人工智能课件8之专家系统
人工智能与专家系统(PPT 51张)
电 脉 冲 输 入 树 突 细 胞 体 形 成 轴 突 传 输 突 触
输
出
信 息 处 理
图 物 神 经 元 功 能 模 型 1 2 .2 生
电 脉 冲 输 入 树 突 细 胞 体 形 成 轴 突 传 输 突 触
输
出
信 息 处 理
图 物 神 经 元 功 能 模 型 1 2 .2 生 黑箱
当常规方法解决不了或效果不佳时ANN方法才能显示出其优 越性。尤其对问题的机理不甚了解或不能用数学模型表示 的系统,如故障诊断、特征提取和预测等问题,ANN往往是最 有利的工具。另一方面, ANN对处理大量原始数据而不能用 规则或公式描述的问题, 表现出极大的灵活性和自适应性。
8.2 人工神经网络基础
存储和回忆 人工神经网络中存储图形的类型
–
–
在计算机中，数据和信息是存放在存贮 器中（RAM或ROM)，以8比特字节作为 存储单位。 在人工神经网络中，信息或图形不再限 定为8比特，它是多维的二进制数据或连 续信息。
8.2 人工神经网络基础
存储和回忆 人工神经网络中存储的两类图形 – 空间图形的存储 存储单个空间静态图像，如一幅画面。 – 时空图形的存储 存储一系列随时间变化的图像，比如电影。 – 我们讨论的人工神经网络存储的图形大多是空 间图形，因它是构成时空图形的基础。
单层网络
–
输入信号的加权和表示为：
– –
s是各结点加权和的行向量，s=(s1, s2,…, sn)。 输出向量 y=(y1, y2,…, yn)，其中yj=F(sj)。
8.2 人工神经网络基础
人工神经网络的拓扑结构
多层网络
– –
–
一般来说，大而复杂的网络能提供更强的计算 能力。 虽然目前已构成了很多网络模型，但它们的结 点都是按层排列的，这一点正是模仿了大脑皮 层中的网络模块。 多层网络是由单层网络进行级联构成的，即上 一层的输出作为下一层的输入。
人工智能讲座ppt—专家系统
MessageBox("哎！！日本战败后，第三次世界大战依然爆发啦","中日战争",MB_OK); if(fact[21]==1&&fact[22]==0&&fact[23]==0&&fact[25]==0&&fact[20]==1&&fact[26]==0)
4.3 初始事实（例子）
1、东海问题 2、欧盟调停 3、日本参拜靖国神社 4、中国解放钓鱼岛战役 5、中国攻占日本本土 6、美俄参战 目标条件：日本战败后，第三次世界大战爆发 设动态数据库、冲突集、待测试规则集均为空
4.4 推理图
日本战败后，第三次世界大战爆发
日本战败
中日摩擦
中日会谈
谈判破裂
战争爆发
3、 正向推理的流程图
四、 实验分析
4.1 实验题目
关于中日战争分析的专家系统
4.2 战争分析各阶段
1、产生摩擦 2、各方调停 3、中日会谈 4.1、谈判破裂 4.2（和平解决） 5、战争爆发 6、日本战败 7、第三次世界大战爆发
4.3 产生式规则
R1: if 东海问题 then 中日产生摩擦 R2: if 钓鱼岛危机 then 中日产生摩擦 R3: if 朝核问题 then 中日产生摩擦 R4: if 中日历史问题 then 中日产生摩擦 R5: if 中日产生摩擦∧美国调停 then 中日历史领土会谈 R6: if 中日产生摩擦∧欧盟调停 then 中日历史领土会谈 R7: if 中日产生摩擦∧联合国调停 then 中日历史领土会谈 R8: if 中日产生摩擦∧俄罗斯调停 then 中日历史领土会谈 R9: if 中日历史领土会谈∧(日本不承认历史∨ 参拜靖国神社) then 中日谈判破裂 R10: if 中日历史领土会谈∧（朝核成功 V 日本拒不归还钓鱼岛） then 中日谈判破裂 R11: if 中日历史领土会谈∧日本归还钓鱼岛 then 和平解决，中国收 回钓鱼岛 R12: if 中日历史领土会谈∧（日本退出东海 V 承认历史道歉）then 和平解决，中国收回钓鱼岛 R13: if 中日谈判破裂∧（朝核攻击日本 V 中国解放钓鱼岛战役 V 日 本袭击春晓油田） then 中日战争爆发 R14: if 战争爆发∧（日本钓鱼岛战败 V 中国攻占日本本土） then 日 本战败 R15: if 战争爆发∧ 美俄参战 then 第三次世界大战爆发 R16: if 日本战败∧ 美俄参战 then 日本战败后，第三次世界大战依 然爆发啦 R17: if 中日产生摩擦∧（朝核攻击日本 V 中国解放钓鱼岛战役 V 日 本袭击春晓油田） then 中日直接就开战啦
人工智能系统之专家系统
天津财经大学TIANJIN UNIVERSITY OF FINANCIALAND ECONOMY论文题目人工智能系统之专家系统学生姓名秦健应学生学号201011148所在班级计算机学科学与技术1002班院系名称理工学院信息科学与技术系总论人工智能又称机器智能，是计算机科学中的一门边缘科学。
专家系统是人工智能中最重要的也是最活跃的一个应用领域，它实现了人工智能从理论研究走向实际应用、从一般推理策略探讨转向运用专门知识的重大突破。
专家系统是早期人工智能的一个重要分支，它可以看作是一类具有专门知识和经验的计算机智能程序系统，一般采用人工智能中的知识表示和知识推理技术来模拟通常由领域专家才能解决的复杂问题。
