第六章专家系统
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第六章专家系统
制等控制专家系统的研究。
8. 调试专家系统 (expert system for debugging)
• 任务 对失灵的对象给出处理意见和方法 • 特点 同时具有规划、设计、预报和诊断等专
家系统的功能 • 例子 新产品或新系统调试，被修设备调整。
在这方面的实例还比较少见
9. 教学专家系统 (expert system for instruction)
一般应用程序
专家系统
把其应用领域的问题 把问题求解的知识 求解知识单独组成一 隐含地编入程序。 个实体。即为知识库。 把知识组织为两级： 将知识组织成三级； 数据级和程序级。 数据、知识库和控制。
专家系统的主要组成部分
• 知识库（Knowledge Base） • 综合数据库（Global Database） • 推理机（Reasoning Machine） • 解释器（Explanator） • 人机接口（Interface）
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
1.解释专家系统 (expert system for interpretation)
• 任务 通过对已知信息与数据的分析与解释，确定它们的涵义； • 特点
• 特点 – 能够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 – 能够区分一种现象及其所掩盖的另一种现象 – 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
• 例子 有医疗诊断，电子机械和软件故障诊断等 抗生素治疗MYCIN、肝功能检验PUFF、青光眼治疗的
8. 调试专家系统 (expert system for debugging)
• 任务 对失灵的对象给出处理意见和方法 • 特点 同时具有规划、设计、预报和诊断等专
家系统的功能 • 例子 新产品或新系统调试，被修设备调整。
在这方面的实例还比较少见
9. 教学专家系统 (expert system for instruction)
一般应用程序
专家系统
把其应用领域的问题 把问题求解的知识 求解知识单独组成一 隐含地编入程序。 个实体。即为知识库。 把知识组织为两级： 将知识组织成三级； 数据级和程序级。 数据、知识库和控制。
专家系统的主要组成部分
• 知识库（Knowledge Base） • 综合数据库（Global Database） • 推理机（Reasoning Machine） • 解释器（Explanator） • 人机接口（Interface）
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
1.解释专家系统 (expert system for interpretation)
• 任务 通过对已知信息与数据的分析与解释，确定它们的涵义； • 特点
• 特点 – 能够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 – 能够区分一种现象及其所掩盖的另一种现象 – 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
• 例子 有医疗诊断，电子机械和软件故障诊断等 抗生素治疗MYCIN、肝功能检验PUFF、青光眼治疗的
09第六章 专家系统
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设计专家系统
• 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。比较有影响的专家设计系统有 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 家系统以及齿轮加工工艺设计专家系统 等。
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专家系统的主要组成部分
• (2) 综合数据库(global database) 综合数据库又称全局数据库或总数据库，它用 于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。 3) 推理机(reasoning machine) 推理机用于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。推理机能够根据知识进行推理和导出结论， 而不是简单地搜索现成的答案
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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。也就是说，控制专 家系统具有解释、预报、诊断、规划和执行等 多种功能。
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控制专家系统
空中交通管制、商业管理、自主机器人控制、作 战管理、生产过程控制和生产质量控制等都是控 制专家系统的潜在应用方面。例如，已经对海、 陆、空自主车、生产线调度和产品质量控制等课 题进行控制专家系统的研究。
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诊断专家系统例子
• 诊断专家系统的例子特别多，有医疗诊断，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、内科疾病诊断的 INTERNIST-I和血清蛋白诊断等医疗诊断专家系 统，IBM公司的计算机故障诊断系统DART/DASD， 火电厂锅炉给水系统故障检测与诊断系统、雷 达故障诊断系统和太空站热力控制系统的故障 检测与诊断系统等、都是国内外颇有名气的实 例
设计专家系统
• 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。比较有影响的专家设计系统有 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 家系统以及齿轮加工工艺设计专家系统 等。
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专家系统的主要组成部分
• (2) 综合数据库(global database) 综合数据库又称全局数据库或总数据库，它用 于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。 3) 推理机(reasoning machine) 推理机用于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。推理机能够根据知识进行推理和导出结论， 而不是简单地搜索现成的答案
