第7章 专家系统人工智能
人工智能专家系统
人工智能专家系统人工智能（Artificial Intelligence，简称AI）专家系统是一种基于计算机技术和人类专家经验的智能化系统。
它能够模拟和实现人类专家在特定领域的问题解决能力，可以用于辅助决策、问题诊断和解决方案推荐等方面。
本文将从专家系统的定义、原理、组成和应用等四个方面进行论述。
一、专家系统的定义专家系统是一种基于知识工程的人工智能系统，它通过模拟和利用领域专家的经验和知识来解决特定领域的问题。
专家系统主要由知识库、推理机和用户界面三部分组成。
知识库存储了经验和知识，推理机则对知识进行推理和运算，用户界面则提供了用户与系统进行交互的接口。
二、专家系统的原理专家系统的原理可以概括为知识获取、知识表示、知识推理和知识应用四个步骤。
知识获取是指将专家的经验和知识进行提取和整理，并存储到系统的知识库中；知识表示是指将知识以适当的形式进行表达和组织，以便系统能够理解和推理；知识推理是指根据系统中的知识，通过推理机对问题进行分析和推理；知识应用是指将推理得到的结果转化为实际解决方案，供用户使用。
三、专家系统的组成专家系统主要由知识库、推理机和用户界面三部分组成。
知识库是专家系统存储知识和经验的地方，常见的形式包括规则库、案例库和模型库等。
推理机是专家系统进行推理和运算的核心组件，它能够根据知识库中的知识进行逻辑推理和问题求解。
用户界面则提供了用户与系统进行交互的接口，使用户能够方便地向系统提供问题并获取解决方案。
四、专家系统的应用专家系统在各个领域都有广泛的应用。
在医疗领域，专家系统可以用于辅助疾病诊断和治疗方案选择；在金融领域，专家系统可以用于风险评估和投资决策；在工业领域，专家系统可以用于故障诊断和维修指导。
此外，专家系统还可以应用于法律、教育、交通等领域，为人们提供更加智能化和便捷化的服务。
综上所述，人工智能专家系统是一种基于计算机技术和人类专家经验的智能化系统。
它能够模拟和实现人类专家在特定领域的问题解决能力，具有广泛的应用前景。
第7章专家控制系统
第7章 专家控制系统教学内容首先介绍专家系统基本概念、特征、组成以及基本类型。
然后讲授专家控制系统的工作原理，最后介绍了建立专家系统的步骤和专家控制器。
教学重点1．专家系统的概念，即它是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。
将专家系统同控制理论和技术相结合，对系统进行控制形成专家控制系统。
把专家系统作为控制器称为专家控制器。
专家系统的基本组成，即由知识库、推理机、解释接口等组成。
2．专家控制系统工作原理。
专家系统设计的基本步骤：认识和阶段化概念，实现阶段，获取知识、构造外部知识库，调试和检验阶段。
教学难点专家系统的工作原理、知识的表示和获取，专家系统的设计。
教学要求1．了解专家系统的概念，理解专家控制系统、专家控制器的概念。
2．掌握专家系统的特征、组成和基本类型。
3．理解专家控制系统的工作原理。
知识的表示和获取。
4．掌握建立专家系统的步骤。
5．了解专家控制器的组成，专家控制器的设计原则。
7.1 概述7.1.1 专家系统的起源与发展人工智能科学家一直在致力于研制在某种意义上讲能够思维的计算机软件，用以“智能化”的处理、解决实际问题。
60年代，科学家们试图通过找到解决多种不同类型问题的通用方法来模拟思维的复杂过程，并将这些方法用于通用目的的程序中。
然而事实证明这种“通用”程序处理的问题类型越多，对任何个别问题的处理能力似乎就越差。
后来，科学家们认识到了问题的关键即计算机界程序解决问题的能力取决于它所具有的知识量的大小。
为使一个程序智能化，必须使其具有相关领域的大量高层知识。
为解决某具体专业领域问题的计算机程序系统的开发研制工作，导致专家系统这一新兴学科的兴起。
从本质上讲，专家系统是一类包含着知识和推理的智能计算机程序，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识和经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域的问题。
1965年斯坦福大学开始建立用于分析化合物内部结构的DENTRAL系统，首先使用了“专家系统”的概念。
7 第7章 智能控制
PS NM NS NS ZO ZO
PM NB NB NM NM NS
PB NB NB NB NM NM
NB NS ZO PS PB
R1：如果E是NB 且 EC是NB，则U是NB
第一节 模糊控制 二.模糊控制器
3. 模糊推理
利用模糊规则和近似推理获得模糊控制作用
C ( z ) { [ A ( x ) A ( x )]} { [ B ( y ) B ( y )]} C ( z )
第二节 专家规则控制 二.专家系统
