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第6章 专家系统
6.1 专家系统概述
6.5 新型专家系统
6.2 基于规则的专家系统 6.6 专家系统设计
6.3 基于框架的专家系统 6.7 专家系统开发工具
6.4 基于模型的专家系统 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,是目前AI应用研究的主要领域 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；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
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
18
6.1 专家系统概述
2. 专家系统的建造步骤
问题
再设计
改进
知识化
知识
概念化
概念
结构
形式化 规则化
规则
合法化
形式
重新阐述
图6.3建立专家系统的步骤
19
6.1 专家系统概述
推理机
图6.1专家系统结构简图
15
6.1 专家系统概述
用户
接口wk.baidu.com
解释器
事实 规则
知识库
计划
执行器
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
16
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。
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
7
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
12
6.1 专家系统概述
9. 教学专家系统 (expert system for instruction)
特点 – 同时具有诊断和调试等功能 – 具有良好的人机界面
例子 MACSYMA符号积分与定理证明系统， 计算机程序设计语言和物理智能计算机辅助 教学系统等
13
6.1 专家系统概述
10. 修理专家系统 (expert system for repair)
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
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
14
6.1 专家系统概述
6.1.3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
专家系统结构图
专家知识 知识库
输入或提问
答案
任务 通过对过去与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
6
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 –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。
9
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
–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
8
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
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
11
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
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。
17
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）
3
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
▪ 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
4
6.1 专家系统概述
1.解释专家系统 (expert system for interpretation)
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
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
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 – 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
5
6.1 专家系统概述
2. 预测专家系统 (expert system for prediction)
6.1 专家系统概述
6.5 新型专家系统
6.2 基于规则的专家系统 6.6 专家系统设计
6.3 基于框架的专家系统 6.7 专家系统开发工具
6.4 基于模型的专家系统 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,是目前AI应用研究的主要领域 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；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。
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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
18
6.1 专家系统概述
2. 专家系统的建造步骤
问题
再设计
改进
知识化
知识
概念化
概念
结构
形式化 规则化
规则
合法化
形式
重新阐述
图6.3建立专家系统的步骤
19
6.1 专家系统概述
推理机
图6.1专家系统结构简图
15
6.1 专家系统概述
用户
接口wk.baidu.com
解释器
事实 规则
知识库
计划
执行器
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
16
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。
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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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
12
6.1 专家系统概述
9. 教学专家系统 (expert system for instruction)
特点 – 同时具有诊断和调试等功能 – 具有良好的人机界面
例子 MACSYMA符号积分与定理证明系统， 计算机程序设计语言和物理智能计算机辅助 教学系统等
13
6.1 专家系统概述
10. 修理专家系统 (expert system for repair)
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
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
14
6.1 专家系统概述
6.1.3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
专家系统结构图
专家知识 知识库
输入或提问
答案
任务 通过对过去与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
6
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 –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。
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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
–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
8
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
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
11
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
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。
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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）
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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
▪ 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
4
6.1 专家系统概述
1.解释专家系统 (expert system for interpretation)
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
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
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 – 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
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6.1 专家系统概述
2. 预测专家系统 (expert system for prediction)