人工智能 Chapter4

统DENDRAL。
产生式系统用来描述若干个不同的以一个基本概念为基础的系统。这个 基本概念就是产生式规则或产生式条件和操作对的概念。在产生式系统中，
论域的知识分为两部分：用事实表示静态知识，如事物、事件和它们之间
的关系；用产生式规则表示推理过程和行为。由于这类系统的知识库主要 用于存储规则，因此又把此类系统称为基于规则的系统(rule based system)。
的变化，这就使其他产生式规则的条件可能被满足。
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控制策略 其作用是说明下一步应该选用什么规则，也就是如何应用规则。通常 从选择规则到执行操作分3步：匹配、冲突解决和操作。 (1) 匹配 在这一步，把当前数据库与规则的条件部分相匹配。如 果两者完全匹配，则把这条规则称为触发规则。当按规则的操作部分
去执行时，称这条规则为启用规则。被触发的规则不一定总是启用规
调用。
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特性表中列出与该临床参数有关的一些信息。EXPECT属性，指该参数的取值
范围，如(YN)指只取“是”、“否”值，(ONE OF 〈list〉)指只能取〈list〉表
中的某一元素。 PROMT属性，为MYCIN向用户显示的提示符，其中符号*在提问过程中将 以当前涉及的上下文替代。譬如，MYCIN为了向用户索取目前所涉及细菌(设为
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总数据库
有时也被称作上下文，当前数据库或暂时存储器。总数据库是产
生式规则的注意中心。产生式规则的左边表示在启用这一规则之前总 数据库内必须准备好的条件。例如在上述例子中，在得出该动物是食 肉动物的结论之前，必须在总数据库中存有“该动物是哺乳动物”和
“该动物吃肉”这两个事实。执行产生式规则的操作会引起总数据库
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规则的内容： 前提条件 ◆ 细菌革氏染色阴性 ◆ 形态杆状 ◆ 生长需氧 结论 该细菌是肠杆菌属，CF=0.8。 LISP的表达式 PREMISE: (＄AND(SAME CNTXT GRAM GRAMNEG)
(SAME CNTXT MORPH ROD)
(SAME CNTXT AIR AEROBIC)) ACTION: (CONCLUDE CNTXT CLASS ENTEROBACTERIACEAE TALLY 0.8)
LISP中系统定义的函数AND不同，其取值范围与SAME函数类似。
TALLY是规则的置信度。
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(b) 规则间的关系
完全独立的规则集虽然容易增删和修改，但寻找可用规则时只能
顺序进行，效率很低。在实际专家系统中，由于规则都较多，所以总 是按某种方式把有关规则连结起来，形成某种结构。
● 规则按参数分类
在MYCIN中每一项特性(临床参数)设有一种专门的特性表，表中设置一 些属性。其中有两个属性涉及到规则。属性LOOKAHEAD指明那些规则的 前提涉及该参数；属性UPDATED-BY指出从哪些规则的行为部分可取得 该参数。显然，通过临床参数的特性表将有关的规则组织在一起。 MYCIN系统在工作过程中不断地对临床参数求值，为得到参数值，就必 须通过特性表寻找同该临床参数有关的规则，从而实现对可用规则的
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(f) 上下文限制 把产生式规则按它们所描述的上下文分组，也就是说
按上下文对规则分组。在某种上下文条件下，只能从与其相对应的那 组规则中选择可应用的规则。 不同的系统，使用上述这些策略的不同组合。如何选择冲突解决策 略完全是启发式的。 (3) 操作 操作就是执行规则的操作部分，经过操作以后，当前数据库
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(c) 数据排序 把规则条件部分的所有条件按优先级次序编排起来，运 行时首先使用在条件部分包含较高优先级数据的规则。 (d) 规模排序 按规则的条件部分的规模排列优先级，优先使用被满足 的条件较多的规则。
(e) 就近排序 把最近使用的规则放在最优先的位置。这和人类的行为
有相似之处。如果某一规则经常被使用，则人们倾向于更多地使用这 条规则。
