第八章 专家系统
专家系统概述
2 数据库
用来存放系统推理过程中用到的控制信息、中间假设和中 间结果
3 推理机
用于利用知识进行推理，求解专门问题，具有启发推理、 算法推理；正向、反向和双向推理；串行或并行推理等功能
4 解释器
用于作为专家系统与用户的“人-机”接口，功能是向用户 解释系统的行为，包括：咨询理解——对用户咨询的提问进行 “理解”，将用户输入的提问及有关事实、数据和条件转换为 推理机可以接收的信息结论解释：向用户输出推理的结论和答 案，可根据用户需要对推理过程进行理解，给出结论的可信度 估计
四 知识推理
推理，是依据一定规则从已有的事实推出结论的过程。专 家系统中的自动推理是知识推理，它是专家系统中问题求解的 主要手段，也是专家系统的灵魂。类似于专家求解问题的思维 规则。 根据知识表示的特点，知识推理方法可分为图搜索方法和 逻辑论证方法。 根据问题求解的推理过程是否运用启发性知识，可分为启 发推理和非启发推理。 根据推理过程的结论是否精确，可分为精确推理和不精确 推理。 根据问题求解过程中特殊和一般的关系，可分为演绎推理 和归纳推理 根据推理的方向，可分为正向推理、反向推理和正反混合 推理
专家系统概述
一、专家系统概述
专家系统是人工智能在信息系统中的应用，它是 一个智能计算机程序系统，其内部具有大量专家水平 的关于某个领域的知识和经验，能够利用人类专家的 知识和解决问题的方法来解决这个领域的知识。
专家系统的主要功能取决于大量的知识
设计专家系统的关键是知识的表达和运用 专家系统与一般计算机程序最本质的区别在于：专 家系统所解决的问题一般没有算法解，并且往往是要 在不完全、不精确或者不确定的信息基础上做出结论。
5 知识获取器
知识获取是专家系统和专家的“界面”，知识工程师采用
初中专家系统教学设计教案
初中专家系统教学设计教案一、教学目标：1. 知识与技能：使学生掌握专家系统的基本概念、构成要素和功能，能够运用专家系统进行问题求解。
2. 过程与方法：通过案例分析、小组讨论等方式，培养学生运用专家系统解决实际问题的能力。
3. 情感态度与价值观：激发学生对专家系统的兴趣，培养学生独立思考、合作探究的精神。
二、教学内容：1. 专家系统的概念：专家系统是一种模拟人类专家决策能力的计算机程序，它由知识库、推理机和用户界面三部分组成。
2. 专家系统的构成要素：知识库、推理机、用户界面、解释器、知识获取模块等。
3. 专家系统的功能：故障诊断、医疗诊断、金融预测、教育评估等。
4. 专家系统在现实生活中的应用：举例说明专家系统在各个领域的应用，如医疗、工业、农业等。
5. 如何设计一个专家系统：介绍专家系统的设计流程，包括需求分析、知识获取、知识表示、推理机制设计、系统实现等步骤。
三、教学过程：1. 导入新课：通过一个现实生活中的例子，如医疗诊断，引出专家系统的概念。
2. 讲解与演示：详细讲解专家系统的构成要素、功能及其在现实生活中的应用。
通过多媒体演示，使学生更直观地理解专家系统的工作原理。
3. 案例分析：提供几个典型的专家系统案例，让学生分析、讨论这些专家系统的特点、优缺点，从而培养学生运用专家系统解决实际问题的能力。
4. 小组讨论：将学生分成若干小组，每组选择一个案例，讨论如何改进这个专家系统，使之更符合实际需求。
5. 课堂小结：总结本节课所学内容，强调专家系统在现实生活中的重要作用。
6. 作业布置：让学生课后查找相关资料，了解我国在专家系统领域的研究现状，下一节课分享。
四、教学反思：本节课通过讲解、演示、案例分析、小组讨论等多种教学方法，使学生掌握了专家系统的基本概念、构成要素和功能。
在教学过程中，要注意关注学生的学习兴趣，引导学生主动参与课堂讨论，提高他们的独立思考和合作探究能力。
同时，要注重知识与实际应用的结合，让学生明白专家系统在现实生活中的重要作用。
第8章 专家系统
2.专家系统的知识表示和推理
2.1 知识表示
知识表示是一种用来在专家系统的知识库中对知识编码的 方法。
2.1.1 知识的类型
◆过程性知识。描述如何解决问题，提供如何做事的建议。
◆陈述性知识。描述问题的相关已知信息，包括断定为真或 假的简单语句和一组更完整地描述一些对象或概念的语句。 ◆启发式 知识。描述引导推理过程的规则。它是经验性的， 并且表示专家通过求解过去问题的经验编译知识。专家将获 取有关问题的基本知识，如基本法则、函数关系等，并且把 它编译成简单的启发信息，以辅助问题求解。 ◆结构知识。描述知识的结构。这类知识描述专家对此问题 的整体智力模型。
(2)从处理问题的方法看，专家系统则是靠知识和 推理来解决问题（不像传统软件系统使用固定的算法 来解决问题），所以，专家系统是基于知识的智能问 题求解系统。
(3)从系统的结构来看，专家系统则强调知识与推 理的分离，因而系统具有很好的灵活性和可扩充性。
(4)专家系统一般还具有解释功能，即在运行过程 中一方面能回答用户提出的问题，另一方面还能对最后 的输出（结论）或处理问题的过程作出解释。