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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。也就是说，控制专 家系统具有解释、预报、诊断、规划和执行等 多种功能。
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控制专家系统
空中交通管制、商业管理、自主机器人控制、作 战管理、生产过程控制和生产质量控制等都是控 制专家系统的潜在应用方面。例如，已经对海、 陆、空自主车、生产线调度和产品质量控制等课 题进行控制专家系统的研究。
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诊断专家系统例子
• 诊断专家系统的例子特别多，有医疗诊断，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、内科疾病诊断的 INTERNIST-I和血清蛋白诊断等医疗诊断专家系 统，IBM公司的计算机故障诊断系统DART/DASD， 火电厂锅炉给水系统故障检测与诊断系统、雷 达故障诊断系统和太空站热力控制系统的故障 检测与诊断系统等、都是国内外颇有名气的实 例
第6章专家系统
6.1专家系统概述
6.1.3 专家系统的特点与研究意义
表6-1 专家系统特点及与传统程序的区别
(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。
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6.1专家系统概述
6.1.2 专家系统的性能
同一般的计算机应用系统(如数值计算、数据处 理系统等)相比,专家系统具有下列性能(6点)：
(1)具有高性能。现实世界中，以数学化公式为核心
(3)具有灵活性及可扩充性。从系统结构来看,专家系统强调知识 与推理的分离,使系统具有良好灵活性与可扩充性。其表现为:人 们可把一个技术上成熟的专家系统变为一个ES工具,即只要替换 知识库中的具体内容就可使它变为一个专家系统外壳。当要建立 另一个功能与之类似的ES时,只要把相应的知识装入该外壳知识 库中即可实现。将大大节省耗时费工的开发工作。事实上,目前 有一些ES开发工具就是这样得来的。例如,由专家系统MYCIN得 到的构造工具EMYCIN;由PROSPECTOR得到外壳KAS等。
6.1.2 专家系统的性能
(6)具有专业知识和长效性。专家系统大量使用的是 专家级水平的专门领域所谓“深知识”来决策，而 不是一般系统那样多使用常识性知识，即所谓“浅 知识”：专家系统不像人那样容易疲劳、遗忘，易 受环境、情绪等的影响，它可始终如一地以专家级 的高水平求解问题。
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6.1专家系统概述
6.1.1 什么是专家系统（Expert System)
• 专家系统（Expert System)亦称专家咨询系统，它是一种 智能计算机(软件)系统。顾名思义，专家系统就是能像人类 专家一样解决困难、复杂的实际问题的计算机(软件)系统。
第6章 专家系统
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6.1专家系统概述
库中即可实现。将大大节省耗时费工的开发工作。事实上,目前
有一些ES开发工具就是这样得来的。例如,由专家系统MYCIN得 到的构造工具EMYCIN;由PROSPECTOR得到外壳KAS等。
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6.1专家系统概述
6.1.2 专家系统的性能
(4)具有透明性。专家系统必须具有解释功能，能回答
用户提出的问题，向用户解释它的决策动机和结论的 通过增强系统的透明度而取信于用户。 例如，一个医疗诊断专家系统诊断某病人患有肺炎， 而且必须用某种抗生素治疗，那么，这一专家系统应向 病人解释为什么判断他患有肺炎，解释用该抗生素治疗 的原因，就像一位医疗专家对病人详细解释病情一样。
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6.1专家系统概述
6.1.2 专家系统的性能
(2)具有知识与实用性。 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。其次， 许多经典的人工 智能程序往往是从纯学术技术目的出发研制的一种实
验性研究工具，而专家系统解决的是人们在生产实践、
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6.1专家系统概述
6.1.1 什么是专家系统（Expert System)
专家系统（Expert System)亦称专家咨询系统，它是一种
智能计算机(软件)系统。顾名思义，专家系统就是能像人类 专家一样解决困难、复杂的实际问题的计算机(软件)系统。 换一角度来说，专家系统应具备四个要素： (1) 应用于某专门领域；
符号量
人机交互方式执行 易修改,只需改动知识库
操作解释
结 论
不能
正确，不容许不确定性
第六章专家系统概论
第六章专家系统概论6.1 专家系统的产生和发展6.2 专家系统的基本概念6.3 专家系统的核心技术与学科范畴6.4 专家系统的研究意义和发展趋势6.5 专家系统的基本原理和结构6.6 专家系统的设计原则与讨论6.7 研制专家系统的基本步骤6.8 专家系统的评价标准6.9 专家系统现状与展望第六章专家系统概论人工智能工程系统是人工智能原理的工程应用。
近年来，人工智能工程系统取得了迅速的发展，并正逐渐渗透到社会生活中的各个领域。
各种不同人工智能工程系统的出现，特别是“专家系统”（Expert System）的迅速发展和成功应用，是人工智能从学科的研究走向实际应用，从一般的思维方法的探讨转入专门知识应用的重大突破。
他对社会的生产和科学技术的发展起着重大的作用。
它将引起人类科学体系的变革，使人类社会进入一个全新的时代！专家系统是当前人工智能研究与应用中，富有朝气﹑十分活跃的重要分支。
一方面专家系统是知识表达﹑知识推理和知识获取技术的应用对象，另一方面，专家系统也是研究知识表达﹑知识推理和知识获取的实验环境。
专家系统是基于知识库的知识利用系统，是人工智能的应用工程——“知识工程”的典型代表，专家系统是知识信息处理系统，是新一代计算机——第五代计算机的技术基础，是第二次计算机技术革命。
从数值信息处理转向非数值信息处理（知识信息处理）具有新的转折意义的里程碑。
如果把电子计算机的诞生看成是计算机的第一次革命，那么向新一代智能计算机时代的过渡就是计算机的第二次革命，而专家系统的创始人E. A. Feigenbaum教授曾提出：“专家系统是第二次计算机革命的工具。
”，这是因为在新一代计算机的研制中，专家系统则是其推理的核心部分。