专家系统结构
第二节 专家规则控制 二.专家系统
(1) 知识库：存储某个具体领域的专门知识
产生式规则，if … then … (2) 数据库 表征应用对象的特性、状态、求解目标等 (3) 推理机：自动推理的计算机软件
运用知识库提供的知识，基于某种通用的问题 求解模型，自动推理、求解问题
情况
偏差及导数的变化、生产要求或负荷的变化、 设备情况的变化、环境条件的变化
规则 来自知识
如产生式规则：if … then …
第二节 专家规则控制
专家规则控制可在3个层次实施
基本控制层：用一组控制规则作为控制率，依 据工况的不同，选用不同的规则
特性监测控制层：依据控制过程情况，选用不 同的控制器参数，仍采用传统的控制器 监督层：进行有效的决策或选择适当的控制器 结构
x y
( 1 2 ) C 1 ( z )
ω1∧ω2表示“如果x 是A’且y是B’”对于“如果x 是A且y是B”的匹配程度，称为激励函数
第一节 模糊控制 一.模糊数学基础
模糊推理过程
μ A1 A’ μ min
第7章专家系统人工智能
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 。
2. 基于规则专家系统的结构 推理机
工作存储器
解释器
知识库
用户界面
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 在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
开发基于框架专家系统的主要任务
定义问题，包括对问题和结论考察与综述 分析领域，包括定义事物、事物特征、事件和框架结构 定义类及其特征 定义例及其框架结构 确定模式匹配规则 规定事物通信方法 设计系统界面 对系统进行评价 对系统进行扩展，深化和扩宽知识
6.4.1 基于模型专家系统的提出
❖ 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
6.4 Model-based Expert System 基于模型的专家系统
The contribution & limitation of Rule-based ES Use various qualitative models to AI An expert system integrated with various models
第七章 专家系统
(a) 系统处理的数据随时间变化，而且可 能是不准确和不完全的。
(b) 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， 并达到快速响应的要求。
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。
❖ 当前提为真时，该规则将前提与一个行为结 合起来，否则与另一个行为结合起来，并且 可以用一个-1到+1之间的数字来表示在该前 提下行为的可信程度。如一条判断细菌类别 的规则可表示如下：
❖ 其含意如下： 如果培养物的部位是血液 细菌的类别确不知道 细菌的染色是革蓝氏阴性 细菌的外形是杆状 病人被严重地烧伤 那么以不太充分的证据(可信程度0.4)说
7.1 专家系统概述
❖ 研究背景
专家系统（expert system expert system），是人工 智能应用研究领域中非常活跃和非常广泛的课题 之一。
❖ 定义
专家系统是一个含有大量的某个领域专家水平的 知识与经验智能计算机程序系统，它能够利用人 类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问 题。
(4) 解释器(explanator) 解释器能够向用户解释专家系统的行为，
包括解释推理结论的正确性以及系统输出其 它候选解的原因。
(5) 接口(interface) 接口又称界面，它能够使系统与用户进
行对话，使用户能够输入必要的数据、提出 问题和了解推理过程及推理结果等。系统则 通过接口，要求用户回答提问，并回答用户 提出的问题，进行必要的解释。
监视专家系统可用于核电站的安全监视、 防空监视与警报、国家财政的监控、传染病 疫情监视及农作物病虫害监视与警报等。粘 虫测报专家系统是监视专家系统的一个实例。
7人工智能导论
7.2.1 专家系统的定义 7.2.2 专家系统的特点
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7.2.1 专家系统的定义
1. 定义
费根鲍姆（E. A. Feigenbaum）： “专家系统是一种智能的计算机程序，它运用知识和推 理来解决只有专家才能解决的复杂问题。”
专家系统：一类包含知识和推理的智能计算机程序 。
（6）系统的体系结构不同。