◆例子 ：VAX计算机结构设计专家系统、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。
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 ：所要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，所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，并通过实验性动作得出可行规划 。
站进行被修设备的调整、测量与试验。在这方面的实 例还比较少见。
教学专家系统
◆任务：根据学生的特点、弱点和基础知识，以最适当的 教案和教学方法对学生进行教学和辅导。
专家系统
专家系统专家系统是基于人工智能技术开发的一种智能计算机系统，它能够模拟和复制人类专家在特定领域内的知识和经验，从而能够进行问题的分析、推理和解决。
本文将介绍一些关于专家系统的基本概念、分类以及其在不同领域中的应用。
首先，我们来了解一下专家系统的基本概念。
专家系统是一种模仿专家解决问题的计算机程序，它通过获取专家的知识和经验，建立相关的知识库和推理机制，从而能够自主地进行问题的分析和解决。
专家系统通常由三部分组成：知识库（knowledge base）、推理机（inference engine）和用户接口（user interface）。
知识库保存了专家的知识和经验，推理机利用这些知识和经验进行问题的推理和解决，而用户接口则提供了与用户交互的方式。
根据专家系统的分类方法，可以将其分为基于规则的专家系统（rule-based expert systems）和基于案例的专家系统（case-based expert systems）。
基于规则的专家系统通过使用一系列的规则来描述专家的知识和经验，然后使用这些规则进行问题的推理和解决。
而基于案例的专家系统则是根据专家的经验案例来进行问题的处理和解决。
这些案例包含了问题的描述和解决方法，系统可以通过比较新问题和已有案例的相似度，来找到最佳的解决方案。
在不同领域中，专家系统都有着广泛的应用。
在医学领域中，专家系统可以帮助医生诊断各种疾病和制定治疗方案。
通过分析患者的症状和病历，专家系统可以根据专家的知识和经验给出准确的诊断结果和治疗建议。
在工程领域中，专家系统可以用于辅助设计和优化工程方案。
通过分析工程问题的各种参数和限制条件，专家系统可以提供最佳的设计解决方案，从而提高工程效率和质量。
除了医学和工程领域，专家系统在金融、法律、环境保护等多个领域都有应用。
在金融领域中，专家系统可以用于股票交易和投资决策。
通过分析市场数据和专家的投资经验，专家系统可以帮助投资者进行投资决策，提高投资的成功率和收益率。
专家系统概述
– 系统自身具有学习能力，能从系统运行中总结 出新知识，使知识库越来越丰富，完善。
➢ 具有灵活性
– 知识库—推理机分离。
2.专家系统的基本特征
➢ 具有透明性
– 透明性：是指系统自身及其行为能被用户所理 解。
– 解释机构：向用户解释它的行为动机及得出某 些答案的推理过程。
➢ 常规程序是精确的；专家系统不精确、模糊的。 ➢ 专家系统具有解释机构； 常规程序没有。 ➢ 常规程序与专家系统具有不同的体系结构。
4. 专家系统的分类
• 按专家系统的特性及处理问题的类型分类。
(1)解释型：从所得到的有关数据，经过分析、推理， 从而给出相应解释的一类专家系统。
• 特点：必须能处理不完全，甚至受到干扰的信息， 并能对所得到的数据给出一致且正确的解释。
1. 什么是专家系统
• 它是一个智能程序系统； • 它具有相关领域内大量的专家知识； • 它能应用人工智能技术模拟人类专家求解问题的
思维水平。 • 专家系统是一种具有大量专门知识与经验的智能 程序系统，它能运用领域专家多年积累的经验和 专门知识，模拟领域专家的思维过程，解决该领 域中需要专家才能解决的复杂问题。
– 详细设计要求完成的工作
• 进行模块化设计 • 模块间的界面要清晰，便于通信 • 便于实现
8. 专家系统的开发过程
• 知识获取
– 与领域专家交谈，抽取所需知识，掌握专家处 理问题的方法、思路
– 查阅有关文献、获得有关概念的描述、参数 – 对获得的知识进行分析、比较、归纳、整理、
找出知识的内在联系、规律 – 对所得知识进行检查 – 对确定下来的知识用总体设计时确定的知识表
第8讲 专家系统
第8章 专家系统8.1 专家系统的概念8.1.1 什么是专家系统专家系统（Expert system)是一个智能计算 机软件系统。
人类专家的特点具有丰富的专业知识和实践经验。
具有独特的分析问题和解决问题的方法和策略。
专家系统应具备的要素应用于某专门领域 拥有专家级知识； 能模拟专家的思维； 能达到专家级水平。
8.1 专家系统的概念专家系统的特点专家系统善于解决不确定性的、非结构化的、没有算法解 或虽有算法解但实现困难的问题。
如：医疗诊断、地质勘 探、天气预报、管理决策等。
专家系统是基于知识的智能问题求解系统。
不同于常规程 序基于固定算法。
专家系统=知识+推理，常规程序=数据 结构+算法。
