第五章 专家系统
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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
认识专家系统 课件 2023—2024学年教科版高中信息技术选修5
收集知识和经验
从外部获取相关的专业知识和经验，并对这些知识进行整理、归纳 和验证等操作。
设计知识库和推理机
根据收集到的知识和经验，设计出合适的知识库和推理机，并确定 它们之间的交互方式和工作流程。
专家系统的构建方法和步骤
• 开发用户接口和解释子系统：设计出用户友好的用户接口和解释子系统，以便用户能够方便地使用专家系统和 理解推理过程及结果。
专家系统的应用范围和优势
• 专家系统的应用范围非常广泛，包括医疗、金融、交通、安全等领域。在医疗方面，专家系统可以用于疾病诊 断和治疗方案的制定。
• 在金融方面，专家系统可以用于投资决策和风险评估。 • 在交通方面，专家系统可以用于交通规划和交通控制等。 • 专家系统的优势在于其能够利用已有的专家知识和经验，提高工作效率和准确性，同时也可以减少人为错误和
专家系统的工作原理是
用户通过用户接口向推理机提出问题，推理机根据知识库中的知识和推理规则进行推理，推导出问题的答案，并 通过用户接口将答案返回给用户。在推理过程中，解释子系统会对推理过程和结果进行解释和说明，以便用户更 好地理解和信任专家系统的结论。
专家系统的构建方法和步骤
确定应用领域和目标
明确专家系统的应用领域和目标，以便后续的设计和开发工作能 够更加有针对性地进行。
专家系统也存在一定的局限性， 例如知识获取的难度和成本较高 ，知识库的更新和维护需要不断 投入人力物力等。此外，由于专 家系统的推理过程往往依赖于规 则和数据，因此对于复杂的问题 和不确定性较高的领域，专家系 统的表现可能不如人类专家。
02
专家系统的定义和特点
专家系统的定义
专家系统的定义（续）
用户接口使非专业用户能够与专家系统进行交互，无需了解其内部工作原理。知识获取子 系统负责将人类专家的知识和经验转化为计算机可处理的形式，并存储在知识库中。
从外部获取相关的专业知识和经验，并对这些知识进行整理、归纳 和验证等操作。
设计知识库和推理机
根据收集到的知识和经验，设计出合适的知识库和推理机，并确定 它们之间的交互方式和工作流程。
专家系统的构建方法和步骤
• 开发用户接口和解释子系统：设计出用户友好的用户接口和解释子系统，以便用户能够方便地使用专家系统和 理解推理过程及结果。
专家系统的应用范围和优势
• 专家系统的应用范围非常广泛，包括医疗、金融、交通、安全等领域。在医疗方面，专家系统可以用于疾病诊 断和治疗方案的制定。
• 在金融方面，专家系统可以用于投资决策和风险评估。 • 在交通方面，专家系统可以用于交通规划和交通控制等。 • 专家系统的优势在于其能够利用已有的专家知识和经验，提高工作效率和准确性，同时也可以减少人为错误和
专家系统的工作原理是
用户通过用户接口向推理机提出问题，推理机根据知识库中的知识和推理规则进行推理，推导出问题的答案，并 通过用户接口将答案返回给用户。在推理过程中，解释子系统会对推理过程和结果进行解释和说明，以便用户更 好地理解和信任专家系统的结论。
专家系统的构建方法和步骤
确定应用领域和目标
明确专家系统的应用领域和目标，以便后续的设计和开发工作能 够更加有针对性地进行。
专家系统也存在一定的局限性， 例如知识获取的难度和成本较高 ，知识库的更新和维护需要不断 投入人力物力等。此外，由于专 家系统的推理过程往往依赖于规 则和数据，因此对于复杂的问题 和不确定性较高的领域，专家系 统的表现可能不如人类专家。
02
专家系统的定义和特点
专家系统的定义
专家系统的定义（续）
用户接口使非专业用户能够与专家系统进行交互，无需了解其内部工作原理。知识获取子 系统负责将人类专家的知识和经验转化为计算机可处理的形式，并存储在知识库中。
人工智能基础之专家系统介绍课件
知识获取
1
专家系统通过知 识库获取知识
2
知识库包含领域 知识、规则和事
实
3
知识获取方式包 括手工输入、自 动获取和知识发
现
4
知识获取的质量 和数量对专家系 统的性能产生重
要影响
优点
专家系统能够模拟人类 专家的决策过程，提供 高质量的解决方案。
专家系统可以集成多个 领域的知识，提供全面 的解决方案。
02
教育领域：提供个性化教 学方案和辅导
03
工业领域：用于生产线的 监控和故障诊断
04
金融领域：用于投资决策 和风险评估
05
交通领域：用于交通调度 和路线规划
06
法律领域：用于法律咨询 和案件分析
知识表示
01
知识表示是人工智 能领域的重要组成 部分，用于描述和 存储知识。
02
常见的知识表示方 法包括：一阶逻辑、 产生式规则、语义 网络、框架表示等。
知识获取困难：需要专家提 供大量的专业知识和经验
发展趋势
01
专家系统逐渐向智能化、 自主化方向发展
03
专家系统向云端迁移，实现 资源的共享和优化配置
02
专家系统与机器学习、深度 学习等技术相结合，提高系 统的学习能力和决策能力
04
专家系统与其他智能系统相 结合，形成综合智能系统， 提高系统的整体性能和效率
专家系统的组成
知识库：存储 专家知识和经 验的数据库
推理机：根据 知识库进行推 理和决策的机 制
用户接口：与 用户进行交互 的界面
解释器：解释 推理过程和结 果的工具
知识获取：从 专家那里获取 知识和经验的 方法
知识表示：将 知识和经验表 示成计算机可 以理解的形式
第5章专家系统.