第一节专家系统的产生和发展纵观人类社会科学技术发展史，任何一门新学科的诞生都不是偶然的，皆是前人辛勤努力和前期成果积累的产物。
同样，专家系统的产生是AI从理论研究转向应用研究的一个转折点，它是人类长期以来对智能科学成果同实际问题的求解需要相结合的必然产物，是人类长期探索机器智能的智慧结晶和升华。
第六章 专家系统
6.1.1 专家系统的特点
专家系统特点
具有求解问题所需的专门知识 具有专业知识的符号表示和推理能力 灵活性
6.1.1 专家系统的特点
专家系统的优点
能够高效率、和不知疲倦地工作。 不受周围环境的影响，也不可能遗漏忘记。 专家的专长不受时间和空间的限制 汇集多领域专家的知识和经验
; 都市发展策略: 减少失业率 ; 减少失业率策略: 吸引厂商 ; 吸引厂商策略: 降低通信成本 ; 吸引厂商策略: 充足的网络 ;降低通信成本策略: 民营化
;推理规则 ; 推出所有的 目标--策略 关系 (策略本身也是一种次目标) (defrule t-gs (gs ?x ?y) (gs ?y ?z) => (assert (gs ?x ?z)) ;已知之事实用 deffacts。后来推论所得者用assert。 (printout t "欲达成" ?x "可采取策略是：" ?z crlf) )
6.1.3 专家系统的结构
人机界面
接口，人与系统进行信息交流的媒介，为用户提
供了直观方便的交互作用手段
综合数据库
用于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，即被处理对象的一些当前事实。
6.2专家系统的类型
基于规则的专家系统 基于框架的专家系统 基于模型的专家系统
6.2.1基于规则的专家系统
构造辅助工具
提供了一整套像积木块那样的组件，利用它能够"
装配" 成专家系统 AGE：由美国斯坦福大学用INTERLISP语言实现 的专家系统工具（WWW？） TEIRESIAS （WWW？）
6.5专家系统开发工具
第6章 专家系统【人工智能 精品讲义】
• 基于框架专家系统的槽
• 槽：框架属性有关的扩展知识。 • 槽提供对属性值和系统操作的附加控制。
• 类型：定义和属性相关值的类型; • 默认：定义默认值; • 文档：提供属性文档; • 约束：定义允许值; • 最小界限：建立属性的下限; • 最大界限：建立属性的上限; • 如果需要：指定如果需要属性值时采取的行为; • 如果改变：指定如果属性值改变时采取的行为。
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6.5.3 专家系统开发工具
• 专家系统工具是一种更高级的计算机程序设计语言。 • 现有的专家系统工具
• 骨架型工具 • 语言型工具 • 构造辅助工具 • 支撑环境
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6.5.3 专家系统开发工具
• 骨架型开发工具
• 定义：只保留原系统独立于问题领域知识的推理机部分形成的工具称为 骨架
• 优点：使用方便，节省在开发系统的过程结构上的时间，提高开发效率， 交互性好，提供很强的对结果进行解释的功能
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6.5.1 专家系统的设计
• 专家系统的设计技巧
• 选择求解方法
• 具有可靠知识与数据的小搜索空间问题 • 不可靠的数据或知识 • 时变数据 • 大搜索空间的问题
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6.5.2 专家系统的评价
• 为什么要评价专家系统？
• 专家系统是逐渐生成的。 • 在系统的评价和改进过程中进行的各种试验，将得到可靠的数据，这将
6.5.1 专家系统的设计
• 专家系统的设计技巧
• 准则
• 设计系统时，首先集中精力研究一小部分假设，先不要考虑那些不十分确定的事 物。
• 挑选那些最有利于区别各个假设的观测。 • 可以有许多方式来组合观测。在 • 把那些并不具有很强的预测或区别能力的观测组合起来。 • 建立中间假设。 • 以各种事例来试验所设计的系统。
• 槽：框架属性有关的扩展知识。 • 槽提供对属性值和系统操作的附加控制。
• 类型：定义和属性相关值的类型; • 默认：定义默认值; • 文档：提供属性文档; • 约束：定义允许值; • 最小界限：建立属性的下限; • 最大界限：建立属性的上限; • 如果需要：指定如果需要属性值时采取的行为; • 如果改变：指定如果属性值改变时采取的行为。
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6.5.3 专家系统开发工具
• 专家系统工具是一种更高级的计算机程序设计语言。 • 现有的专家系统工具
• 骨架型工具 • 语言型工具 • 构造辅助工具 • 支撑环境
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6.5.3 专家系统开发工具
• 骨架型开发工具
• 定义：只保留原系统独立于问题领域知识的推理机部分形成的工具称为 骨架
• 优点：使用方便，节省在开发系统的过程结构上的时间，提高开发效率， 交互性好，提供很强的对结果进行解释的功能
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6.5.1 专家系统的设计
• 专家系统的设计技巧
• 选择求解方法
• 具有可靠知识与数据的小搜索空间问题 • 不可靠的数据或知识 • 时变数据 • 大搜索空间的问题
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6.5.2 专家系统的评价
• 为什么要评价专家系统？
• 专家系统是逐渐生成的。 • 在系统的评价和改进过程中进行的各种试验，将得到可靠的数据，这将
6.5.1 专家系统的设计
• 专家系统的设计技巧
• 准则
• 设计系统时，首先集中精力研究一小部分假设，先不要考虑那些不十分确定的事 物。
• 挑选那些最有利于区别各个假设的观测。 • 可以有许多方式来组合观测。在 • 把那些并不具有很强的预测或区别能力的观测组合起来。 • 建立中间假设。 • 以各种事例来试验所设计的系统。
第六章-专家系统PPT课件
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6.1.2 专家系统的类型
(1) 解释专家系统 ……
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。 例如，卫星图象(云图等)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 释和丘陵找水等实用系统。
的MACSYMA符号积分与定理证明系统，我国一些大学开发 的计算机程序设计语言和物理智能计算机辅助教学系统以 及聋哑人语言训练专家系统等。
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6.1.2 专家系统的类型