从系统结构看，专家系统的知识与推理是分离的，因而系 统具有很好的灵活性和可扩充性。
专家系统具有“自学习”能力，能不断地对自己的知识进行 总结、扩充和完善。
具有解释功能。
在运行过程中能回答用户的提问，并具有 透明性，能以用户所能理解的方式解释得到结论的推理过 程。
专家系统不像人类专家那样容易疲劳、遗忘和受环境影 响。
它的工作状态始终是稳定如一的。
而且能够突破人类 专家的时间和空间限制，永久保存，任意复制，在不同地 区和部门使用。
8.1 专家系统的概念专家系统的实用范围用专家系统来提高工作效率 人类专家的知识很快就要失传，必须通过专家系统 来收集、保存和应用 人类专家太少，必须建造专家系统来使专家们的知 识同时应用于不同的地点。
一些危险的工作环境需要专家系统来代替人类专 家。
8.1 专家系统的概念8.1.2 专家系统的类型1。
按用途分类解释型。
根据所得到的有关数据、经过分析、推理，从而 给出解释的一类专家系统。
诊断型。
根据输入信息推出相应对象存在的故障、找出产 生故障的原因并给出排除故障方案的一类专家系统。
如医 疗诊断、机器故障诊断、产品质量鉴定等专家系统。
预测型。
根据相关对象的过去及当前状况来推测未来情况 的一类专家系统。
人工智能课件之专家系统
8.4.1 PROSPECTOR的功能与结构 PROSPECTOR的研究目的是：勘探矿产资源，扩
大技术培训及集中多个专家的知识来解决给定的资源 问题。PROSPECTOR系统给地质勘探人员提供下列几 种帮助：
不确定性的、非结构化的、没有算法解或虽有算法解 但在现有的机器上无法实施的困难问题。
(2)从处理问题的方法看，专家系统则是靠知识和 推理来解决问题（不像传统软件系统使用固定的算法 来解决问题），所以，专家系统是基于知识的智能问 题求解系统。
第8章 专家系统
(3)从系统的结构来看，专家系统则强调知识与推 理的分离，因而系统具有很好的灵活性和可扩充性。
第8章 专家系统
推 理机
解释 模块
知识 库
动态 数据库
知识库管理系统 自学习模块
图8―2 专家系统的理想结构
第8章 专家系统
8.2.2 实际结构 上面介绍的专家系统结构，是专家系统的概念模
型，或者说是只强调知识和推理这一主要特征的专家 系统结构。但专家系统终究仍是一种计算机应用系统。 所以，它与其它应用系统一样是解决实际问题的。而 实际问题往往是错综复杂的，比如，可能需要多次推 理或多路推理或多层推理才能解决，而知识库也可能 是多块或多层的。
福大学的费根鲍姆教授于1965年开发的。 2.发展 与 DENDRAL 系 统 同 时 开 发 的 ， 还 有 数 学 专 家 系 统
MACSYMA。它是一个大型的人机交互式系统。 3.趋势 进入20世纪90年代，模糊技术、神经网络和面向对
象等新技术迅速崛起，为专家系统注入了新的活力。
第8章 专家系统
第8章 专家系统
6.按规模分类 按规模分类，可分为大型协同式专家系统和微专 家系统。 7.按结构分类 按结构分类可分为集中式和分布式，单机型和网 络型(即网上专家系统)。
第八章 基于模型的专家系统
• 因果顺序理论获取Ta2中的因果关系，其中 顺序意义表示数学从属性。但这个理论不会 获取Ta1中的因果关系。
⑤原始数据议程
系统可处理的时间标度集合指定推理关系 的原始推理议程。假设TS为这样的集合， Ec为当前实施的时间集合。当前时间标 度Tc以及相邻的时间标度T1和T2的一 般推理议程定义如下：
③因果时间标度 在表8.1中定义的13种因果时间标度可分为四 类，每一类具有特定建模原理的建模技术。 a)直接建模 描述使用数学微分方程的模型，这个模型直接 表示时间上的动态行为。 时间标度Ta3的预备条件就是完全满足的参数 集合，集合中每个参数具有满足所有田间约 束的值。 时间标度Ta2的预备条件为本质上同时满足方 程的集合。
• 所谓的Agent，在信息技术尤其是人工智能和计算机 领域，可以看作是能够通过传感器感知其环境，并 借助于执行器作用于该环境的任何事物。例如对于 人Agent，其传感器为眼睛耳朵和其他感官，其执行 器为手、腿、嘴和身体的其他部分。对于软件Agent， 则同过编码位的字符串进行感知和作用。 • 分布式人工智能的研究，其研究目标是要建立一个 由多个子系统构成的协作系统，各子系统间协同工 作对特定问题进行求解．分布式人工智能系统中的 分布性不仅指知识的垂直和水平划分，还包括知识 的复制和传播。对知识的划分和组织的原因在于有 限合理性原则，即任何主体单个地处理能力是有限 的，不可能同时处理问题的所有因素，因此对问题 进行分解和划分是开发问题求解体系结构中较快捷 的方法。
（4）实体论工程
在专家系统的领域，研究者都期望实体论 的概念在实现知识共享和重用方面起到 重要的作用。 实体论 哲学领域含义为存在论。在人工 智能领域，其定义为 概念化的清楚规范。 对知识库来说，实体论定义为用来创建 人工系统的原始词表/概念的理论/系统。 对于不同层次，实体论可以用于以下几个 主要方面：
第八章 专家系统
8.1 专家系统概述
