专家系统与知识工程

专家系统与知识工程

由于专家系统是基于知识的系统，那么，建造专家系统就涉及到知识的获取（即从人类专家那里或从实际问题那里搜集，整理，归纳专家级知识）,知识表示（即以某种结构形式表达所获取的知识，并将其存储于计算机之中），知识的组织与管理（即知识库简历与维护等）和知识的运用（即使用知识进行推理）等一系列关于只是处理的技术和方法。特别是基于领域知识的各种知识库系统的建立，更加促进了这些技术的发展。所以，关于知识处理的技术和方法已形成一个称为“知识工程”的学科领域。这就是说专家系统促使了知识工程的诞生和发展，知识工程又为专家系统提供服务。正是由于它们之间的密切关系，现在的专家系统与知识工程几乎已成为同义词。

以知识为处理对象知识工程,作为一门应用学科,已成为人们研究的一个热门课题. 知识工程的诞生赋予了专家系统以新

的活力,并将专家系统进一步推向应用;专家系统又为知识工程

的发展提供了理论基础. 因此,本文就专家系统与知识工程作初步探讨,并综述如下:

1知识工程的兴起是专家系统发展的产物

在开发专家系统过程中,许多研究者已形成这样的共识:专家系

统是个知识处理系统,而知识表示、知识利用和知识获取则成了专家系统的三个基本问题. 专家系统应该具备这些特点:处理的“信息”是“知识”,而不是“数据”;传送的“信息”是知识,

而不是字符串;“信息”的处理是对问题的求解和推理,而不是按既定进程进行计算;“信息”的管理是知识的获取和利用,而不是数据收集、积累和检索等。1968 年美国斯坦福大学计算机科学家费根鲍姆教授领导的研究小组研制的第一个专家系统——化学专家系统获得成功,打破了专家系统领域的沉闷空气,使一度处于低谷的专家系统研究重新获得了生机. 一方面使专家系统找到了应用,另一方面专家系统得以新生. 随后在世界范围兴起了一个研究各种领域专家系统的热潮,使得关于知识处理的研究受到越来越多学者们的重视. 1977 年费根鲍姆教授在第五届国际专家系统会议上提出“知识工程”的新概念. 他认为,知识工程是用专家系统的原理和方法,为那些需要专家知识才能解决的应用难题提供求解的手段. 因此,恰当运用知识的获取、表达和推理技术构成与解释知识系统,是设计基于知识系统的重要技术问题. 通过研究者的努力,70 年代后期,知识工程,专家系统开始广泛应用,出现了一些专家系统开发工具;80 年代出现了多学科综合型专家系统即知识型系统. 特别是日本第五代计算机计划的提出和专家系统的研究日益取得广泛的应用. 知识工程像一颗璀璨的明珠,也日益闪耀光芒. 因此说知识工程是专家系统发展的产物.

2 知识工程是专家系统的一个重要分支

前面讨论了知识工程是专家系统发展的产物,现在进一步讨论知识工程是专家系统的重要分支的问题. 什么是知识工程?人们普

遍认为,知识工程是以知识为处理对象,借用工程化的思想,对如

何用专家系统的原理、方法、技术为设计、构造和维护知识型系统的一门学科,是专家系统的一个应用分支. 知识工程的目的是

在研究知识的基础上,开发智能系统. 因此,知识的获取、知识的表示、知识的运用便构成知识工

程的三大要素. 知识工程的核心则是专家系统.从知识工程的研

究内容看,知识工程的研究内容主要包括:基础理论研究、实用技术的开发、知识型系统工具研究和智能机等相关课题的研究. 其中基础理论研究基本理论方法,包括:知识的本质、知识的表示、推理、获取和学习方法等;实用技术主要研究解决建立知识系统

过程中遇到的问题,包括:实用知识表示方法、实用知识获取技术、实用知识推理方法、知识库结构系统、知识系统体系结构、知识库管理技术、知识型系统的调试与评估技术、实用解释技术、实用接口技术等;建立知识型系统工具主要是为了给系统的开发提

供良好的环境工具,以提高系统研制的质量和缩短系统研制周期等.从知识工程系统特点看,知识工程系统能解决专家水平的问题;系统能快速的进行假设和搜索解答;系统能做出具有专家水

平的解答;系统具有大量的基础知识和通用的问题求解能力;系

统应能选择问题的恰当的表示方式;其中的知识型系统是一个符

号系统;系统具有自动推理的能力;能从结构步骤分析、解决、推理问题等,这些都表现出具有专家系统及其系统的特点. 因此,

可以说知识工程是专家系统的一个重要应用分支.

3 知识工程的发展进一步将专家系统推向更广泛的应用领域传统专家系统不能进入实用的主要原因:一是专家系统中的知识库中只含有少量的规则和事实;二是专家系统的效率极低. 知识工程的研究使专家系统的研究从理论转向更深入的应用,从基于推理的模型转向基于知识的模型,包括了整个知识信息处理的研究. 知识工程的核心是专家系统,知识工程的发展首先决定于专家系统的发展,专家系统的发展必将推动专家系统的应用. 专家系统的开发有三个基本的要素:领域专家、知识工程

师、大量实例. 在建立专家系统时,首先由知识工程师把各领域专家的专门知识总结出来,以适当的形式存入计算机,建立起知识库( KB) ,根据这些专门知识,系统可以进行推理,做出判断和决策,能够解决一些只有人类专家才能解决的困难问题,专家系统主要是指软件系统.到目前为止,专家系统的发展主要经历了三代:以化学专家系统、数学专家系统为代表的第一代专家系统,其特点是:专业性较强,整个系统结构、知识和推理依赖较强,没有把知识库和推理机制分开,难以修改、扩充和移植;以医疗诊断专家系统,地质探矿专家系统,数学发现专家系统等为代表的第二代专家系统,其特点是:知识库和推理机分开,系统的模块化和结构化程度较高,具有咨询解释机制,能够进行非精确推理,采用专家系统语言系统进行编辑; 以多学科综合型专家系统,骨架型专家系统等为代表的第三代专家系统,其特点是:强调知识库管理系统建立,倾向于大规模和综合性,重视专家系统开发工具和

环境的开发,而不是仅仅开发某个专用的专家系统. 特别是近十年来,知识工程的开发广泛应用于社会各个领域,大大提高了工

作效率和工作质量;并已产生巨大的社会效益和经济效益. 据报导,全世界的知识工程的产值每年以超过20 %的增长速度在发展,足见其生命力之旺盛. 因此知识工程的发展推进了专家系统的

应用层次,使专家系统的理论走向更深入、广泛的领域.

综上所述,知识工程与专家系统有着密切的关系. 专家系统的突破,不仅使专家系统的发展得到了转机,而且开辟了通向知

识工程的道路. 一方面随着专家系统技术的不断发展,知识工程正在形成一门新兴的边缘学科,人类正在从数据处理走向知识处理;另一方面,知识工程的发展进一步丰富了专家系统的研究内容,为专家系统找到了更广泛的应用领域.目前,许多国家都把专家系统、知识工程的研究、开发和应用列入发展战略的议事日程,成为本国高科技发展规划的重要组成部分. 现在人们正从如下方面进行研究: (1) 基本理论方法研究; (2) 系统开发及商品化研究; (3) 系统工具的研究. 相信,随着这些理论的日趋成熟、知识工程系统的进一步商品化. 可以预见,今后以知识处理为核心的知识信息处理系统将得到广泛应用,智能计算机系统将成为社会交流、决策、规划和信息处得的主要工具. 下一世纪必将是“知识处理的年代”、“知识工程的年代”、“智能计算机系统的年代”