另外，由于专家系统具有解释功能，系统设计者和领域专家就可方便 地找出系统隐含的错误，便于对系统进行维护。
2021/7/13
12
5.1 专家系统概述
5.1.4 专家系统的分类
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。
2021/7/13
9
5.1.2 专家系统的性能
(5)具有自学习及自修正能力。有些专家系统还具有
“自学习”能力，即不断对自己的知识进行扩充、完善 和提炼。专家系统还能随时修正已有的知识或归纳出新 的知识，适应新情况的需要，这一点是传统系统所无法 比拟的。
(6)具有专业和长效性。专家系统大量使用的是专家级
比较方面
传统程序
专家系统
编程思想 编程方法 处理对象 执行过程 可修改性 操作解释
结论
依据某一算法 知识使用和知识本身混合在一起 数值量 顺序方式或批处理方式执行 难修改，需改动整个程序并重新编译
不能 正确，不容许不确定性
依据启发式方式 知识和知识的使用分离 符号量 人机交互方式执行 易修改，只需改动知识库 可能 满意，容许不确定性
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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5.1 专家系统概述
5.1.3 专家系统的特点与研究意义
表5-1 专家系统特点及与传统程序的区别
2021/7/13
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5.1 专家系统概述
5.1.5 专家系统与知识工程
2. 专家系统与知识工程
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5.1 专家系统概述
5.1.4 专家系统的分类
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。
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5.1.2 专家系统的性能
(5)具有自学习及自修正能力。有些专家系统还具有
“自学习”能力，即不断对自己的知识进行扩充、完善 和提炼。专家系统还能随时修正已有的知识或归纳出新 的知识，适应新情况的需要，这一点是传统系统所无法 比拟的。
(6)具有专业和长效性。专家系统大量使用的是专家级
比较方面
传统程序
专家系统
编程思想 编程方法 处理对象 执行过程 可修改性 操作解释
结论
依据某一算法 知识使用和知识本身混合在一起 数值量 顺序方式或批处理方式执行 难修改，需改动整个程序并重新编译
不能 正确，不容许不确定性
依据启发式方式 知识和知识的使用分离 符号量 人机交互方式执行 易修改，只需改动知识库 可能 满意，容许不确定性
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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5.1 专家系统概述
5.1.3 专家系统的特点与研究意义
表5-1 专家系统特点及与传统程序的区别
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5.1 专家系统概述
5.1.5 专家系统与知识工程
2. 专家系统与知识工程
故障诊断技术基础_第5章第1-5节
5.3 谓词逻辑表示法
谓词逻辑表示法 以数理逻辑为基础，是目前为止能够表 达人类思维活动规律的一种最精确的形式语言，他与人类的自 然语言比较接近，又可方便地存储到计算机中去，并被计算机 做精确处理，最早应用于AI。
1. 谓词与个体
个体 是可以独立存在的物体，它可以是抽象的也可以是具体的。 例：鲜花，电视机，唯物主义等都是个体。
例如 : 规则1： if 规则2：if
该动物有羽毛 该动物是鸟
then 该动物是鸟 and 有长脖子； and 有长腿； and 不会飞； then 该动物是鸵鸟。
2. 规则组知识表示法
规则组 = 规则架 + 规则体 RULE n IF …… THEN …… RB{ 体规则 IF …… THEN …… 计算规则 }
目前，产生式表示法已经成为人工智能中应用最多的一种知 识表示法，许多成功的专家系统都用它来表示知识。
1. 产生式知识表示法
产生式表示法容易用来描述事实、规则以及它们的不确定性 度量。
确定性规则知识的表示 PQ
或 IF P THEN Q 不确定性规则知识的表示
PQ （可信度） 或 IF P THEN Q （可信度）
定义谓词及个体，确定每个谓词及个体的确切含义。 根据所要表达的事物或概念，为谓词中的变元 赋值。 根据所要表达的指示的语义，用连接符 连接 谓词，形成
谓词公式
例：设有下列事实性知识， 用谓词公式表示这些知识。 王芳是一名计算机系的学生，但她不喜欢编程序。 马东比他父亲长得高。
解： 第一步：定义谓词： COMPUTER ( x )：x 是计算机系的学生 LIKE ( x ，y )：x 喜欢 y HIGHER ( x，y )：x 比 y 长得高
第5章 专家系统
6
6.1 专家系统的产生和发展