8.1.1 专家系统的产生与发展 1976年，专家系统MYCIN由Stanford的E.H.Shortliffe开发成功: 设计目的：为细菌感染疾病提供抗菌剂治疗建议 首次使用：知识库 推理方式：不确定性的表示和处理，采用了可信度的方法。 1976 年， Stanford 大学的 R.O.Duda 等人研制成功一个探矿专家系 统 ROSPECTOR 矿床模型按计算机能解释的形式编码 利用这些模型进行推理 达到勘探评价、区域资源估值、钻井井位选择的目的
带有点模糊性的领域问题
(3)领域专家的经验是否易于获得
8.4 专家系统的设计与建造
8.4.1 开发专家系统的基本要求 2、建造专家系统可行性 可行性问题包括经济可行性、技术可行性、操作可行性等。 (1)经济和技术可行性：主要考虑所要付出的代价是否值得，所需技 术是否完备。 以下几种情况是不合适的： ①问题求解需要很大的物质或金钱代价； ②人类专家的知识被遗忘或在知识传递中被损失； ③领域专家的知识或经验非常少； ④在许多情况下必须人类专家亲临现场解决。
8.1 专家系统概述
8.1.1 专家系统的产生与发展 3. 中国的情况 我国专家系统的研发起步于 20世纪80年代，开发成功了许多具有 实用价值的应用型专家系统。
8.1 专家系统概述
8.1.1 专家系统的产生与发展
4. 需要进一步研究并加以解决的问题
知识的自动获取方法 深层知识的表示和利用方法 分布式知识的处理方法 知识的完备性
8.3 知识获取
8.3.1 知识获取的任务
2、知识的表示 将知识转换为计算机能够识别或运用的形式。 先由知识工程师对知识源中的知识进行分析和抽样 用适当的知识表示形式表示出来 再通过编译程序翻译成计算机可识别或应用的内部编码。 3、知识的输入 以某种表示形式表示的知识经过编辑、编译送入知识 库的过程。 4、知识的检测 知识检测的主要任务是保证知识库的一致性和完整性。
人工智能习题作业专家系统I习题答案
第八章 专家系统课后习题及答案一、选择题：1. 专家系统是一个___________ 。
（ A ）(A)智能计算机程序系统(B)专家(C)知识(D)经验2. 专家系统是一种模拟____________解决领域问题的计算机程序系统。
（ B ）(A)学生(B)人类专家(C)动物(D)猴子3. R1(XCOM)属于_____________专家系统。
（ C ）(A)教学 (B)规划 (C)设计 (D)解释4. MACSYMA属于_______________专家系统。
（ A ）(A)教学 (B)诊断 (C)预测 (D)解释5. 专家系统的特点有______________。
（ ABC ）(A)启发性 (B)透明性 (C)预测性 (D)灵活性6. 在理想专家系统中，用于人与系统进行信息交流的媒介是______。
（ D ）(A)知识库 (B)调度器 (C)黑板 (D)接口7. 在理想专家系统中，用于记录系统推理过程中用到的控制信息、中间假设和中间结果的数据库是________。
（ C ）(A)知识库 (B)调度器 (C)黑板 (D)接口8. 在理想专家系统中，用于存储某领域专家系统的专门知识的模块是________。
（ A ）(A)知识库 (B)调度器 (C)黑板 (D)接口9. 被誉为“专家系统和知识工程之父”的专家是______。
（ C ）(A)Winner (B)Turing (C)Feigenbaum (D)Simon10. ___________的设计是建立专家系统最重要和最艰巨的任务。
（ A ）(A)知识库 (B)推理机 (C)解释器 (D)接口11. ART属于哪一类型的专家系统开发工具？ （ D ）(A)骨架型工具 (B)语言型工具(C)构造辅助工具 (D)支撑环境12. 接口是人与系统进行信息交流的媒介，它为用户提供了直观方便的( )作用手段。
（ B ）A.通信B.交互C.控制D.计算13. 调度器按照系统建造者所给的控制知识（通常使用优先权方法），从( )中选择一个项作为系统下一步要执行的动作。
工智能及专家系统敖志刚第8章专家系统的原理与设计-文档资料
第8章 专家系统的原理与设计
敖志刚 编制
第8章 专家系统的原理与设计
第8章 专家系统的原理与设计
敖志刚 编制
第8章 专家系统的原理与设计
第8章 专家系统的原理与设计
• • • • • • • • • 8．1 专家系统的基本知识 8．1．1 何谓专家系统 8．1．2 专家系统的特点 8．1．3 专家系统的分类 8．1．4 新一代专家系统 8．1．5 专家系统的主要研究课题 8．2 专家系统的设计 8．2．1 开发专家系统的需求分析 8．2．2 知识获取
第8章 专家系统的原理与设计
8．1
专家系统的基本知识 1. 何谓专家
是专门家，是具有解决某一专门领域 问题的行家里手，具有超凡的能力、素 质和水平。这是因为专家逐步积累了丰 富的专业知识和实践经验，具有独特的 思维方式，独特的分析问题、解决问题、 避开失误的方法、策略和诀窍，能从许 多不相关的信息中发现本质。
第8章 专家系统的原理与设计
