第六章专家系统

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80年代，专家系统在全世界得到迅速发展和广 泛应用,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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6.1 专家系统概述
9. 教学专家系统 (expert system for instruction)



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教学专家系统的任务是根据学生的特点、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。 教学专家系统的特点为： (a)同时具有诊断和调试等功能。 (b)具有良好的人机界面。 已经开发和应用的教学专家系统有美国麻省理工学院 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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1.产生与发展过程(3)


进入20世纪80年代以后，专家系统的研发开 始趋于商品化。 90年代，出现市售商品专家系统开发工具，如 CLIPS。用这个软件工具可以快捷地开发出专 用的专家系统
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2. 专家系统的成就




专家系统是人工智能领域唯一有商品化实用价值的软件系统。在医学、 探控、航空航天、经济、金融、分子化学、管理等领域都出现过毫不逊 于人类专家的专家系统。 例如，著名中医诊疗专家系统GUDES-1就可以把我国数万诊所提高到名 医水平。专家系统的社会、经济效益可想而知。 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。
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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： (a)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。 (b)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。比较典型的规划专家系统的例子有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以及小麦和水稻施肥专家 系统等。
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6.1 专家系统概述
8. 调试专家系统 (expert system for debugging)

Baidu Nhomakorabea

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 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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1 专家系统的产生与发展



1968年世界上的第一个专家系统DENDRAL在美国斯坦福大学研发成功。 由质谱分析仪数据解释化合物分子结构的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，MIT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。
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 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 专家系统是人工智能应用研究的主要领域之一。70年代中期，专 家系统的开发获得成功。正如专家系统的先驱费根鲍姆 (Feigenbaum)所说：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。这正符合 一句名言：知识就是力量。
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6.1 专家系统概述
6.监视专家系统 (expert system for monitoring)


任务监视专家系统的任务在于对系统、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。监视专家系统具有下列特点： (a)系统应具有快速反应能力，在造成事故之前及时发出警报。 (b)系统发出的警报要有很高的准确性。在需要发出警报时发警 报，在不需要发出警报时不得轻易发警报(假警报)。 (c)系统能够随时间和条件的变化而动态地处理其输入信息。 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。
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6.1 专家系统概述
7. 控制专家系统 (expert system for control)


任务控制专家系统的任务是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。 控制专家系统的特点为：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。 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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2 专家系统的定义


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，它能运用某 个领域一个或多个专家多年积累的经验和专门知识，模拟领域专家求解 问题时的思维过程，以解决该领域中的各种复杂问题。 具有三个方面的含义：



它是一种具有智能的程序系统。能运用专家知识和经验进行推理的启发式 程序系统。 它必须包含有大量专家水平的领域知识，并能在运行过程中不断地对这些 知识进行更新。 它能应用人工智能技术模拟人类专家求解问题的推理过程，解决那些本来 应该由领域专家才能解决的复杂问题。
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1.产生与发展过程(2)


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。
6.1 专家系统概述
10. 修理专家系统 (expert system for repair)


任务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。 此外，还有决策专家系统和咨询专家系统等。
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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： (a) 善于从多方面的约束中得到符合要求的设计结果。 (b) 系统需要检索较大的可能解空间。 (c) 善于分析各种子问题，并处理好子问题间的相互作用。 (d) 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。 (e) 能够使用已被证明是正确的设计来解释当前的(新的)设计。 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。

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
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6.1 专家系统概述
1.解释专家系统 (expert system for interpretation)



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 – 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因而要求系统具有对自身的推理 过程作出解释的能力。 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 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。
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6.1 专家系统概述
3. 诊断专家系统 (expert system for diagnosis)

任务诊断专家系统的任务是根据观察到的情况(数据)来


推断出某个对象机能失常(即故障)的原因。 诊断专家系统具有下列特点： (a) 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。 (b) 能够区分一种现象及其所掩盖的另一种现象。 (c) 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。 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。
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6.1 专家系统概述
2. 预测专家系统 (expert system for prediction)


预测专家系统的任务是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。预测专家系统具有 下列特点： (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。
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6.1.1 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。
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6.1 专家系统概述
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专家系统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方法来处理该领域问题。也 就是说，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。