起源与发展20世纪60年代初，出现了运用逻辑学和模拟心理活动的一些通用问题求解程序，它们可以证明定理和进行逻辑推理。
但是这些通用方法无法解决大的实际问题，很难把实际问题改造成适合于计算机解决的形式，并且对于解题所需的巨大的搜索空间也难于处理。
1965年，f.a.费根鲍姆等人在总结通用问题求解系统的成功与败经验的基础上，结合化学领域的专门知识，研制了世界上第一个专家系统dendral ，用其可以推断化学分子的结构。
20多年来，知识工程的研究，专家系统的理论和技术不断发展，应用渗透到几乎各个领域，开发了几千个的专家系统，其中不少在功能上已达到，甚至超过同领域中人类专家的水平，并在实际应用中产生了巨大的经济效益。
专家系统的发展已经历了3个阶段，正向第四代过渡和发展。
第一代专家系统（dendral、macsyma等）以高度专业化、求解专门问题的能力强为特点。
但在体系结构的完整性、可移植性等方面存在缺陷，求解问题的能力弱。
第二代专家系统（mycin、casnet、prospector、hearsay等）属单学科专业型、应用型系统，其体系结构较完整，移植性方面也有所改善，而且在系统的人机接口、解释机制、知识获取技术、不确定推理技术、增强专家系统的知识表示和推理方法的启发性、通用性等方面都有所改进。
人工智能专家系统
一个表，表中的元素用空格分开，没有元素的表
称为空表，用( )或者nil表示。
•
④符号表达式：原子和表的统称。
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LISP语言
• LISP的符号表达式采用前缀表示形式，即 表中第一个元素是函数符号名，其余的元 素是这个函数要求的运算或处理的元素。
• 例如：(setq y (* 2 3 4 ) )
• a、取表部分内容的函数
• ①car函数：取表的第一个元素
•
（car ‘(a b c)) → a
• ②cdr函数：取表中去除第一个元素的余下表
•
（cdr ‘(a b c)) → (b c)
• ③car和cdr的连续作用
•
(car (cdr (cdr (cdr ‘(a b c d e f )))))
•
(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
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LISP语言
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LISP语言
• (2)求值与赋值函数
• a、禁止求值函数 quote ’
出的新事实放入数据库中，并分别形成“已知事实
链表”和“结论事实链表”。
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专家系统实例
– 推理机：用于实现推理，推理中凡是被选中参 加推理的规则形成“已使用规则链表”。
– 解释机构：用于回答用户的问题，它将根据 “已使用规则链表”进行解释。
– 推理过程：采用正向推理和反向推理。
人工智能导论(第3版)第8章 专家系统习题解答[1页]
![人工智能导论(第3版)第8章 专家系统习题解答[1页]](https://img.taocdn.com/s3/m/770dad19b6360b4c2e3f5727a5e9856a561226af.png)
习题8
8.1 什么是专家系统？专家系统具有哪些特点？
解：略。
8.2简述专家系统的构成及各部分的作用。
解：略。
8.3 什么是基于规则的专家系统和基于框架的专家系统？它们各自有何特点？
解：基于规则的专家系统包含五部分：知识库，数据库，推理引擎，解释工具和用户界面。
系统的主要部分是知识库和推理引擎。
特点：自然语言的表达，结构统一化，知识与处理的分离，对不完整、不确定知识的处理能力。
基于框架的专家系统建立在框架基础上，采用面向目标编程技术，框架的设计和面向目标的编程共享许多特征。
特点：在设计基于框架的专家系统时，把整个问题和每件事想象为编织起来的事物，框架的继承、槽和方法。
8.4基于模型的专家系统在结构上有何特点？
解：模型结构上可以是表示系统部分-整体之间的结构模型，也可以是表示各部分之间功能的功能模型，或是各部分之间因果关系的因果模型等。
因果模型中，根据模型各部分因果关系特性组成，一个部分特性由另外一个或多个特性所决定。
8.5简述专家系统开发的一般方法步骤。
解：略。
8.6新型专家系统有何特点？什么是分布式专家系统和协同式专家系统？
解：略。
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。
人工智能课件之专家系统
8.4.1 PROSPECTOR的功能与结构 PROSPECTOR的研究目的是：勘探矿产资源，扩
大技术培训及集中多个专家的知识来解决给定的资源 问题。PROSPECTOR系统给地质勘探人员提供下列几 种帮助：