第8章 专家系统的原理与设计
• • • • • • • • 8．2．3 专家系统构造者间的关系 8．2．4 专家系统的设计结构 8．2．5 专家系统的开发阶段与过程 8．2．6 专家系统的设计要素 8．3 专家系统的评价 8．3．1 评价方法 8．3．2 专家系统的技术评价 8．3．3 专家系统的性能评价
第8章 专家系统的原理与设计
9. 新一代专家系统
三、协同式ES 协同式ES也即群ES。它能综合若干个相近领域或一个 领域的多个方面的分ES相互协作，共同解决一个更广领域 的问题。 协同式ES和分布式ES有一定的共性，它们都涉及到多个 分ES。但分布式强调的是处理的分布和知识的分布，它要 求系统必须在多个处理机上运行；而协调式强调的是分系 统之间的协同合作，各分ES也可以在同一个处理机上运行。 设计协同式ES，一般需要解决以下问题： • ⑴ 任务的分解。 • ⑵ 公共知识的导出。 • ⑶ 讨论方式。 • ⑷ 裁决问题。 • ⑸ 驱动方式。
专家系统概念
专家系统概念专家系统是一种基于人工智能的计算机系统，旨在模拟和扩展人类专家的知识和推理能力，以解决特定领域内的问题。
本文将详细介绍专家系统的概念、应用领域以及它们在现实世界中的作用。
一、概念专家系统是一种能够模拟和解决复杂问题的计算机程序。
它利用专家的知识和经验，通过逻辑推理和问题求解技术，为用户提供准确且高效的解决方案。
专家系统基于某个领域的专门知识，并将这些知识与问题求解技术相结合，以解决通常需要人类专家参与的复杂问题。
专家系统的核心组成部分包括知识库、推理引擎和用户界面。
知识库是专家系统中存储和组织专家知识的地方，通常使用规则库、事实库或图谱等形式。
推理引擎是专家系统中的核心模块，负责根据用户提供的问题，查询知识库中的知识，并使用推理机制进行推理和推断，最终生成问题的解答。
用户界面则是用户与专家系统进行交互的窗口，可以是命令行界面、图形界面或者自然语言交互界面等。
二、应用领域专家系统广泛应用于各个领域，其中包括医疗、工业、金融、农业、教育等。
下面将以医疗领域为例，介绍专家系统在不同领域中的应用。
在医疗领域，专家系统被用于辅助诊断和治疗决策。
医疗专家系统通过解析患者病情和症状信息，与存储在知识库中的医学知识进行匹配和推理，最终给出诊断结果和治疗建议。
专家系统可以帮助医生准确诊断疾病、提高诊断效率，同时还可以提供疾病患者的个性化治疗方案。
在工业领域，专家系统被广泛应用于故障诊断和生产优化。
工业专家系统可以帮助工程师快速分析和识别设备故障，提供相应的解决方案，从而缩短停机时间，减少生产成本。
另外，专家系统还可以对生产过程进行数据分析和优化，提高产品质量和生产效率。
在金融领域，专家系统可以用于风险评估和投资决策。
金融专家系统基于历史数据和专家投资经验，通过模型建立和数据分析，为投资者提供有针对性的风险评估和投资建议。
这些系统可以帮助投资者理性决策、降低投资风险，并提高投资收益。
在农业领域，专家系统可以用于农作物病害诊断和农业管理。
人工智能课件8之专家系统
人 机 界面
第8章 专家系统
推理机
解释模块
知识库
动态数据库
知识库管理系统
图8―1 专家系统的概念结构
第8章 专家系统
2.推理机（Inferense Engine） 所谓推理机，就是实现（机器）推理的程序。这 里的推理，是一个广义的概念，它既包括通常的逻辑 推理，也包括基于产生式的操作。例如：
第8章 专家系统
6.知识库管理系统 知识库管理系统是知识库的支撑软件。知识库管 理系统对知识库的作用，类似于数据库管理系统对数 据库的作用，其功能包括知识库的建立、删除、重组； 知识的获取 （主要指录入和编辑）、维护、查询、更 新；以及对知识的检查，包括一致性、冗余性和完整 性检查等等。
人机界面
第8章 专家系统
8.1.3 专家系统的类型 关于专家系统的分类，目前还无定论。我们仅从几
个不同的侧面对此进行讨论。 1.按用途分类 按用途分类，专家系统可分为：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。
2.按输出结果分类 按输出结果分类，专家系统可分为分析型和设计型。
第8章 专家系统
8.1.6 专家系统与人工智能 ; 专家系统是智能计算机系统。从学科范畴讲，专
家系统属人工智能的一个分支，而且是应用性最强、 应用范围最广的一个重要分支。所以，现在“专家系 统”这一名词既是系统名称又是一个学科名称。专家 系统已是当前计算机应用的一个热门研究方向。
第8章 专家系统
第8章 专家系统
特别是一般知识库系统的建立，更加促进了这些 技术的发展。所以，现在关于知识处理的技术和方法 已形成一个称为“知识工程”（KnowledgeEngineering） 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，知识工程又是为专家系统服务的。正是 由于这二者的密切关系，所以，现在的“专家系统” 与“知识工程”几乎已成为同义语。
人工智能课件8之专家系统
7.1 专家系统的概念