(10) 修理专家系统 修理专家系统的任务是对发生故障的对象(系
统或设备)进行处理，使其恢复正常工作。修理专 家系统具有诊断、调试、计划和执行等功能。美 国贝尔实验室的ACI电话和有线电视维护修理系统 是修理专家系统的一个应用实例。
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
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6.1.2 专家系统的类型
(3) 诊断专家系统 诊断专家系统的任务是根据观察到的情况(数据)来推
问题求解过程就是一个推理过程，所以专家系统 必须有推理机构。
ES的核心是知识库和推理机。
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6.1.1 专家系统的特点—特点
(3) 具有启发性 ES除要利用大量专业知识外，还必须利用经
验的判断知识来对求解问题作出多个假设。 依据某些条件选定一个假设，使推理继续
进行。
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(3) 诊断专家系统 ……
第六章-专家系统PPT课件
此外，还有决策专家系统和咨询专家系统等。
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6.1.3 专家系统的结构和建造步骤
专家系统的结构是指专家系统各组成部分的构造方法和 组织形式。
MYCIN系统的任务是疾病诊断与解释，其问题的特点是需 要较小的可能空间、可靠的数据及比较可靠的知识，这 就决定了它可采用穷尽检索解空间和单链推理等较简单 的控制方法和系统结构。
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6.1.2 专家系统的类型
(8) 调试专家系统 调试专家系统的任务是对失灵的对象给出
处理意见和方法。调试专家系统的特点是同时 具有规划、设计、预报和诊断等专家系统的功 能。调试专家系统可用于新产品或新系统的调 试，也可用于维修站进行被修设备的调整、测 量与试验。在这方面的实例还很少见。
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第六章 专家系统
第6章 专家系统
专家系统的先驱费根鲍姆(Feigenbaum)说：专家系统的 力量是从它处理的知识中产生的，而不是从某种形式主 义及其使用的参考模式中产生的。
专家系统实质上为一计算机程序，它能够以人类专家的 水平完成特别困难的某一专业领域的任务。
在设计专家系统时，知识工程师的任务就是使计算机尽 可能模拟人类专家解决某些实际问题的决策和工作过程， 即模仿人类专家如何运用他们的知识和经验来解决所面 临问题的方法、技巧和步骤。
从概念来讲，知识库和推理机是两个最基本的 模块。 1.知识库（KnowledgeBase) 所谓知识库，就是以某种表示形式存储于计算 机中的知识的集合。知识库通常是以一个个文 件的形式存放于外部介质上，专家系统运行时 将被调入内存。知识库中的知识一般包括专家 知识、领域知识和元知识。
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6.1.3 专家系统的结构和建造步骤
专家系统的结构是指专家系统各组成部分的构造方法和 组织形式。
MYCIN系统的任务是疾病诊断与解释，其问题的特点是需 要较小的可能空间、可靠的数据及比较可靠的知识，这 就决定了它可采用穷尽检索解空间和单链推理等较简单 的控制方法和系统结构。
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6.1.2 专家系统的类型
(8) 调试专家系统 调试专家系统的任务是对失灵的对象给出
处理意见和方法。调试专家系统的特点是同时 具有规划、设计、预报和诊断等专家系统的功 能。调试专家系统可用于新产品或新系统的调 试，也可用于维修站进行被修设备的调整、测 量与试验。在这方面的实例还很少见。
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第六章 专家系统
第6章 专家系统
专家系统的先驱费根鲍姆(Feigenbaum)说：专家系统的 力量是从它处理的知识中产生的，而不是从某种形式主 义及其使用的参考模式中产生的。
专家系统实质上为一计算机程序，它能够以人类专家的 水平完成特别困难的某一专业领域的任务。
在设计专家系统时，知识工程师的任务就是使计算机尽 可能模拟人类专家解决某些实际问题的决策和工作过程， 即模仿人类专家如何运用他们的知识和经验来解决所面 临问题的方法、技巧和步骤。
从概念来讲，知识库和推理机是两个最基本的 模块。 1.知识库（KnowledgeBase) 所谓知识库，就是以某种表示形式存储于计算 机中的知识的集合。知识库通常是以一个个文 件的形式存放于外部介质上，专家系统运行时 将被调入内存。知识库中的知识一般包括专家 知识、领域知识和元知识。
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第六章专家系统
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3、基于框架的专家系统的继承、 槽和方法
1、基于框架的专家系统的继承
后辈框架通过继承其父辈框架的所有特
征，包括父辈的所有描述性和过程性知 识。 (1)、异常处理 (2)、多重继承
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2、基于框架专家系统的槽 槽是提供对属性值和系统操作的附加控制。槽
扩展有关给定系统属性的信息： 类型：定义和属性相关值的类型 默认：定义默认值 文档：提供属性文档 约束：定义允许值 最小界限：建立属性下限 最大界限：建立属性上限 如果需要：指定如果需要属性值时采取的行为 如果改变：指定如果属性值改变时采取的行为
2
6.1 专家系统概述
专家系统应用于某一专门领域，拥有该
领域相当数量的专家级知识，能够模拟 专家的思维，能够达到专家级水平，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。
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专家系统的先行者费根鲍姆曾把专家系
统定义为一个应用知识和推理过程来求 解那些需要大量的人类专家解决难题经 验的智能计算机程序。 专家系统主要指的是一个智能计算机程 序系统，其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经验方法来处理 该领域的高水平难题，
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 系统发出的警报要有很高的准确性 系统能够动态地处理其输入信息 例子 粘虫测报专家系统