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（2）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。
（3）处理对象： 传统程序：数值计算和数据处理。 专家系统：符号处理。
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7.2.2 专家系ຫໍສະໝຸດ 的特点o 专家系统与传统程序的比较
（4）传统程序：不具有解释功能。 专家系统：具有解释功能。
（5）传统程序：产生正确的答案。 专家系统：通常产生正确的答案，有时产生错误的答案。
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7.2.1 专家系统的定义
2. 专家系统的基本组成
知识库
数据库 规则库
知识获取
推理机
解释程序 调度程序
推理咨询
专家
系统用户
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7.2 专家系统的概念
7.2.1 专家系统的定义 7.2.2 专家系统的特点
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7.2.2 专家系统的特点
o 专家系统与传统程序的比较
（1）编程思想： 传统程序 = 数据结构+算法 专家系统 = 知识+推理
智能控制第七章 专家系统
7.4 专家控制系统
1、结构原理图
间接专家系统控制图2
7.4 专家控制系统
2、专家系统PLD控制结构设计
用专家系统实现智能PND控制的过程，实际上是模拟操作 人员调解PID参数判断和决策过程，是将数字PID控制方法 与专家系统融合起来，从模仿人征订参数的推理决策入手， 以经典Ziegler-Nichols相现在最优控制征订规则为基础，利 用实时控制信息和系统输出信息，将归纳为一系列征订规则， 并把征订过程分成预整定和自整定两部分，预整定运用于系 统初始投入运行且无法给出PID初始参数的场合，自整定运 用于系统正常运行时，不必再辨别对象特性和参数控制，只 需随对象特性的变化而进行迭代优化的场合。
7.2 专家系统的知识表示法
(1) 黑板：黑板用于存储所有知识源可访问的知识，它的全局数据结构被用 于组织问题求解数据，并处理各知识源之间的通讯问题。放在黑板上的对象 可以是输入数据、局部结果、假设、选择方案和最后结果等。各知识源之间 的交互作用是通过黑板执行的。一个黑板可被分割为无数个子黑板；也就是 说，按照求解问题的不同方面，可把黑板分为几个黑板层。 (2) 知识源：知识源是领域知识的自选模块；每个知识源可视为专门用于处 理一定类型的较窄领域信息或知识的独立程序，而且具有决定是否应当把自 身信息提供给问题求解过程的能力。黑板系统中的知识源是独立分开的，每 个知识源具有自己的工作过程或规则集合和自有的数据结构，包含知识源正 确运行所必须的信息。知识源的动作部分执行实际的问题求解，并产生黑板 的变化。知识源能够遵循各种不同的知识表示方法和推理机制。因此，知识 源的动作部分可为一个含有正向／逆向搜索的产生式规则系统，或者是一个 具有填槽过程的基于框架的系统。 (3) 控制器：黑板系统的主要求解机制是由某个知识源向黑板增添新的信息 开始的。然后，这一事件触发其它对新送来的信息感兴趣的知识源。接着， 对这些被触发的知识源执行某些测试过程，以决定它们是否能够被合法执行。 最后，一个被触发了的知识源被选中，执行向黑板增添信息的任务。这个循 环不断进行下去。
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专家系统的开发
2.专家系统的基本设计思想与基本设计原则
(6) 以各种事例来试验所设计的系统。 研究那些产生不准确结论的事例，并且确定 系统可以做些什么修改以校正错误。修改系 统后要检验系统对这些事例产生的结果以及 系统的这些修改对其它事例的影响。
专家系统的开发
2.专家系统的基本设计思想与基本设计原则
各类专家系统之间具有一些共同的问题。 对于一些任务相似的专家系统，由于问题特 征不同而具有不同的求解方法；而另一些任 务不同的专家系统，由于问题性质相近而具 有类似的求解方法。显然，从问题的一般特 征出发来考虑建立模型的方法，能够更易于 抓住问题的本质。
专家系统的开发
3.专家系统的开发工具 目前国外出现了许多专用的专家系统工
•
6、无论你正遭遇着什么，你都要从落魄中站起来重振旗鼓，要继续保持热忱，要继续保持微笑，就像从未受伤过一样。
•
7、生命的美丽，永远展现在她的进取之中;就像大树的美丽，是展现在它负势向上高耸入云的蓬勃生机中;像雄鹰的美丽，是展现在它搏风击雨如苍天之魂的翱翔中;像江