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： (1)所要规划的目标可能是动态的或静态的,因而需要对未来动作 做出预测。 (2)所涉及的问题可能很复杂,因而要求系统能抓住重点,处理好 各子目标之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。 规划专家系统可用于机器人规划、交通运输调度、工程 项目论证、通信与军事指挥以及农作物施肥方案规划等。
24
7.1 专家系统的概念
(2)分布式专家系统
把知识库或推理机制分布在计算机网络上的专家 系统。 特点：
系统中的数据、知识及控制不但在逻辑上， 而且在物理上都是分布的；
系统中的各机构通过计算机网络实现互连， 这些机构之间相互协作，可以求解单个机 构难以解决，甚至不能解决的问题。
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7.1 专家系统的概念
4.设计专家系统(expert system for design) 设计专家系统的任务是根据设计要求,求出满足设计问题 约束的目标配置。设计专家系统具有如下特点： (1)善于从多方面的约束中得到符合要求的设计结果。
(2)系统需要检索较大的可能解空间。
(3)善于分析各种子问题,并处理好子间题之间的相互作用。 (4)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。 (5)能够使用已被证明是正确的设计来解释当前新的设计。
4、具有灵活性
知识库—推理机分离。
7
7.1 专家系统的概念
5、具有透明性
透明性：是指系统自身及其行为能被用户所理解。 解释机构：向用户解释它的行为动机及得出某些 答案的推理过程。
第8章专家系统
第8章 专家系统
专家系统
8.1 专家系统的概念 8.2 专家系统的结构 8.3 专家系统的应用与发展概况 8.4 专家系统实例 8.5 专家系统设计与实现 8.6 专家系统开发工具与环境 8.7 新一代专家系统研究
第8章 专家系统
8.1 专家系统的概念
8.1.1 什么是专家系统(Expert System) •1965年第一个专家系统DENDRAL问世; • 20世纪80年代中期以后，随着知识工程技术日渐成熟， 各种各样的实用专家系统不断涌现。 • 什么是专家系统？
第8章 专家系统
8.1.2 专家系统的特点 专家系统具有下列特点：
(1)处理问题的性质：善于解决不确定、非结构化、没有算法解 或虽有算法解但在现有机器上无法实施的困难问题。
(2)处理问题方法：靠知识和推理来解决问题（传统软件使用固 定算法求解）——基于知识的智能问题求解系统。
(3)系统结构：强调知识与推理的分离，系统具有很好的灵活性 和可扩充性。
专家系统应该具备以下四个要素： (1) 应用于某专门领域； (2) 拥有专家级知识； (3) 能模拟专家的思维； (4) 能达到专家级水平。
所以，专家系统就应该是： 应用于某一专门领域，拥有该领域相当数量的专家级知识，能模拟专
家的思维，能达到专家级水平，能像专家一样解决困难和复杂的实际问题 的计算机(软件)系统。
家系统属人工智能的一个分支，而且是应用性最强、 应用范围最广的一个重要分支。所以，现在“专家系 统”这一名词既是系统名称又是一个学科名称。专家 系统已是当前计算机应用的一个热门研究方向。
第8章 专家系统
8.2 专家系统的结构
专家系统是一种计算机应用系统。由于应用领域和实际 问题的多样性，所以，专家系统的结构也就多种多样。但抽 象地看，它们还是具有许多共同之处。
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人工智能原理与应用
第八章 专家系统
8.1 专家系统概述
8.1.4 专家系统的一般特点 在总体上，专家系统还具有以下一些共同特点： （1）启发性 （2）透明性 （3）灵活性 （4）交互性 （5）推理有效性 （6）复杂性 （7）实用性 （8）知识的专门性 （9）易推广
人工智能原理与应用
第八章 专家系统
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第八章 专家系统
8.1 专家系统概述
8.1.3 专家系统的种类
（9)教学型：是一类可根据学生学习的特点，制定适当的教学计划 和教学方法，以对学生进行教学和辅导的专家系统。 (10)修理型：对发生故障的系统或设备进行处理，使其恢复正常 工作的一类专家系统。 除了以上这10种类型的专家系统外，决策型和管理型的专家系 统也是近年来颇受人们重视的两类专家系统。
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第八章 专家系统
8.3 知识获取
8.3.1 知识获取的任务