第三阶段：发展期（ 世纪 年代至今） 世纪80年代至今 第三阶段：发展期（20世纪 年代至今）
专家系统XCON（DEC公司、卡内基－梅隆大学 ）：为 （ 公司、 专家系统 公司 卡内基－ VAX计算机系统制订硬件配置方案。 计算机系统制订硬件配置方案。 计算机系统制订硬件配置方案 专家系统开发工具： 专家系统开发工具： 骨架系统： 骨架系统：EMYCIN、KAS、EXPERT 等。 、 、 通用型知识表达语言： 通用型知识表达语言： OPS5 等。 专家系统开发环境： 专家系统开发环境： AGE 等。
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6.2.2 专家系统的特点
专家系统与传统程序的比较
（1）编程思想 ）编程思想： 数据结构+算法 传统程序 = 数据结构 算法 知识+推理 专家系统 = 知识 推理 （2）传统程序：关于问题求解的知识隐含于程序中。 ）传统程序：关于问题求解的知识隐含于程序中。 专家系统：知识单独组成知识库，与推理机分离。 专家系统：知识单独组成知识库，与推理机分离。 （3）处理对象 ）处理对象： 传统程序：数值计算和数据处理。 传统程序：数值计算和数据处理。 专家系统：符号处理。 专家系统：符号处理。
5
6.1 专家系统的产生和发展
第二阶段: 成熟期（ 世纪 年代中期－ 世纪 年代初） 世纪70年代中期 世纪80年代初 第二阶段 成熟期（20世纪 年代中期－ 20世纪 年代初）
特点： 特点：
（1）单学科专业型专家系统。 ）单学科专业型专家系统。 （2）系统结构完整，功能较全面，移植性好。 ）系统结构完整，功能较全面，移植性好。 （3）具有推理解释功能，透明性好。 ）具有推理解释功能，透明性好。 （4）采用启发式推理、不精确推理。 ）采用启发式推理、不精确推理。 （5）用产生式规则、框架、语义网络表达知识。 ）用产生式规则、框架、语义网络表达知识。 （6）用限定性英语进行人－机交互。 ）用限定性英语进行人－机交互。
第五章 专家控制系统
第五章专家控制系统教学内容介绍了专家系统和专家控制系统的定义、结构、特点和类型;并结合实例简要介绍了专家规划器的结构和机理、实时专家控制系统的特点和设计方法。
教学重点专家系统和专家控制系统的定义、特点、类型、结构、设计原则和技巧。
教学难点专家系统和专家控制系统的结构、设计原则和技巧。
教学方法课堂教学为主。
适当提问,加深学生对基本原理和概念以及各个系统开发设计的理解。
教学要求重点掌握专家系统和专家控制系统的基本概念、结构和设计原则和技巧,了解新型专家系统的一些概念和类型,了解专家规划器的结构和机理、实时专家控制系统的特点和设计方法5.1 专家系统概述教学内容本小节讨论专家系统的一些基本概念,介绍专家系统的定义、结构、特点和类型,建造专家系统的步骤和设计技巧,并简单介绍了新型专家系统。
本小节内容是本章的一个重点,是深入学习讨论专家系统的基础。
教学重点专家系统的定义、一般特点、结构和类型、构件步骤和设计技巧。
教学难点专家系统的结构、类型、构件步骤和设计技巧。
教学方法主要通过课堂教学,讲解各种基本概念、系统结构、构件步骤和设计技巧,分析各类专家系统的任务、特点并举例说明。
教学要求重点掌握专家系统的定义与基本结构,掌握专家系统的构件步骤和设计技巧,了解新型专家系统的类型。
1.定义专家系统是一个含有大量的某个领域专家水平的知识与经验的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的高水平难题。
简而言之,专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。
2.专家系统的特点(1) 启发性专家系统能运用专家的知识与经验进行推理、判断和决策。
(2) 透明性专家系统能够解释本身的推理过程和回答用户提出的问题,以便让用户能够了解推理过程,增大对专家系统的信赖感。
(3) 灵活性专家系统能不断地增加知识,修改原有知识,不断更新。
(4) 符号操作专家系统强调符号处理和符号操作(运算),使用符号表示知识,用符号集合表示问题的概念。
人工智能专家系统
2023/11/4
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LISP语言
• 3、LISP语言的基本函数
• (1)数值运算函数 • (2)求值与赋值函数 • (3)表处理函数 • (4)逻辑函数 • (5)条件函数 • (6)自定义函数与无名函数
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LISP语言
• (1)数值运算函数
• a、算术运算函数：+ - * / 1+ 1- 等
2023/11/4
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LISP语言
7、迭代与递归
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do函数
LISP语言
2023/11/4
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do函数
LISP语言
2023/11/4