河的美丽，是展现在它波涛汹涌一泻千里的奔流中。
专家系统的开发
3.专家系统的开发步骤
(1) 设计初始知识库。知识库的设计是 建立专家系统最重要和最艰巨的任务。初始 知识库的设计包括：
(c) 概念形式化，即确定用来组织知 识的数据结构形式，应用人工智能中各种知 识表示方法把与概念化过程有关的关键概念 、子问题及信息流特性等变换为比较正式的 表达，它包括假设空间、过程模型和数据特 性等。
•
4、心中没有过分的贪求，自然苦就少。口里不说多余的话，自然祸就少。腹内的食物能减少，自然病就少。思绪中没有过分欲，自然忧就少。大悲是无泪的，同样大悟
七章专家系统精品PPT课件精选全文完整版
2024/10/16
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专家系统的特点
（1）从处理问题的性质看：专家系统善于解决那些不 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，专家系统是基于知识的智能问题求 解系统。
（3）从系统的机构来看：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。
和发展。 专家系统的形式也是普及科技知识的好
形式。
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专家系统的应用
（1）应用范围和应用领域不受限制 （2）专家系统的广泛应用产生了良好的
经济效益和社会效益。 （3）专家系统的应用实例以及在生产制
造领域中的广泛应用。
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专家系统的发展概况
20世纪60年代，DENDRAL的建成标志着专家系统的 诞生。
块
块
1
m
（1）实际问题错综复 杂，可能需要多次推 理，所以知识库是多 层的或多块的。 （2）实际问题往往 不仅需要推理，而且 还需要做一些处理， 所以增加处理模块。
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多 媒体 人 机界 面
方法 选择
参数 确定
图件 绘制
图形 评价
I
O 接口
方法 知识 库
动态 数据库
参数 知识 库
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专家系统的结构
概念结构 实际结构 网络与分布式结构 黑板模型
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概念结构
人机界面
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
人工智能的专家系统技术
人工智能的专家系统技术导言：人工智能（Artificial Intelligence，AI）是一门研究如何使计算机可以像人一样智能地执行任务的学科。
专家系统是其中一种应用广泛的人工智能技术，它模仿人类专家的知识和推理能力，通过计算机实现对复杂问题的解决和决策。
一、专家系统的概述专家系统是一种基于知识的计算机系统，能够模拟人类专家的决策过程，对特定领域的问题进行分析和解决。
它主要由知识库、推理机和用户界面组成。
专家系统的知识库是存储各种领域专家知识的地方，包括事实、规则、经验、案例等。
知识库使用特定的语言表示和存储知识，使得专家系统能够在特定领域中模拟专家的决策过程。
推理机是专家系统的核心，它通过使用专家系统的知识库和推理规则对问题进行推理和决策。
推理机根据用户输入的问题和已有的知识，进行搜索和匹配，产生一系列推理结果。
推理机还可以根据问题的特点，使用不同的推理方式，如正向推理、反向推理、混合推理等。
用户界面是专家系统与用户之间的桥梁，用户通过界面与专家系统交互，输入问题和获取答案。
用户界面可以是命令行界面、图形界面或自然语言界面等，使得用户能够方便地使用专家系统。
二、专家系统的组成1. 知识获取知识获取是专家系统开发的第一步，它通过采访领域专家、查阅文献、观察现场等方式，收集专家知识并转化为计算机可识别的形式。
知识获取的关键是提取和表示知识，需要选择适当的表示方法和知识表示语言。
2. 知识表示知识表示是将采集到的知识以适当的形式表示和存储，使得计算机可以理解和使用这些知识。
常用的知识表示方法有规则表示、语义网络表示、框架表示等。
规则表示是最常用的方法，将知识表示为一系列条件-动作规则，通过匹配规则，实现对问题的推理和决策。
3. 知识推理知识推理是专家系统的核心功能，它利用知识库和推理规则对问题进行推理和决策。
专家系统的推理机通常采用基于规则的推理方法，通过匹配规则和问题，产生推理结果。