2、知识的表示 将知识源中以自然语言、图形、表格等形式表示的知识转换为计算机能 够识别或运用的形式。这种转换通常先由知识工程师对知识源中的知识进行 分析和抽样，并用适当的知识表示形式表示出来，然后再把这种知识表示形 式通过某种编译程序翻译成计算机可直接识别或应用的内部编码。 3、知识的输入 知识输入就是要把从知识源获取的、以某种表示形式表示的知识经过在 计算机上编辑、编译送入知识库的过程。 4、知识的检测 知识检测的主要任务是保证知识库的一致性和完整性。
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8.1 专家系统概述
8.1.3 专家系统的种类
对专家系统的类型划分可以有多种不同的方法。不同的分类方法 所得到的分类结果也不同。 1. 按专家系统特性和处理问题的类型分类 海叶斯—罗斯（F.Heyes-Roth)等人按照专家系统的特性及处理问 题的类型，将专家系统分为以下10种类型。 （1）解释型：通过对已知信息和数据进行分析和推理，从而确定 它们的含义，给出相应解释的一类专家系统。 （2）诊断型：根据输入系统的有关被诊断对象的信息，来推断出 相应对象存在的故障和产生故障的原因，并进一步给出排除故障方法 的一类专家系统。
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8.1 专家系统概述
8.1.3 专家系统的种类
2、按系统的体系结构分类 (1)集中式专家系统 这是一类对知识及推理进行集中管理的专家系统。对于这类专家系统，又可根据 系统知识库与推理机构的组织方式，细分为层次式结构、深-浅双层结构、多层聚焦结 构及黑板结构等专家系统。 层次式结构专家系统是指其推理机构为多层机制，推理方式采用逐层推理的专家 系统。 深—浅双层结构专家系统是指系统的知识库由两个子知识库构成，其中一个称为 深层知识库，用于存放问题领域内的原理性知识，另一个称为浅层知识库，用于存放 领域专家的经验知识。 多层聚焦结构专家系统是指知识库中的知识按动态分层组织的形式进行管理。 黑板结构类型的专家系统一般用于求解比较复杂的问题，通常具有多个知识库和 多个推理机。
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8.2 专家系统的基本结构
中自动获取知识，并把得到的知识送入知识库中，并确保知识的一致性 及完整性。 8.2.4 推理机 推理机是专家系统在解决问题时的思维推理核心，它是一组程序， 用以模拟领域专家思维过程，以使整个专家系统能够以逻辑方式进行问 题求解。 8.2.5 解释器 解释器是人与机接口相连的部件，它负责对专家系统的行为进行解 释，并通过人机接口界面提供给用户。 8.2.6 人—机接口 人－机接口是专家系统的另一个关键组成部分，它是专家系统与外 界进行通讯与交互的桥梁，由一组程序与相应的硬件组成。
8.3.2 知识获取主要途径 2、半自动化知识获取 半自动知识获取是指在人工知识获取的基础上增加了部分机器学习 功能，使专家系统本身能够从大量的实例中归纳出某些知识。由于 它不是纯粹的人工知识获取，又不是完全的机器自动知识获取，因 而称作半自动和知识获取。以下的一些方法属于半自动化获取方法。 （1）智能知识编辑 这是一个通过建立智能知识编辑器来实现知识获取的方法。智能知 识编辑器是一种类似于数据库编辑器的软件，它可实现对知识库的 结构和内容进行修改，是目前建造专家系统时常用的一种工具。
8.2 专家系统的基本结构
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8.2 专家系统的基本结构
8.2.1 数据库及其管理系统 数据库又称综合数据库，用来存储有关领域问题的初始事实、问题 描述以及系统推理过程中得到的种种中间状态或结果等，系统的目标结 果也存于其中。 8.2.2 知识库及其管理系统 知识库是专家系统的知识存储器，用来存放被求解问题的相关领域 内的原理性知识或一些相关的事实以及专家的经验性知识。原理性或事 实性知识是一种广泛公认的知识，即书本知识和常识，而专家的经验知 识则是长期的实践结晶。 8.2.3 知识获取机构 知识获取机构是专家系统中的一个重要部分,它负责系统的知识获取， 由一组程序组成。其基本任务是从知识工程师那里获得知识或人训练数 据
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8.3 知识获取
8.3.2 知识获取主要途径 按照知识获取所使用的手段，可分为人工获取、半自动化获取和 自动化获取三种。 1、人工知识获取 是一种通过知识工程师对知识源中的数据进行分析处理，以获取 知识的一种途径。知识工程师首先从领域专家那里了解他们解决问题 的方法，阅读有关文献，初步获取专家系统所需要的原始知识；然后， 再对所获得的原始知识进行分析、归纳、整理、总结，将每一条知识 用自然语言的形式表达出来，并交由领域专家审查。经反复交流，最 后把所总结的每条知识确定下来，再将每条知识用适当的知识表示方 法表示出来，应用知识编辑器输入计算机。
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8.1.3 专家系统的种类