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LISP语言
(2)非结构化迭代
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LISP语言
2023/11/4
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专家系统实例
• 动物识别系统
– 这是一个用以识别虎、金钱豹等七种动物的小型专家 系统。
解释器
知识库 推理机
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5
专家系统概述
• 4、建造专家系统的步骤 • (1)认识阶段 • (2)概念化阶段 • (3)形式化阶段 • (4)实现阶段 • (5)测试阶段
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专家系统概述
认识
概念化
形式化
实现
测试
专家系统开发过程的瀑布模型
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人工智能语言
•
(setq a 10)
•
(/ a 2 2)
• b、超越函数：exp expt log sqrt abs signum
• c、数的逻辑运算函数：logior logxor logand lognot
华中科技大学人工智能 第五章专家系统讲解
产生式系统是AI中一种特别重要的计算模型 它是一种基于规则的系统 1943年Post首先在一种计算形式体系中提出。 60年代开始，成为专家系统的最基本的结构： 形式上很简单，但在一定意义上模仿了人类思
考的过程。
2019/6/7
3
第五章专家系统
5.1 产生式系统
产生式系统组成
一般来讲， 产生式系统由三个基本部分组成： 规则库、综合数据库和控制系统。前二者构成产 生式系统的问题表示，后者则控制应用规则推出 解答的全过程。规则全部是下面形式的语句：
第五章专家系统
专家系统要介绍的内容
专家系统概述
产生式系统
专家系统分析
专家系统开发工具
专家系统设计
专家系统实例
Hale Waihona Puke 新一代专家系统2019/6/7
1
第五章专家系统
概述
专家系统概述
专 家 系 统 是 AI 应 用 研 究 的 主 要 领 域 ， 1965 年 美国斯坦福大学开发出第一个专家系统 DENDRAL。
规划专家系统( expert system for planning)
监视专家系统( expert system for monitoring)
控制专家系统( expert system for control)
调试专家系统( expert system for debugging)
if 前提 Then 结论 if 条件 Then 行动
控制系统
规则库
2019/6/7
综合数据库
4
第五章专家系统 5.1 产生式系统
产生式系统三部分说明
一、规则库:是产生式规则的集合，用于描述应用领域 的常识和启发式知识，所以规则库就是产生式系统的 知识库。
知识库方面ppt课件
3
二、专家系统的产生与发展
2.1 孕育期（1965年前）
1956年人工智能诞生，早期的人工智能是从具体的 问题入手的。如1956年Newell和Simon编制的LT系统实 现定理证明；Samuel研制的西洋跳棋程序CHECKERS。
60年代初期，AI集中开发通用的方法和技术，如通 用问题求解程序( GPS) ；
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不精确推理技术：针对客观存在的不精确或 不完全的数据和知识，增强了专家系统对专 家启发式知识的表达能力。
专家系统通用性的研究：开始把具有一定通 用性的推理方法和领域的专门知识结合起来， 试图构造有通用性的专家系统框架。
8
2.4 发展期(1978~至今)
此阶段研究突出在以下几个方面： 自动知识获取系统研制
综合数据库：用于存放问题求解的初始证据、 中间结果、目标、求解状态及最终结果等。
推理机：在一定控制策略下针对综合数据库 中的当前信息，识别和选取知识库中的有用 知识进行推理。常采用不精确推理。
13
知识获取程序：辅助知识工程师获取知识的程序及 系统的自学习模块等。
解释程序：根据用户的提问，对系统得出的结论、
采用归纳式知识获取设计Meta-DENDRAL
骨架系统等建造ES的工具相继出现
EMYSIN、EXPERT
知识库管理系统(KBMS)的研制 新型专家系统研制
生物学专家系统MOLGEN
9
三、专家系统的功能与结构
3.1 功能
专家系统应当具备以下几个功能： 存储专业领域知识； 存储具体问题求解过程中的初始证据数据和推 理过程中的各种信息与数据； 利用已有知识解决专业问题； 对推理过程和结论作出必要的解释； 提供用户接口； 提供知识获取、知识库修改完善等维护手段。
二、专家系统的产生与发展
2.1 孕育期（1965年前）
1956年人工智能诞生，早期的人工智能是从具体的 问题入手的。如1956年Newell和Simon编制的LT系统实 现定理证明；Samuel研制的西洋跳棋程序CHECKERS。
60年代初期，AI集中开发通用的方法和技术，如通 用问题求解程序( GPS) ；
7