推理过程可以是正向推理、反向推理或混合推理，根据问题的特点，选择合适的推理方式。
第七章专家系统
控制型专家系统
能根据具体情况，控制整个系统的行为 代表性：YES/MVS（帮助监控和控制MVS操作系统）
本讲稿第十五页，共三十八页
专家系统的类型
监督型专家系统
(2) 知识库管理系统
对知识库中的知识组织、检索和维护
本讲稿第十八页，共三十八页
专家系统的一般结构
推理机
模拟领域专家的思维过程，控制并执行对问题的求解
推理机包括推理方法和控制策略两部分
推理方法有精确推理和不精确推理
控制策略主要指推理方向控制及推理规则选择策略
推理有正向推理、反向推理和正反向混合推理
解释机构 回答用户提出的问题，解释系统的推理过程，使系统对用户透明
本讲稿第二十页，共三十八页
专家系统的工作原理
根据知识库中的知识和用户提供的事实进行推 理，不断地由已知的前提推出未知的结论即中 间结果，并将中间结果放到数据库中，作为已 知的新事实进行推理，从而把求解的问题由求 知状态转换为已知状态
CASNET是一个几乎与MYCIN同时开发的专家系统，由拉特格尔（Rutger） 大学开发，用于青光眼诊断与治疗
AM系统是由斯坦福大学于1981年研制成功的专家系统
模拟人类进行概括、抽象和归纳推理，发现某些数论的概念和定理
本讲稿第五页，共三十八页
专家系统的产生和发展
第二阶段特点： (1) 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； (3) 具有推理解释功能，透明性好； (4) 采用启发推理、不精确推理； (5) 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
第七章_专家系统
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任务复杂程度和ES系 统体系结构间的相 关性 随问题求解 任务复杂程度的增 加，需要在体系结 构设计时渐增地采 用一些相适应的推 理技术。 不存在最好的 设计体系结构的通 用原则，再好的原 则也只能适用于一 定的范围。
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1 ES系统的特点 1) 具有求解问题所需的专门知识：
应用领域的基本原理和常识——专门知识的主部，可以精确地定 义和使用，为普通技术人员所掌握，求解问题的基础；不与求解的问题 紧密结合，知识量大和推理步小，不能高效地支持问题求解。
领域专家求解问题的经验知识——对如何使用前者解决问题所作的 高度集中、抽象和浓缩的描述；使问题求解过程可以大踏步地发展， 高效高质地解决困难和复杂问题；使用这类知识的条件比较苛刻，条 件不满足时会导致不正确的解答甚至推理失败。
<条件> := <简单条件> |（$OR {<简单条件>}+）
简单条件常用7类函数表示：（SAME <对象> <属性> <值>）；
最常用的动作函数：(CONCLUDE <对象> <属性> <值> TALLY <结 论CF>)；
TALLY——存放规则前提的可信度(CF—Certainty Factor)；
用控制结构的基础上)， * 能适用于较宽广的应用领域， * 增加了ES系统的开发和维护困难。 开发工具箱(开发环境)： KEE
人工智能基础 第七章 专家系统
专家、知识工程师
用户
人机交互界面
专业知识
知识获取
机器能理解的 表达形式
知识库
解释器
综合数据 库
推理机
专家系统的工作过程
专家系统的基本工作过程是，用户通过人机界面回答系统的提 问，推理机将用户输入的信息与知识库中各个规则的条件进行匹 配，并把被匹配规则的结论存放到综合数据库中。最后，专家系 统将得出最终结论呈现给用户。
专家系统概述
专家系统定义
专家系统（Expert System，ES）是人工智能的一个重要分支， 也是目前人工智能中最活跃、最广泛、最有成效的应用研究领域。
专家可以很好地解决本领域的问题，是因为具有本领域的专门 知识。计算机系统将社会专家的专业领域知识进行充分的整理、 集中并总结表达出来,运用知识和推理来解决只有专家才能解决的 复杂问题，就是专家系统研究的目的。
专家系统概述
专家系统的类型
解
预
诊
设
监
释
测
断
计
视
型
型
型
型
型
专
专
专
专
专
家
家
家
家
家
系
系
系
系
系
统
统
统
统
统
教
控
学
制
型
型
专
专
家
家
系
系
统
统
规
维
调
划修试型型型专专
专
家
家
家
系
系
系
统
统
统
专家系统的结构与工 作原理
专家系统的基本结构
专家系统因领域和功能特点不同，结构有一定差别，但专家系统通常由 人机接口、推理机、知识库及其管理系统、数据库及其管理系统、知识 获取机构、解释机构六个部分构成，如图所示。