(2) 分布式专家系统 分布式专家系统是指将知识库或/和推理机分布在一个计算机网 络上的一类专家系统。主要特点是，系统中的知识库及推理机在逻 辑上和物理上都采用一种分布结构，其各机构间通过计算机网络实 现互连，并在求解问题的过程中，相互通信、相互协作。 (3) 神经网络专家系统 采用人工神经网络技术进行建造，以神经网络为体系结构实现 知识表示和求解推理。这种类型的专家系统目前尚处于研究阶段。 (4) 符号系统与神经网络相结合的专家系统 将神经网络与符号处理系统有机结合起来就用于专家系统的知 识表示与推理求解。
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8.1.1 专家系统的产生与发展 1.产生与发展过程 1968年世界上的第一个专家系统DENDRAL在美国的斯坦福大 学研发成功。DENDRAL是世界上第一例成功的专家系统，它的出 现标志着人工智能的一个新领域——专家系统的诞生。 20世纪60年代末，美国麻省理工学院开始研究用于解决复杂微 积分运算和数学推导的专家系统MACSYMA。卡内基—梅隆大学在 同一时期也开发了一个用于语音识别的专家系统HEARSAY，并相 继研发成功HEARSAY—II和HEARSAY—III。 1974年，匹兹堡大学研制成功内科病诊断咨询系统INTERNIST， 并在以后对其不断完善，使之发展成专家系统CADUCEUS。
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8.3 知识获取
8.3.1 知识获取的任务 利用某种手段从知识源中获取专家系统实现问题求解所需的专门 知识，并以某种形式在计算机中存储，满足领域问题求解的需求。一 般包括知识抽取、表示、输入和检测等几项工作。 1、知识抽取 知识抽取是指把蕴含于多个知识源中的知识经过分析、识别、理 解、遴选、归纳等处理后抽取出来，以便用于知识库的建立。知识源 是指专家系统知识的来源，包括领域专家、技术报告、课本教材、相 关论文、实例研究、经验数据及系统本身的运行实践等。
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8.3 知识获取
8.3.2 知识获取主要途径 在从领域专家那里获取知识时一般采用如下的技术步骤： （1）现场观察 （2）问题讨论 （3）问题描述 （4）问题分析 （5）建造原型系统 （6）系统检查 （7）系统验证
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8.1.1 专家系统的产生与发展
2. 专家系统的成就 由数字设备公司（DEC）和卡内基—梅隆大学合作研发的专家系统 XCON，是一个用于为VAX计算机系统制定硬件配置方案的商用系统，创 造了巨大的经济效益。 ACE是由贝尔实验室于80年代初开发的一个用于设备错误诊断的专 家系统，用于定位和识别在电话网络中的故障点。 DELTA则是由通用电气公司在80年代中期开发的错误诊断系统，以 帮助维修人员发现在柴油发电机中的故障。 3. 中国的情况 我国专家系统的研发起步于20世纪80年代，开发成功了许多具有 实用价值的应用型专家系统。
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第八章 专家系统
教材简介:
名
作
称:人工智能原理与应用
者:张仰森
出版社:高等教育出版社 章 节:共十章
主讲教师:
宗春梅
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第八章 专家系统
专家系统是人工智能应用研究的一个重要分支。自20 世纪60年代末，费根鲍姆等人研制成功第一个专家系统 DENDRAL以来,专家系统已被成功地运用到工业、农业、地质 矿产业、科学技术、医疗、教育、军事等众多领域，并已产 生了巨大的社会效益和经济效益。它实现了人工智能从理论 研究走向实际应用，从一般思维方法探讨转入专门知识运用 的重大突破。成为人工智能应用研究中最活跃、也最有成效 的一个重要领域。
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8.1 专家系统概述
8.1.1 专家系统的产生与发展 1976年，专家系统MYCIN由美国斯坦福大学的E.H.Shortliffe开发成 功，其主要设计目的是为细菌感染疾病提供抗菌剂治疗建议。MYCIN 还首次使用了目前专家系统中常用的知识库的概念，并在不确定性的 表示和处理中采用了可信度的方法。 1976 年 ， 美 国 斯 坦 福 大 学 国 际 研 究 所 人 工 智 能 研 究 中 心 的 R.O.Duda等人研制成功一个探矿专家系统ROSPECTOR，该系统把矿 床模型按计算机能解释的形式编码，随后利用这些模型进行推理，达 到勘探评价、区域资源估值、钻井井位选择的目的。 进入20世纪80年代以后，专家系统的研发开始趋于商品化。