不精确推理技术：针对客观存在的不精确或 不完全的数据和知识，增强了专家系统对专 家启发式知识的表达能力。
专家系统通用性的研究：开始把具有一定通 用性的推理方法和领域的专门知识结合起来， 试图构造有通用性的专家系统框架。
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2.4 发展期(1978~至今)
此阶段研究突出在以下几个方面： 自动知识获取系统研制
综合数据库：用于存放问题求解的初始证据、 中间结果、目标、求解状态及最终结果等。
推理机：在一定控制策略下针对综合数据库 中的当前信息，识别和选取知识库中的有用 知识进行推理。常采用不精确推理。
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知识获取程序：辅助知识工程师获取知识的程序及 系统的自学习模块等。
解释程序：根据用户的提问，对系统得出的结论、
采用归纳式知识获取设计Meta-DENDRAL
骨架系统等建造ES的工具相继出现
EMYSIN、EXPERT
知识库管理系统(KBMS)的研制 新型专家系统研制
生物学专家系统MOLGEN
9
三、专家系统的功能与结构
3.1 功能
专家系统应当具备以下几个功能： 存储专业领域知识； 存储具体问题求解过程中的初始证据数据和推 理过程中的各种信息与数据； 利用已有知识解决专业问题； 对推理过程和结论作出必要的解释； 提供用户接口； 提供知识获取、知识库修改完善等维护手段。
专家系统优秀PPT课件PPT课件
专家系统的基本组成
由上图可知
知识库
推理机
推理机的运行策略：
正向推理:是由原始数据出发，按一定的策略运用知识库中专家的知识，推 断出所需要的结论；
反向推理：是先提出结论，然后去寻找这个结论的证据，这种由结论到前 提数据策略称为“目标驱动策略”；
双向推理：综合利用正向推理和反向推理的优点，在实际使用过程中把正 向推理、反向推理混合运用。
门关闭,外阀门打开,系统排湿。
控制变量的选取 将偏差量化为 7个等级 , E = { ENB , ENM ,ENS , EO , EPS , EPB },表示
偏差值为负大、负中、负小、0、正小,正大的概念。 将偏差变化率量化为 5个等级, EC = { ECNB , ECNM , ECNS , ECO ,
综合数据库（全局数据库）
解释接口（人机界面）
知识获取
2.1.3 专家系统的类型及特征
具有专家的专业知识 能进行有效推理 专家系统的透明性和灵活性 具有一定的复杂性与难度
具有专家的专业知识
一个专家系统为了象人类专家那样工作，必须表现专 家的技能和高度的技巧以及有足够的鲁棒性
能进行有效的推理
专家系统的类型
对专家系统可以按不同的方法分类。可以按应用领域、知识表 示方法、控制策略、任务类型等分类。如按任务类型（解决问题） 来划分，常见的有解释型、预测型、诊断型、调试型、维护型、规 划型、设计型、监督型、控制型、教育型等。
专家系统所要解决的问题一般没有算法解，并且经常要在不完 全、不精确或不确定的信息基础上做出结论。
ECP },表示吸湿快速、中等速度、慢速、0、反吸。 输出时间 T = { TB ,TM , TS },表示时间为长、中、短。
人工智能基础之专家系统介绍课件
04
系统实现：编写程序代码，实现系统的功能
05
系统测试：对系统进行测试，确保其功能和性能满足要求
06
系统维护：对系统进行维护和更新，确保其持续满足用户需求
07
知识获取
01
知识来源：专家经验、文献资料、实验数据等
02
知识表示：采用合适的知识表示方法，如框架、规则、案例等
03
知识获取方法：访谈、问卷调查、观察、实验等
专家系统向移动设备、物联网设备等终端设备发展，实现随时随地的专家服务。
谢谢
知识更新困难：随着技术的发展和知识的更新，专家系统需要不断更新和维护
推理效率较低：专家系统的推理过程可能较为复杂，导致推理效率较低
发展趋势
专家系统逐渐向智能化、自主化方向发展，能够自主学习、适应环境变化。
专家系统向云端迁移，实现资源共享和协同工作。
专家系统与机器学习、深度学习等技术相结合，提高系统的准确性和效率。
02
工业领域：用于设备故障诊断和生产过程优化
03
金融领域：进行风险评估和投资决策
04
交通领域：用于交通调度和路线规划
05
环保领域：用于环境监测和污染治理方案制定
06
专家系统的组成
知识库
知识库是专家系统的核心部分，存储着专家系统的知识。
知识库通常由领域专家提供，包括事实、规则、策略等。
知识库需要不断更新和维护，以适应新的需求和变化。
04
知识整理：对获取的知识进行整理、分类和存储，形成知识库
系统实现
知识库：存储专家知识和经验的数据库
01
用户界面：用户与专家系统进行交互的界面
03
推理机：根据知识库进行推理和决策的机制
系统实现：编写程序代码，实现系统的功能
05
系统测试：对系统进行测试，确保其功能和性能满足要求
06
系统维护：对系统进行维护和更新，确保其持续满足用户需求
07
知识获取
01
知识来源：专家经验、文献资料、实验数据等
02
知识表示：采用合适的知识表示方法，如框架、规则、案例等
03
知识获取方法：访谈、问卷调查、观察、实验等
专家系统向移动设备、物联网设备等终端设备发展，实现随时随地的专家服务。
谢谢
知识更新困难：随着技术的发展和知识的更新，专家系统需要不断更新和维护