人工智能专家系统
专家系统的开发
3.专家系统的开发工具
4）支撑环境 支撑设施是指帮助进行程序设计的工具，它常被 作为知识工程语言的一部分。工具支撑环境仅是一个 附带的软件包，以便使用户界面更友好。它包括四个 典型组件：调试辅助工具、输入输出设施、解释设施 和知识库编辑器。
专家系统概论
1.专家系统的概念 2.专家系统的基本结构 3.专家系统的开发
专家系统的概念
1.什么是专家系统
专家系统是一个具有大量的专门知识与 经验的程序系统，它应用人工智能技术和计 算机技术，根据某领域一个或多个专家提供 的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类 专家的决策过程，以便解决那些需要人类专 家处理的复杂问题，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。
专家系统的概念
3.专家系统的类型
对专家系统可以按不同的方法分类。通 常，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。
专家系统的基本结构
1.专家系统的基本结构
专家系统的基本结构 如图所示，其中箭头方向 为数据流动的方向。专家 系统通常由人机交互界面、 知识库、推理机、解释器、 综合数据库、知识获取等 6个部分构成。
专家系统的开发
2.专家系统的基本设计思想与基本设计原则
(5) 建立中间假设。引入中间假设的目 的是为了减少规则数量和简化推理过程。例 如，由观测的组合可以产生中间假设组合H1、 H2和H3。利用这些中间假设的组合合取 (H1∧H2∧H3)可以减少产生式规则组合的 增长率。同时，还可以采取以下的做法：先 独立地确定中间假设H，然后在进一步的推理 中，利用H的肯定或否定，而不是始终以事实 来推理。
第7章 专家系统
• 3.专家系统的优点 专家系统的优点 具体地说,包括下列八个方面 包括下列八个方面: 具体地说 包括下列八个方面 (1) 专家系统能够高效率、准确、周到、迅速 专家系统能够高效率、准确、周到、 和不知疲倦地进行工作。 和不知疲倦地进行工作。 (2) 专家系统解决实际问题时不受周围环境的 影响,也不可能遗漏忘记 也不可能遗漏忘记。 影响 也不可能遗漏忘记。 (3) 可以使专家的专长不受时间和空间的限制 可以使专家的专长不受时间和空间的限制, 以便推广珍贵和稀缺的专家知识与经验。 以便推广珍贵和稀缺的专家知识与经验。 (4) 专家系统能促进各领域的发展。 专家系统能促进各领域的发展。 (5) 专家系统能汇集多领域专家的知识和经验 以及他们协作解决重大问题的能力。 以及他们协作解决重大问题的能力。 (6) 军事专家系统的水平是一个国家国防现代 化的重要标志之一。 化的重要标志之一。 (7) 专家系统的研制和应用 具有巨大的经济效 专家系统的研制和应用,具有巨大的经济效 益和社会效益。 益和社会效益。 (8) 研究专家系统能够促进整个科学技术的发 展。
2.理想专家系统的结构 理想专家系统的结构
•
接口是人与系统进行信息交流的媒介 它为用户提供 接口是人与系统进行信息交流的媒介,它为用户提供 是人与系统进行信息交流的媒介 了直观方便的交互作用手段。 了直观方便的交互作用手段。 黑板是用来记录系统推理过程中用到的控制信息 是用来记录系统推理过程中用到的控制信息、 黑板是用来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。它包括计划、 间假设和中间结果的数据库。它包括计划、议程和中间 解三部分。 解三部分。 知识库包括两部分内容 包括两部分内容。 知识库包括两部分内容。一部分是已知的同当前问题 有关的数据信息;另一部分是进行推理时要用到的一般 有关的数据信息 另一部分是进行推理时要用到的一般 知识和领域知识。 知识和领域知识。 调度器按照系统建造者所给的控制知识 从议程中选 调度器按照系统建造者所给的控制知识,从议程中选 按照系统建造者所给的控制知识 择一个项作为系统下一步要执行的动作。 择一个项作为系统下一步要执行的动作。执行器应用知 识库中的及黑板中记录的信息,执行调度器所选定的动 识库中的及黑板中记录的信息 执行调度器所选定的动 协调器的主要作用就是当得到新数据或新假设时, 作。协调器的主要作用就是当得到新数据或新假设时 对已得到的结果进行修正,以保持结果前后的一致性 以保持结果前后的一致性。 对已得到的结果进行修正 以保持结果前后的一致性。 解释器的功能是向用户解释系统的行为 包括解释结 解释器的功能是向用户解释系统的行为,包括解释结 的功能是向用户解释系统的行为 论的正确性及系统输出其它候选解的原因。 论的正确性及系统输出其它候选解的原因。
第七章专家系统
知识获取机构