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6.1 专家系统概述
7. 控制专家系统 (expert system for control)
任务 根据设计要求，求出满足设计问题
约束的目标配置。 特点
3、基于框架的专家系统的继承、 槽和方法
1、基于框架的专家系统的继承
后辈框架通过继承其父辈框架的所有特
征，包括父辈的所有描述性和过程性知 识。 (1)、异常处理 (2)、多重继承
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2、基于框架专家系统的槽 槽是提供对属性值和系统操作的附加控制。槽
扩展有关给定系统属性的信息： 类型：定义和属性相关值的类型 默认：定义默认值 文档：提供属性文档 约束：定义允许值 最小界限：建立属性下限 最大界限：建立属性上限 如果需要：指定如果需要属性值时采取的行为 如果改变：指定如果属性值改变时采取的行为
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6.1 专家系统概述
专家系统应用于某一专门领域，拥有该
领域相当数量的专家级知识，能够模拟 专家的思维，能够达到专家级水平，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。
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专家系统的先行者费根鲍姆曾把专家系
统定义为一个应用知识和推理过程来求 解那些需要大量的人类专家解决难题经 验的智能计算机程序。 专家系统主要指的是一个智能计算机程 序系统，其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经验方法来处理 该领域的高水平难题，
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 系统发出的警报要有很高的准确性 系统能够动态地处理其输入信息 例子 粘虫测报专家系统
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6.1 专家系统概述
7. 控制专家系统 (expert system for control)
任务 根据设计要求，求出满足设计问题
约束的目标配置。 特点
第六章专家系统
• 例子 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
和农作物病虫害预报等专家系统。
3. 诊断专家系统 (expert system for diagnosis)
• 任务 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
VAX计算机结构设计专家系统R1(XCOM)、浙江大学花布立体 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等。
5.规划专家系统 (expert system for planning)
• 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，能处理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
• 例子 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
3界3号军事指挥调度系统、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等
6.监视专家系统 (expert system for monitoring)
6.1.1 专家系统特点
专家系统具有一些共同的特点和优点
– 专家系统具有下列3个特点：
(1) 启发性 能运用专家的知识与经验进行推理、判断和决策。 大部分知识是非数学性的，约占8%以数学公式为核心。 化学和物理、生物学、医学等，大部分靠推理进行思考。 企业管理几乎全靠符号推理，而不是数值计算。 (2) 透明性 专家系统能够解释自身推理过程和回答用户问题，能让用户 了解推理过程，提高对专家系统的信赖感。 医疗诊断专家系统诊断某病人患有肺炎，需用某种抗生素治 疗。专家系统将会向病人解释为什么他患肺炎，像医疗专家 对病人解释病情。 (3) 灵活性 专家系统能不断地增长知识，修改原有知识，不断更新。
和农作物病虫害预报等专家系统。
3. 诊断专家系统 (expert system for diagnosis)
• 任务 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
VAX计算机结构设计专家系统R1(XCOM)、浙江大学花布立体 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等。
5.规划专家系统 (expert system for planning)
• 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，能处理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
• 例子 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
3界3号军事指挥调度系统、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等
6.监视专家系统 (expert system for monitoring)
6.1.1 专家系统特点
专家系统具有一些共同的特点和优点
– 专家系统具有下列3个特点：
(1) 启发性 能运用专家的知识与经验进行推理、判断和决策。 大部分知识是非数学性的，约占8%以数学公式为核心。 化学和物理、生物学、医学等，大部分靠推理进行思考。 企业管理几乎全靠符号推理，而不是数值计算。 (2) 透明性 专家系统能够解释自身推理过程和回答用户问题，能让用户 了解推理过程，提高对专家系统的信赖感。 医疗诊断专家系统诊断某病人患有肺炎，需用某种抗生素治 疗。专家系统将会向病人解释为什么他患肺炎，像医疗专家 对病人解释病情。 (3) 灵活性 专家系统能不断地增长知识，修改原有知识，不断更新。
人工智能第6章 专家系统
专家系统实例
每个上下文有一组属性(Attribute)，也称为临床参数(clinical Parameters)。每个临床参数表示上下文的一个特征，如病人的 姓名、培养物的地点、机体的形态、药物的剂量等等。 临床参数用二元组＜属性，上下文，值＞来表示。例如，三元 组(形态、机体—1、杆状)表示机体1的形态为杆状。 临床参数按其所属的上下文类型可分为六类：
专家系统实例
PIP