推理效率较低：专家系统的推理过程可能较为复杂，导致推理效率较低
发展趋势
专家系统逐渐向智能化、自主化方向发展，能够自主学习、适应环境变化。
专家系统向云端迁移，实现资源共享和协同工作。
专家系统与机器学习、深度学习等技术相结合，提高系统的准确性和效率。
02
工业领域：用于设备故障诊断和生产过程优化
03
金融领域：进行风险评估和投资决策
04
交通领域：用于交通调度和路线规划
05
环保领域：用于环境监测和污染治理方案制定
06
专家系统的组成
知识库
知识库是专家系统的核心部分，存储着专家系统的知识。
知识库通常由领域专家提供，包括事实、规则、策略等。
知识库需要不断更新和维护，以适应新的需求和变化。
04
知识整理：对获取的知识进行整理、分类和存储，形成知识库
系统实现
知识库：存储专家知识和经验的数据库
01
用户界面：用户与专家系统进行交互的界面
03
推理机：根据知识库进行推理和决策的机制
第4章 专家系统
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第五章专家系统
5.1 产生式系统
控制策略的步骤之一
一、匹配 把数据库与规则的条件部分相匹配，如 果完全匹配（复杂问题时，可能要用近似 匹配）称为触发（激活）规则；若执行该 激活规则，则称为启用规则。 激活规则不总是启用规则。因为若有多 于一条的规则被激活，就称引起了一个冲 突，就需要进行所谓的 冲突解决，就是基 于某种控制策略去选定需要执行的规则
14
第五章专家系统
5.2 专家系统
专家系统的主要组成部分之二
综合数据库：用于存放系统运行过程中所需要
的原始数据和产生的所有信息，包括用户提供
的信息，推理的中间结果，推理过程的记录等。
2013-6-28
15
第五章专家系统
5.2 专家系统
专家系统的主要组成部分之三
推理机：根据数据库的当前状态，利用知识库
2013-6-28
7
第五章专家系统
5.1 产生式系统
控制策略的步骤之三
三、操作 操作就是执行规则的操作部分，操作后， 将修改数据库，并导致：
其他规则被使用，或者 得到问题的解答（综合数据库内容转变为描述 了目标状态），或者 失败结束
2013-6-28
8
第五章专家系统
5.1 产生式系统
2013-6-28 11
第五章专家系统
5.2 专家系统
专家系统的一般特点
启发性：专家系统能运用专家的知识与经验 进行推理、判断和决策。 透明性：专家系统能够解释本身的推理过程， 以便让用户能了解推理过程，提高对专家系 统的信赖感 灵活性：专家系统能不断的增加知识，修改 原有的知识，不断更新
2013-6-28
细菌2 (curorgs) 细菌3 (curorgs) 细菌4 (curorgs) 药物4 (opdrg)
第五章专家系统
5.1 产生式系统
控制策略的步骤之一
一、匹配 把数据库与规则的条件部分相匹配，如 果完全匹配（复杂问题时，可能要用近似 匹配）称为触发（激活）规则；若执行该 激活规则，则称为启用规则。 激活规则不总是启用规则。因为若有多 于一条的规则被激活，就称引起了一个冲 突，就需要进行所谓的 冲突解决，就是基 于某种控制策略去选定需要执行的规则
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第五章专家系统
5.2 专家系统
专家系统的主要组成部分之二
综合数据库：用于存放系统运行过程中所需要
的原始数据和产生的所有信息，包括用户提供
的信息，推理的中间结果，推理过程的记录等。
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第五章专家系统
5.2 专家系统
专家系统的主要组成部分之三
推理机：根据数据库的当前状态，利用知识库
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第五章专家系统
5.1 产生式系统
控制策略的步骤之三
三、操作 操作就是执行规则的操作部分，操作后， 将修改数据库，并导致：
其他规则被使用，或者 得到问题的解答（综合数据库内容转变为描述 了目标状态），或者 失败结束
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第五章专家系统
5.1 产生式系统
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第五章专家系统
5.2 专家系统
专家系统的一般特点
启发性：专家系统能运用专家的知识与经验 进行推理、判断和决策。 透明性：专家系统能够解释本身的推理过程， 以便让用户能了解推理过程，提高对专家系 统的信赖感 灵活性：专家系统能不断的增加知识，修改 原有的知识，不断更新
2013-6-28
细菌2 (curorgs) 细菌3 (curorgs) 细菌4 (curorgs) 药物4 (opdrg)
第5章 专家系统 尹朝庆 人工智能与专家系统 第二版
人工智能与专家系统(第二版）中国水利水电出版社
5.1.1 专家系统研究的意义
1 专家系统研究的意义 （1）专家系统研究是计算机科学的应 用和发展的需要. （2）专家系统为人类保存、传播、使 用和评价知识提供了一种有效的手段. （3）专家系统研究可以产生巨大的经 济效益.