“瓶颈”，是建造和设计专家系统的关键 基本任务是为专家系统获取知识，建立起健全、完善、有效的知识库，
以满足求解领域问题的需要 要对知识进行一致性、完整性检测
现在学习的是第19页，共38页
专家系统的一般结构
人机接口
专家系统与领域专家、知识工程师、一般用户间进行交互的界面 由一组程序及相应的硬件组成，用于完成输入输出工作 更新、完善、扩充知识库；推理过程中人机交互；结束时显示结果 数据库
保存和大面积推广各种专家的宝贵知识
博采众长
比人类专家更可靠，更灵活
现在学习的是第3页，共38页
专家系统的产生和发展
第一阶段（60年代末—70年代初）
第一个里程碑：斯坦福大学费根鲍姆等人于1968年研制成功的DENDRAL— —分析化合物分子结构的专家系统分析
利用质谱和核磁共振等化学实验数据推断出未知化合物的可能分子结构 MYCSYMA系统是由麻省理工学院（MIT）于1971年开发成功并投入应用
传统程序处理的数据多是精确的，对数据的检索是 基于模式的布尔匹配，而专家系统处理的数据和知 识大多是不精确的、模糊的，知识的模式匹配也多 是不精确的
传统程序一般不具有解释功能，而专家系统一 般具有解释机构，可解释自己的行为
现在学习的是第10页，共38页
专家系统与传统程序的区别
⑤ 传统程序根据算法求解问题，每次都能产生正 确答案，专家系统像人类专家那样工作，通常 产生正确的答案，但有时也会产生错误的答 案
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专家系统的特点
具有专家水平的专门知识 能进行有效的推理 具有启发性 能根据不确定（不精确）的知识进行推理 具有灵活性 具有透明性 具有交互性
人工智能与专家系统
人工智能与专家系统人工智能（Artificial Intelligence,）AI 是一门旨在模拟、延伸和扩展人类智能的学科，涉及机器学习、自然语言处理、计算机视觉、知识表示和推理等领域。
而专家系统（Expert System）则是人工智能的一个重要应用领域，它通过运用专家知识和推理技术，模拟人类专家的思维过程，解决具有专门知识领域的问题。
一、人工智能的发展与应用从最早的机器学习算法到如今的深度学习网络，人工智能技术已经取得了巨大的突破。
人工智能已广泛应用于自动驾驶、语音识别、图像识别、机器翻译等领域，成为当今科技发展的关键驱动力。
人工智能的快速发展使得专家系统在各个领域中有了更广泛的应用。
二、专家系统的基本原理与结构专家系统是一种模拟专家决策过程的计算机程序。
它由知识库、推理机和解释器三个主要部分组成。
知识库储存专家的知识和规则，推理机根据知识库中的知识和规则进行推理和决策，而解释器则负责解释推理结果并与用户进行交互。
三、专家系统在医疗领域的应用专家系统在医疗领域的应用十分广泛。
例如，利用专家系统可以帮助医生进行疾病诊断与治疗方案的选择，提高医疗效率和诊断准确性。
专家系统还可以用于监测患者的生理参数，实时预警并提供相应的治疗建议。
四、专家系统在金融领域的应用在金融领域，专家系统可以帮助投资人进行投资决策、风险评估和资产配置。
通过分析市场数据和行业动态，专家系统可以提供准确的投资建议，辅助投资人做出更明智的决策。
五、专家系统在工业制造中的应用专家系统在工业制造中的应用也非常广泛。
它可以通过分析生产数据和设备状态，实现智能化生产调度和故障预测。
借助专家系统，企业可以提高生产效率、降低生产成本，并实现工业制造的智能化转型。
六、专家系统的优势与挑战专家系统具有快速决策、高效率和可靠性等优势，可以有效提高工作效率和决策准确性。
然而，专家系统在知识获取、知识表示和知识更新等方面仍面临挑战。
由于领域知识的复杂性和不断变化，专家系统需要不断学习和更新知识，以保持其应用的准确性和可靠性。
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6.1.2 Structures & Building Step of ES 专家系统的结构和建造步骤
定义：指专家系统各组成部分的构造方法和组织 形式 专家系统结构
Expertise Knowledge Base
Input or Qห้องสมุดไป่ตู้ery
Reasoning Machine
Answer
Fig 6.1 Simplified block diagram of expert system
Reasoning Machine can select various relative knowledge from KB and construct problem solving sequences according to the particulars of the specific solved problems.