应用领域：医学 主要研制人员： S．G．Pauker，P．Szolovits (麻省理 工学院) 功能：模拟肾脏病专家采集肾病患者现病史的活动 病症用框架表示，这些知识都附有似然系数。
专家系统实例
INTERNIST - 1
应用领域：医学 主要研制人员： J．D．Mvers，H．E ． Pople (匹兹堡 大学，1982年) 功能：内科学诊断 病症用框架表示，这些知识都附有似然系数。
PROSPECTOR
应用领域：地质学 主要研制人员： Gaschnig，1982年； Duda等， 1979 Reboh，1981年,(斯坦福大学国际研究所) 功能：帮助地质学家评价储矿地点以寻找潜在的矿物资源。 概述 PROSPECTOR是用来帮助地质学家评价某个勘探地点或地区在寻 找特定类型矿床方面是否有利的专家系统。该系统通过对话接受 用户的野外勘探资料，在诊断过程结束时提供一份清单，列出可 能储有的矿床类型以及它们的似然性大小。如果储有矿床的似然 性足够大，那么该系统就继续确定最有利的钻探地点。 同某一类矿床有关的一般知识用一组产生式规则表示，这些规则 都附有不确定性系数。
专家系统实例
MYClN系统
MYClN系统是由斯坦福大学开发的，从1972年开始， 于1974年基本完成。它是一个用于诊断和治疗血液感 染性疾病的专家咨询系统。该系统功能比较全面，是 一个典型的基于规则的专家系统。
《人工智能》-第6章 专家系统
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知识库是问题求解所需要的领域知识的集合，包括基本事实、
6.2基于规则的专家系统
知识库 （规则） 工作存储器 （事实）
推理机
图6.5 基于规则的工作模型
中南大学 智能系统与智能软件研究所
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6.2 基于规则的专家系统
基于规则的专家系统采用下列 模块来建立产生式系统的模型：
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
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10
6.1 专家系统概述
7. 控制专家系统 (expert system for control)
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 控制专家系统具有解释、预报、诊断、 规划和执行等多种功能 例子 空中交通管制、商业管理、自主机器人 控制、作战管理、生产过程控制和生产质量 控制等
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
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6.3 基于框架的专家系统
1. 面向目标编程与基于框架设计 基于框架的专家系统建立在框架的基础之上 基于框架的专家系统采用面向目标编程技 基于框架的设计和面向目标的编程共享许多 特征 在设计基于框架系统时，专家系统的设计者 们把目标叫做框架
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6.1 专家系统概述
2. 专家系统的建造步骤
问题知识化Fra bibliotek知识概念化
概念
形式化
再设计 结构 形式
规则化
规则
知识库是问题求解所需要的领域知识的集合，包括基本事实、
6.2基于规则的专家系统
知识库 （规则） 工作存储器 （事实）
推理机
图6.5 基于规则的工作模型
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6.2 基于规则的专家系统
基于规则的专家系统采用下列 模块来建立产生式系统的模型：
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
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10
6.1 专家系统概述
7. 控制专家系统 (expert system for control)
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 控制专家系统具有解释、预报、诊断、 规划和执行等多种功能 例子 空中交通管制、商业管理、自主机器人 控制、作战管理、生产过程控制和生产质量 控制等
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
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6.3 基于框架的专家系统
1. 面向目标编程与基于框架设计 基于框架的专家系统建立在框架的基础之上 基于框架的专家系统采用面向目标编程技 基于框架的设计和面向目标的编程共享许多 特征 在设计基于框架系统时，专家系统的设计者 们把目标叫做框架
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6.1 专家系统概述
2. 专家系统的建造步骤
问题知识化Fra bibliotek知识概念化
概念
形式化
再设计 结构 形式
规则化
规则
第6章专家系统
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6.1专家系统概述
6.1.2 专家系统的性能
(4)具有透明性。专家系统必须具有解释功能，能回答 用户提出的问题，向用户解释它的决策动机和结论的 推理过程，使用户能清楚地了解系统处理问题正确性 ，通过增强系统的透明度而取信于用户。
例如，一个医疗诊断专家系统诊断某病人患有肺炎， 而且必须用某种抗生素治疗，那么，这一专家系统应向 病人解释为什么判断他患有肺炎，解释用该抗生素治疗 的原因，就像一位医疗专家对病人详细解释病情一样。
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6.1专家系统概述
6.1.4 专家系统的分类
• 5.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。
• 6.按体系结构分类
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)。
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6.1专家系统概述
6.1.5 专家系统与知识工程
• 1. 专家系统与知识系统：专家系统能有效地解决问题的主要原 因在于它拥有知识，因为“知识就是力量”。但专家系统拥有 的知识是专家知识，而且主要是经验性知识。
5
6.1专家系统概述
6.1.1 什么是专家系统（Expert System)
迄今为止，关于什么是专家系统，目前尚无一个十分确切 的定义。