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在LISP表达式中，规则的前提和结论均以谓词+关联三元组的形式 表示，这里三元组中元素的顺序有所不同，为〈object-attributevalue〉。如〈CNTXT GRAM GRAMNEG〉表示某个细菌其革氏染色 特性的值是阴性，这里CNTXT是上下文(即对象)context的缩写，表示
一个变量，可为某一具体对象——细菌所例化。
在MYCIN系统中表示事实用的是四元组，其中对象称为上下文(context)， 特性称临床参数。为了查找和诊断的方便，它把不同的对象(即上下文)按层次 关系组成一种上下文树 。
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● 网状结构 在PROSPECTOR探矿系统中，整个静态知识以语义网络的结构
表示，它实际上是特性-对象-取值表示法的推广。把相关的知识连在一
(GRAMSTAIN ORGANISM GRAM-POSITIVE) (DOSE DRUG 2.0－GRAMS) (MAN ZHAO-LING TRUE) (WOMAN ZHAO-LING FALSE) 这里，第三、四句是MYCIN系统中的事实，分别表示"细菌染色是革兰 氏阳性"，"用药剂量是2.0克"。
这条规则必须满足的条件；THEN(那么)部分被称为操作、结果、后项 或产生式的右边。
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在产生式系统的执行过程中，如果某条规则的条件满足了，那么， 这条规则就可以被应用；也就是说，系统的控制部分可以执行规则的 操作部分。产生式的两边可用谓词逻辑、符号和语言的形式，或用很 复杂的过程语句来表示。这取决于所采用数据结构的类型。
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(2) 规则的表示 (a) 单个规则的表示 一般，一个规则由前项和后项两部分组成。前项表示前提条件， 各个条件由逻辑连接词 (合取、析取等)组成各种不同的组合。后项表 示当前提条件为真时，应采取的行为或所得的结论。
<rule>=(IF<antecedent> THEN <action> (ELSE <action>))
将被修改。
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●
产生式系统的表示
产生式系统的知识表示方法，包括事实的表示和规则的表示。 (1) 事实的表示 (a) 孤立事实的表示
孤立事实在专家系统中常用〈特性- 对象- 取值〉(attribute object
value)三元组表示。 例如: (AGE ZHAO-LING 43)
(FATHER ZHAO-YIN ZHAO-LING)
细菌-1)的类别时，机器终端将显示如下提示符：
Enter the identity (genus) of organism-1
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LABDATA:指出该参数是不是实验的原始数据，若为T，则当机器不能从规则的推理中
得到该参数时，可以向用 户提问，以索取该参数。
LOOKAHEAD:指出哪些规则的前提涉及该参数。 UPDATED-BY:指出从哪些规则的ACTION或ELSE部分可得到该参数。 TRANS:为了便于人-机对话，在此属性中指出如何将此参数内容译为英语表达式。 ● 网状结构 规则可以通过各种方式相互联系，当某一个规则的结论正好是另一条规则的前提时，这 两条规则实际上是相互串联的。不同规则的前提或结论中所涉及的事实，它们之间也存 在着各种关系。譬如从分类学的角度看，有集合与成员的关系，有集合与子集的关系等 等。所以规则之间通常形成复杂的网状结构。
<antecedent>=(AND<condition>) <condition>=(OR｛<condition>｜(<predicate> <associative_triple>) <associative_triple>=(<attribute> <object> <value>) <action>=｛<consequent>｝｜｛<procedure>｝ <consequent>=(<associative_triple> <certainty_factor>)
则，因为可能同时有几条规则的条件部分被满足，这就要在解决冲突 步骤中来解决这个问题。在复杂的情况下，在数据库和规则的条件部
分之间可能要进行近似匹配。
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(2) 冲突解决 当有一条以上规则的条件部分和当前数据库相匹配时，就 需要决定首先使用哪一条规则，这称为冲突解决。