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（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。
第8章 专家系统
(3)从系统的结构来看，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。
第8章 专家系统
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
图8―2 专家系统的理想结构
第8章 专家系统
8.2.2 实际结构 上面介绍的专家系统结构，是专家系统的概念模
型，或者说是只强调知识和推理这一主要特征的专家 系统结构。但专家系统终究仍是一种计算机应用系统。 所以，它与其它应用系统一样是解决实际问题的。而 实际问题往往是错综复杂的，比如，可能需要多次推 理或多路推理或多层推理才能解决，而知识库也可能 是多块或多层的。
福大学的费根鲍姆教授于1965年开发的。 2.发展 与 DENDRAL 系 统 同 时 开 发 的 ， 还 有 数 学 专 家 系 统
MACSYMA。它是一个大型的人机交互式系统。 3.趋势 进入20世纪90年代，模糊技术、神经网络和面向对
象等新技术迅速崛起，为专家系统注入了新的活力。
第8章 专家系统
第8章 专家系统
6.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。 7.按结构分类 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)。
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4章 人工智能与智能控制理论——专家系统
• 对于给定的外部命令和任务，设法找到能完成该任务的子任务组合 • 将子任务的要求送到协调级
Uj
编译 输入 指令
机器推理 自顶向下
长期存储交换单元
机器规划 组织级
反馈
机器决策
规划 输出
协调级 YF
自底向上
最后对任务执行的结果进行 性能评价，并将评价结果逐 级向上反馈，同时对以前存 储的信息加以修改，起到机 器学习的作用。即完成推 理、规划、决策、学习和记 忆操作。
烹饪专家系统 包括的模块： 烹饪知识库模 块、烹饪数据 库模块、推理 模块、执行模 块及用户界面 模块，用户界 面模块
烹调设备包括： 控制系统、投料 机构逻辑控制系 统、出菜控制机 构、搅拌控制驱 动机构、锅具运 动机构、火候控 制系统以及上述 烹饪专家系统
大型复杂系统系统阶次高、子系统 互相关联、系统的评价目标多且目 标间又可能相互冲突等，常采用分 级递阶智能控制的形式。
组织级算法执行下列功能： 接收指令，并对它进行推理。推理表示把不同的本原活动和规则与所接收
的指令联系起来，并在概率上估计每个活动。 规划：对活动的操作。完成一规划所需的活动次序及插入的重复本原事
件。传递矩阵和传递概率用于排列动作次序和估算它们的总概率。 决策选择最有希望的规划。 用学习算法，由反馈实现对概率的更新（完成和估计每项任务之后）。 记忆交换，实现对储存在长时存储器内信息的更新。
Saridis提出的分级递阶智能控 制理论按照IPDI的原则分级管 理系统，它由组织级、协调 级、执行级三级组成的。
• 组织级代表控制系统的主导思想，并由人工智能起控制作用。根据贮存在 长期存储内的本原数据集合，组织器能够组织绝对动作、一般任务和规则 的序列。换句话说，组织器作为推理机的规则发生器，处理高层信息，用 于机器推理、规划、决策、学习（反馈）和记忆操作。
人工智能--专家系统
人工智能--专家系统（ES）专家系统是人工智能走向实际应用的一个成功典范，它是人工智能的一个发展分支，自1968年费根鲍姆等人研制成功第一个专家系统DENDEL以来，专家系统获得了飞速的发展，并且运用于医疗、军事、地质勘探、教学、化工等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益。
现在，专家系统已成为人工智能领域中最活跃、最受重视的领域。
一、人工智能的简介人工智能(Artificial Intelligence) ，英文缩写为AI。
它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。
人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。
人工智能的传说可以追溯到古埃及，但随着1941年以来电子计算机的发展，技术已最终可以创造出机器智能，“人工智能”(Artificial Intelligence)一词最初是在1956年Dartmouth学会上提出的，从那以后,研究者们发展了众多理论和原理，人工智能的概念也随之扩展，在它还不长的历史中，人工智能的发展比预想的要慢，但一直在前进，从40年前出现到现在，已经出现了许多AI程序，并且它们也影响到了其它技术的发展。
二、专家系统的概念与简单介绍专家系统（Expert System)是一种在特定领域内具有专家水平解决问题能力的程序系统。