其一般公认定义：专家系统是一个具有智能的程序系统； 其内部具有大量的专家水平的知识与经验；该系统能利用专家 的知识与推理方法来解决专门领域的问题；它能对自身所得出 的结论做出清楚、明晰、合理的解释。
⑵ 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，并达到要求的时效性。
例如：气象预报、军事预测、人口预测、交通预测、经济预
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使其恢复正常工作 功能 有诊断、调试、计划和执行等功能 例子 ACI电话和有线电视维护修理系统
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提问：
1．能根据学生的特点、弱点和基础知识，以最适当的教案和教学方法对学生 进行教学和辅导的专家系统是：
A．解释专家系统B．调试专家系统C．监视专家系统D．教学专家 系统 2．用于寻找出某个能够达到给定目标的动作序列或步骤的专家系统是：
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第6章 专家系统
6.1 专家系统概述 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 新型专家系统 6.6 专家系统设计 6.7 专家系统开发工具 6.8 小结
6.1 专家系统概述
专家系统(expert system)是人工智能应用研究
最活跃和最广泛的课题之一 定义：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，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
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6.3 基于框架的专家系统
1. 面向目标编程与基于框架设计 基于框架的专家系统建立在框架的基础之上 基于框架的专家系统采用面向目标编程技 基于框架的设计和面向目标的编程共享许多 特征 在设计基于框架系统时，专家系统的设计者 们把目标叫做框架
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6.3 基于框架的专家系统
2. 基于框架专家系统的结构
8
6.1 专家系统概述
4. 设计专家系统 (expert system for design)
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
从多种约束中得到符合要求的设计 系统需要检索较大的可能解空间 能试验性地构造出可能设计，易于修改 能够使用已有设计来解释当前新的设计
例子 VAX计算机结构设计专家系统等
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6.2基于规则的专家系统
1.基于规则的专家系统的工作模型
知识库 （规则） 工作存储器 （事实）
推理机
图6.4 基于规则的工作模型
23
6.2 基于规则的专家系统
基于规则的专家系统采用下列 模块来建立产生式系统的模型：
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
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6.1 专家系统概述
5.规划专家系统 (expert system for planning)
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 例子 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等。
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
30
6.4 基于模型的专家系统
2. 基于神经网络的专家系统
神经网络模型从知识表示、推理机制到控制方式，与
目前专家系统中的基于逻辑的心理模型有本质的区别 三种神经网络模型与专家系统集成模式 神经网络支持专家系统 专家系统支持神经网络 协同式的神经网络专家系统
提问： 为什么不能把基于规则的专家系统组合成大 系统？
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6.5 新型专家系统
6.5.1 新型专家系统的特征 并行与分布处理 多专家系统协同工作 高级语言和知识语言描述 具有自学习功能 引入新的推理机制 具有自纠错和自完善能力 先进的智能人机接口
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6.5 新型专家系统
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
5
6.1 专家系统概述
1.解释专家系统 (expert system for interpretation)
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。 特点 数据量很大，常不准确、有错误、不完全 能从不完全的信息中得出解释，并能对数 据做出某些假设 推理过程可能很复杂和很长 例子 语音理解、图象分析、系统监视、化学 结构分析和信号解释等
12
6.1 专家系统概述
8. 调试专家系统 (expert system for debugging)
任务 对失灵的对象给出处理意见和方法
特点 同时具有规划、设计、预报和诊断等专家
系统的功能 例子 在这方面的实例还比较少见
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6.1 专家系统概述
9. 教学专家系统 (expert system for instruction)
3. 基于框架专家系统的一般设计方法
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 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
7
6.1 专家系统概述
3. 诊断专家系统 (expert system for diagnosis)
任务 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 能够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 能够区分一种现象及其所掩盖的另一种现象 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 例子 有医疗诊断等
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思考： 1.知识表示中，框架的构成、表示和推理为何？ 2.如何区别“目标”和“框架”这两个易混淆的术 语?