问题求解过程中知识应用的合理性可由检验专家 系统的解释推理路径来验证。
Flexibility 灵活性
Ability to extend and enrich the KB, and selflearning ability
专家系统的灵活性是指它的扩展和丰富知识库的 能力，以及改善非编程状态下的系统性能，即自 学习能力。
Transparency 透明性
Expert system can interpret its own inference process and answer user’s queries, so that user can understand the inference process，enhance the believe to ES。
Advantages of ES 优点
能高效、准确、周到、迅速和不知疲倦地工作。 专家系统解决实际问题时不受周围环境的影响，也 不会遗漏和忘记。 使专家的专长不受时间和空间的限制，以便推广珍 贵和稀缺的专家知识与经验。 专家系统能促进各领域的发展，使各领域专家的专 业知识和经验得到总结和精炼，能够广泛有力地传 播专家的知识、经验和能力。
专家系统能汇集多领域专家的知识和经验以 及他们协作解决重大问题的能力。
军事专家系统的水平是一个国家国防现代化 的重要标志之一。
专家系统的研制和应用，具有巨大的经济效 益和社会效益。
研究专家系统能够促进整个科学技术的发展。 专家系统对人工智能各个领域的发展起了很 大的促进作用，并将对科技、经济、国防、 教育、社会和人民生活产生极其深远的影响。
What is an Expert System?
Experts are people who are very familiar with solving specific types of problems. Expert system is an intelligent computer program that can perform special and difficult task in some field at the level of human experts. Expert system has been one of most active and important application fields of AI. Expert systems are mostly domain specific. Expert system has a very wide field of applications.
Advantages of ES 优点
Provides consistent answers for repetitive decisions, processes and tasks Holds and maintains significant levels of information Encourages organizations to clarify the logic of their decision-making Never "forgets" to ask a question, as a human might
专家系统是模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。 专家系统的基本功能取决于它所含有的知识，因此也把专家 系统称为基于知识的系统（knowledge-based system）。
6.1.1 Feature of Expert System (ES) 专家系统的特点
Heuristic 启发性
专家系统要解决的问题，其结构往往是不合理的， 其问题求解（problem-solving）知识不仅包括 理论知识和常识，而且包括专家本人的启发知识。 Use heuristic knowledge of expert to make inference, judgment, decision and conclusion.
理想专家系统的结构图
用户
接口
解释器
事实 规则
知识库
计划
执行器
议程
调度器
中间解 黑板
协调器
图6.2 理想专家系统的结构图
Ideal Architecture of ES
Knowledge Base Global Database Reasoning Machine Explanator Interface
6.1 Introduction
费根鲍姆把专家系统定义为一个应用知识和推理过程来求解 需要大量的人类专家解决难题经验的智能计算机程序。
专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统，它 应用人工智能技术和计算机技术，根据某领域一个或多个专 家提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类专家的决 策过程，以便解决那些需要人类专家才能处理好的复杂问题。
Ch.6 Expert Systems 第六章 专家系统
6.1 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 基于Web的专家系统 6.6 新型专家系统 6.7 专家系统设计 6.8 专家系统开发工具 6.9 小结
6.1 Introduction 专家系统概述