人工智能与专家系统(第二版）中国水利水电出版社
人工智能与专家系统(第二版）中国水利水电出版社
（3）其他表函数 ①list-length函数返回指定的一个表的元素个数。 例如 (list-length (a ’(b c)) ) →2 ②member函数表达式为 (member item list) 如果item是表list中的一个元素，则member返回 list中从元素item开始的余下表；否则，返回空表 （），也即是返回nil。 （member b (a b c d) ）→ (b c d) (member (a b) (a b c d) ) → ( ) (member (b c) (a (b c) d) ) → ( (b c) d)
人工智能与专家系统(第二版）中国水利水电出版社
（2）数的比较函数
数的比较函数用于比较两个数的大小，有 大于比较函数＞ 小于比较函数＜ 大于等于比较函数＞= 小于等于比较函数＜＝ 等于比较函数= 不等于比较函数/= 若指定的两个数满足函数的比较关系，则返回t；否 则，返回nil。
人工智能与专家系统(第二版）中国水利水电出版社
人工智能与专家系统(第二版）中国水利水电出版社
（2）when函数 when函数的表达式为 （when test {form}*） 其中,test为测试条件表达式，form为符号 表达式，{form}*表示可有多个符号表达式。 若test的值为非nil，则顺序对多个form 求值，且以最后一个form的值作为when函 数的返回值；否则，when函数返回nil。
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5、COMAX（棉花管理专家系统）
6、关幼波肝病诊断治疗专家系统
按求解问题的性质分类
• • • • • 解释型专家系统 诊断型专家系统 预测型专家系统 设计型专家系统 规划型专家系统 • • • • • 控制型专家系统 监视型专家系统 维修型专家系统 教学型专家系统 调试型专家系统
1.解释专家系统
解释机构
• 作用
–解释系统本身的推理结果 –回答用户的提问 –使用户能了解推理过程及所运用的知识和数 据
• 采用方法
–人机对话的交互式解释方法 –举例 回答用户提出的 Why 给用户说明 How
专家系统的开发与设计
设计原则 1.专门任务：专家系统设计应面向专业性的专门任务。 2.原形设计：采用“最小系统”观点，在成功的基础 上进行修改、扩充、完善。 3.专家合作：领域专家和知识工程师亲密合作，是获 取知识的关键和重要保证。 4.用户参与：用户参与软件开发，并提出使用要求， 应不断完善用户需求。 5.辅助工具：现在已有好多各式各样的专家系统在应 用，它可以提高研制工作的效率和减少盲目性。
第五章
• • • • •
专家系统
基本概念 专家系统的一般结构 专家系统的开发与设计 专家系统开发工具 本章小结
基本概念
• 什么是专家系统 • 专家系统的特点 • 专家系统的分类
本章主要讨论专家系统的组成原理，以及如何建造一个 基本的专家系统。 专家系统是人工智能技术研究的一个重要分支。自上世 纪60年代末，Feigenbaum等人研制成功第一个应用型专 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、天气预报等多种领域，产生了巨大的 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。是人工智 能应用领域中最活跃、最有成效的一个重要领域。
• 具有透明性,能以可理解的方式解释推理过程
• 具有自学习能力
• 能提高生产率,产生巨大的社会效益
• 对推动AI等其它学科的发展具有重大作用
专家系统的发展
1、DENDRAL（质谱学解释专家系统）
2、MYCSYMA（求解数学问题的专家系统）
3、MYCIN（血液病专家系统）
4、PROSPECTOR（地矿专家系统）
• 特点
从多种约束中得到最佳的设计方案
协调各项设计要求，形成全局标准
能进行空间、结构或形状等方面的推理
• 例子 电路设计、建筑及装修设计、服装设计、机
械及图案设计等
5.规划专家系统
• 任务 对给定目标拟定总体规划、行动计划、运筹 优化
• 特点
在一定的约束下能以较小的代价达到给定目标
能预测并检验某些操作的效果，并根据当时的实 际情况随时调整操作的序列 有多个执行者时，保证它们协调地并行工作 • 例子 机器人动作规划专家系统、汽车和火车运行 调度专家系统、制定最佳行车路线、安排宇航员在 空间站的活动等。
• 知识分类
–事实性知识 领域中的事实,广泛公用的知识, 即写在书本上的知识及常识 –启发性知识 领域专家的经验总结
推理机
• 作用 用来控制、协调整个专家系统的程序 • 工作过程
–根据数据库当前输入的数据,利用知识库中的知 识,按一定的推理策略,去求解当前的问题,解释 外部输入的事实和数据
• 推理方法
推理规则以及控制策略，从而建立起问题求解的模型。
(1) 目前市场上已有那些专家系统开发工具以及它所
支持的知识表示方法、推理方法。
(2) 现有的硬件资源能否支持选择的开发工具，性能
价格比如何，是否完全应该自己开发。
4.实现阶段：把建立的形式模型映射到具体的计
算机软硬件中，选取适用的程序设计语言如：LISP、 PROLOG并在相应的计算机上实现设计的专家系统。 建造者还应该清楚：