思考：试述基于框架的专家系统与基于规则的专家系统的 异同点。
提问：基于框架的专家系统与基于规则的专家系统看待和 使用知识上有何差别？
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6.4 基于模型的专家系统
1. 基于模型专家系统的提出
6
6.1 专家系统概述
2. 预测专家系统 (expert system for prediction)
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，且可能是不准确和 不完全 系统需要有适应时间变化的动态模型
例子 有气象预报、军事预测等
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6.1 专家系统概述
6.1.1 专家系统特点
专家系统具有一些共同的特点和优点 专家系统具有下列3个特点： 启发性 透明性 灵活性 专家系统的优点存在八个方面
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6.1 专家系统概述
6.1.2 专家系统的类型
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
名称 人类 特征 值 侧面
男人
女人
约翰 李勇 丽达 王红 规则 目标议程表
类（class） 槽(Slots) 子类（subclass) 例子(instances) 规则(rules) 目标议程表
(goal agenda)
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图6.6 人类的框架分层结构
6.3 基于框架的专家系统
功能分布 把分解得到的系统各部分功能或任务合理均衡
地分配到各处理节点上去 知识分布 根据功能分布的情况把有关知识经合理划分以 后分配到各处理节点上。 接口设计 各部分间接口的设计目的是要达到各部分之间 互相通讯和同步容易进行 系统结构 一方面依赖于应用的环境与性质，另一方面依 赖于其所处的硬件环境 驱动方式 可供选择的几种驱动方式(1) 控制驱动(2) 数据 驱动(3) 需求驱动(4) 事件驱动
计划
议程 中间解 黑板
调度器
协调器
图6.2则为理想专家系统的结构图
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6.1 专家系统概述
一般应用程序与专家系统的区别：
一般应用程序 专家系统
把其应用领域的问题 把问题求解的知识 求解知识单独组成一 隐含地编入程序。 个实体。即为知识库。 把知识组织为两级： 将知识组织成三级； 数据级和程序级。 数据、知识库和控制。
6.5.2 分布式专家系统
主要目的：把一个专家系统的功能经分解以后分
布到多个处理器上去并行地工作，从而在总体上 提高系统的处理效率。 可以工作在紧耦合的多处理器系统环境中，也可 工作在松耦合的计算机网络环境里，所以其总体 结构在很大程度上依赖于其所在的硬件环境。
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6.5 新型专家系统
设计和实现分布式专家系统，需要解决的问题：
几个人工智能网址：
(1) 中国人工智能网 (2) /bitfarmer 人工智 能研究者俱乐部 (3) MIT AI Lab. (4) AAAI (5) IEEE CI Society
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6.1 专家系统概述
7. 控制专家系统 (expert system for control)
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 控制专家系统具有解释、预报、诊断、 规划和执行等多种功能 例子 空中交通管制、商业管理、自主机器人 控制、作战管理、生产过程控制和生产质量 控制等
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6.1 专家系统概述
6.监视专家系统 (expert system for monitoring)
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 系统发出的警报要有很高的准确性 系统能够动态地处理其输入信息 例子 粘虫测报专家系统
A．设计专家系统B．诊断专家系统C．预测专家系统D．规划专家 系统 3．能对发生故障的对象（系统或设备）进行处理，使其恢复正常工作的专家 系统是： A．修理专家系统B．诊断专家系统C．调试专家系统D．规划专家 √ 系统 4．能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的专家系 统是： A．修理专家系统B．预测专家系统C．调试专家系统D．规划专家 系统