力量。
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理想专家系统的结构
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接口
• 人与系统进行信息交流的媒介，为用户提供直观方便的交 互作用手段。 • 功能：
识别与解释用户向系统提供的命令、问题和数据等信息，把信息 转化为系统的内部表示形式。 将系统向用户提出的问题、得出的结果和作出的解释以用户易于 理解的形式提供给用户。
(2) 综合数据库(global database)
• 又称全局数据库或总数据库，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。
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(3) 推理机(reasoning machine)
• 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。 • 能够根据知识进行推理和导出结论，不是简单地搜索现成的答案。
中科院数学研究所研制了专家系统开发环境“天马” 中科院计算所研制了面向对象专家系统开发工具“OKPS”。 5
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专家系统的特点
• 启发性 运用专家的知识与经验进行推理、判断和决策。
• 透明性 解释本身的推理过程和回答用户提出的问题，让用户了解 推理过程，提高对专家系统的信赖感。 • 灵活性 不断增长知识，修改原有知识，不断更新。
• 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。
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(7) 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。 具有解释、预报、诊断、规划和执行等多种功能。