机 推理机 接
AI专家
口 知识获取机构
数据库及其管理系统
知识库及其管理系统
基本 结构
理想 结构
自学习模块
人机接口
• 作用
–用于系统与外界之间的通讯与信息变换 –领域专家和知识工程师通过它输入知识、更新、 完善知识库 –一般用户通过它输入欲求解的问题、已知事实 以及向用户索取进一步的事实
• 要求
–尽可能地拟人化 –尽可能地使用接近于自然语言的计算机语言 –能理解和处理声音、图像与多媒体信息
–正向、逆向和正逆向结合的双向推理 –确定性推理和非确定性推理
数据库及其管理系统
• 数据库的作用
–专家系统的工作存储器 –用来存放用户回答的事实、已知的事实和由推 理得到的中间结果和结论
• 数据库管理系统的作用
–负责对数据库中的数据进行组织、检索、维护 等
• 特点
–数据库的内容是动态变化的,总是存放该系统当 前处理对象的一些事实
教学系统等
10. 调试专家系统
• 任务 根据相应的标准检测被调试对象存在的错误，
并能从多种纠错方案中选出最佳方案，排除错误
• 特点
具有规划、设计、预报和诊断等专家系统的 功能
• 例子 计算机系统的辅助调试系统
按体系结构分类
• 集中式专家系统
–将知识和推理集中管理
• 分布式专家系统
–把知识库或推理机制分布在一个计算机网上,或 者两者同时进行分布
1.知识：
存储知识的类别：叙述性知识、过程性知识、控制性 知识 表达知识的方法：语义网络、产生式系统、框架结构、 谓词逻辑、状态空间。 知识模型与数学模型相结合： 数学模型：定量地描述物理世界的运动规律。 知识模型：定性地描述知识之间的相互规律。 知识库管理设计：应考虑便于修改、扩充，可借鉴其 它系统的设计方法
什么是专家系统
• 首先它是计算机软件工程师编制的一个计算机
程序系统 • 拥有某个领域人类专家的知识与经验 • 能够利用人类专家的知识和解决问题的方法像 人类专家一样处理该领域问题
• 能够在运行过程中不断地增长学习新知识和
修改原有知识
专家系统的特点
• 可具有一个或数个相关领域专家的知识和经验 • 能高效、准确和迅速的工作 • 使人类专家的领域知识突破了时空限制能进行 有效推理
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 高危病人监护系统、航空母舰空中交通管理
系统等
8. 维修专家系统
• 任务 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
• 神经网络专家系统
–基于神经元
• 符号系统和神经网络系统相结合的专家系统
专家系统的一般结构
• 专家系统的结构图 • 人机接口 • 知识获取机构 • 知识库及其管理系统 • 推理机 • 数据库及其管理系统 • 解释机构
专家系统的一般结构
• 专家系统各组成部分的构造方法和组织形式
用户
人 解释机构
领域专家
• 特点
有诊断、调试、计划和执行等功能
• 例子 电话和有线电视维护修理系统
9. 教学专家系统
• 任务 用于辅助教学
• 特点
具有较强的解释功能
具有良好的人机界面 能根据学生学习中所产生的问题进行分析、评 价，找出错误原因，并有针对性确定教学内容 或采取有效的教学手段
• 例子 计算机程序设计语言和物理智能计算机辅助
• 任务 根据所得到的有关数据，经过分析、推理，
从而给出相应解释
• 特点
数据量很大，常不准确（有干扰信息）、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 语音识别系统、声纳信号识别舰船系统等
2. 诊断专家系统
• 任务 根据输入信息推出相应对象存在的故障，找出产生故
• 任务 通过对相关对象的过去和当前已知状况的分
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 有人口预测、市场预测、天气预报、台风路
径预测系统、病虫害预测系统等
4. 设计专家系统
• 任务 对给定的要求进行相应的设计
各种知识能否有效的结合。
知识表示和推理控制之间是否匹配。
选择的开发语言是否适合于系统的特性。
5.测试阶段：在运行大量实例的基础上，测试验
证所设计的系统是否合理，做出评估，并进一步修
改、扩充和完善。有时，在实际运行时，会采取一
边运行一边修改提高，一边运行一再修改完善。
设计时应考虑的问题
6. 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
具有解释、预报、诊断、规划和执行等多种功能
• 例子 用于各种大型设备及系统的控制、生产过程控
制和生产质量控制等，维持钻机最佳钻深的控制系
统。
7.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，
2.推理机设计：
控制策略与推理方向：正向推理还是逆向推理，何时
结束，结束的条件是什么。
推理的效果与效率：正确利用知识避免组合爆炸。
3.“人/机”接口设计：
在目前以及未来，都应该采取日益成熟的多媒体技术
完成，“人/机”接口主要完成知识的获取以及与用 户进行信息交流。越接近人类的自然状态越好。
专家系统开发工具
障的原因并给出排除故障的方案
• 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、机器故障诊断、产品质量鉴定、计算机