如果当前数据库包含事实"fourth dawn" 和 "short yardage" 以及 "within 30 yards"，则上述两条规则都被触发，这就需要用冲突解决 来决定首先使用哪一条规则。
＄AND，SAME，CONCLUDE等为MYCIN中自定义函数，其中 SAME(C，P，LST)为3个自变量的特殊谓词函数，3个自变量分别是 上下文C，临床参数(特性)P，LST是P的可能取值。SAME函数的取值 不是简单的T和NIL，而是根据其自变量〈对象-特性-取值〉所表达内容 的置信度，或取0.2—1.0之间任一数值，或取NIL(当置信度CF≤0.2时)。 ＄AND〈condition〉…〈condition〉也是特殊的谓词函数，与
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● 产生式系统的组成及表示
产生式系统由3个部分组成，即总数据库(或全局数据库)、 产生式规则和控如果满足这个条件，就应当采取某些操作”形 式表示的语句。例如， 规则: 如果 某种动物是哺乳动物，并且吃肉 那么 这种动物被称为食肉动物
产生式规则的IF(如果)被称为条件、前项或产生式的左边。它说明应用
这里所说的产生式规则和谓词逻辑中所讨论的产生式规则，从形
式上看都采用了IF-THEN的形式，但这里所讨论的产生式更为通用。 在谓词运算中的IF-THEN实质上是表示了蕴涵关系。也就是说要满足 相应的真值表。这里所讨论的条件和操作部分除了可以用谓词逻辑表 示外，还可以有其他多种表示形式，并不受相应的真值表的限制。
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有很多种冲突解决策略，其中一种策略是先使用规则R2，因为R2的条
件部分包括了更多的限制，因此规定了一个更为特殊的情况。这是一 种按专一性来编排顺序的策略，称为专一性排序。还有不少其他的冲
突解决策略，如规则排序、数据排序、规模排序和就近排序等。
(a) 专一性排序 如果某一规则条件部分规定的情况，比另一规则条 件部分规定的情况更有针对性，则这条规则有较高的优先级。 (b) 规则排序 如果规则编排的顺序就表示了启用的优先级，则称之为 规则排序。
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谓词也可用二元关系表示： MAN(ZHAO-LING) ～WOMAN(ZHAO-LING) 此外，在专家系统中为了表示不完全的知识，用三元组表示还嫌不够，常 需加入关于该事实确定性程度的数值度量，如MYCIN中用置信度来表示事实的 可信程度。于是每一件事实变成了四元关系。 (IDENT ORGANISM-2 STREPTOCOCCUS 0.7) (IDENT ORGANISM-2 STAPHYLOCOCCUS 0.3) (MORPH ORGANISM-1 ROD 0.8) (MORPH ORGANISM-1 COCCUS 0.2) (GRAM ORGANISM-3 GRAMNEG 1.0) 分别表示(细菌-2是连锁状球菌的置信度为0.7)，(细菌-2是葡萄球菌属的置信度 为0.3)，(细菌-1的形态为杆状的置信度是0.8)，(细菌-1的状态是球状的置信度
第四章 专家系统
本章内容
1、产生式系统 2、专家系统 3、新型专家系统 4、专家系统的设计与开发 5、专家系统开发工具 6、专家系统设计举例 7、专家系统实例
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1.产生式系统
产生式系统(production system)首先是由波斯特(Post)于1943年提出的 产生式规则(production rule)而得名的。他们用这种规则对符号串进行置 换运算。后来，美国的纽厄尔和西蒙利用这个原理建立一个人类的认知模 型(1965年)。同时，斯坦福大学利用产生式系统结构设计出第一个专家系
起，就使查找方便了。将不同对象的矿石按子集和成员关系组成如图 所示的网络，表示了"方铅矿是硫化铅的成员，硫化铅是硫化矿的子集， 而硫化矿又是矿石的子集"。其中S表示子集关系，〈subset x y〉表 示y是x的子集。e表示成员关系〈element x y〉表示y是x的成员。同 样关系也存在于岩石之间 。
为0.2)，(细菌-3革兰氏染色确为阴性)。
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(b) 事实之间的关系
把静态的知识划分为互不相关的孤立事实，显然可以简化知识的表示方法。
不过在许多实际情况下，知识本身是一个整体，很难分为独立的事实，事实之 间联系密切。在计算机内部需要通过某种途径建立起这种联系，以便于知识的 检索和利用。
● 树状结构