它能够有效地运用专家多年积累的有效经验和专门知识，通过模拟专家的思维过程，解决需要专家才能解决的问题。
专家系统是人工智能中最重要的也是最活跃的一个应用领域，它实现了人工智能从理论研究走向实际应用、从一般推理策略探讨转向运用专门知识的重大突破。
20世纪60年代初，出现了运用逻辑学和模拟心理活动的一些通用问题求解程序，它们可以证明定理和进行逻辑推理。
但是这些通用方法无法解决大的实际问题，很难把实际问题改造成适合于计算机解决的形式，并且对于解题所需的巨大的搜索空间也难于处理。
第七章专家系统
2 ES系统的组成 • 知识库——ES系统最重要的部分，存储求解问题所需的以一定
符号结构表示的专门知识。 • 推理机——具有进行推理的能力
• 根据输入的问题以及描述问题求解初始状态的数据，取 用知识库中的知识作推理，并输出最终解答；
• 可请求用户输入推理必需的数据并应用户要求解释推理 结果和推理过程。
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专家系统与传统程序的区别
4）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，可对自己的行为作出解释。
5）传统程序因为是根据算法来求解问题的，所 以每次都能产生正确的答案，而专家系统则像人 类专家那样工作，通常产生正确的答案。但是有 时也会产生错误的答案，这也是专家系统存在的 问题之一。 6）从系统的体系结构来看，传统持续与专家系 统具有不同的结构。
* 提供现成的实现ES系统的骨架， * 提供知识获取的辅助设施和知识编辑器, * 易于使用——只要按骨架规定的表示方式编写专门知识，就 可形成应用领域的ES系统, * 仅有较窄的应用范围——对任务的特征有严格的要求.
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• 表示语言： OPS5 * 提供面向知识处理的高级编程语言, * 知识工程师可以通过编程语言来实现特别的控制结构(建立在通
•这些知*识人决工定知了识ES获系取统是的一体个系十结分构困，难并而可又指耗导时以的系过统程化—和—结缺构乏化有的效的手段去 方式获取系详统细化的和推结理构知化识地。描述问题求解的组织和推理控制。
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•自动方式——实现知识获取自动化的一个努力方向
* 以智能编辑器取代知识工程师，通过可视化交互式知识获取界面，按预 先制定的问题求解模型，指导领域专家自行抽取和输入知识进专家系统。
(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，它 拥有更渊博的知识、更丰富的经验和更强 的工作能力。
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。
人工智能与专家系统-PPT精品
1.4 研究及应用
1.4.1 问题求解
问题的表示、分解、搜索、归约等 进行复杂的数学公式符号运算求解
1.4.2 逻辑推理与定理证明
通过对事实数据库的操作来证明定理 多种证明方法 几何定理证明的“吴氏方法”
1.4 研究及应用
1.4.3 自然语言理解
语言
自然语言、人造语言、机器语言
1.2.2 人类智能的计算机模拟
机器智能可以模拟人类智能 智能计算机
下棋 定理证明 语言翻译
新型智能计算机
神经计算机 量子计算机
1.2 人类智能和人工智能
1.2.3 人工智能的研究目标
近期目标 建造智能计算机代替人类的部分智力劳 动
远期目标 用自动机模仿人类的思维过程和智能行 为
1.4 研究及应用
1.4.11 智能控制
驱动智能机器自主地实现其目标的过程 是一个定性和定量的混合控制过程 是当今自动控制的最高水平
1.4.12 智能检索
是信息时代来临的需要 智能检索系统所面临的三大问题
1.4 研究及应用
1.4.13 智能调度与指挥
寻找最佳调度和组合 NP完全类问题的求解 军事指挥系统等领域
2.3 谓词逻辑法
2.3.2 谓词公式
原子公式的的定义： 用P(x1，x2，…，xn)表示一个n元谓词公式， 其中P为n元谓词，x1,x2,…，xn为客体变量或 变元。通常把P(x1,x2,…,xn)叫做谓词演算的 原子公式，或原子谓词公式。
分子谓词公式 可以用连词把原子谓词公式组成复合谓词公 式，并把它叫做分子谓词公式。
有向图 路径 代价 图的显示说明 图的隐示说明
A
专家系统
LOGO
人工智能
——专家系统
Contents
1
2 3
专家系统介绍
专家系统特点和发展趋势
4
动物识别专家系统
专家系统
Part1：专家系统介绍
• 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，从而达到与专家具有同 等解决问题能力。
专家系统的基本工作流程
• 专家系统的基本工作流程是，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。 • 在这里，专家系统还可以通过解释器向用户 解释以下问题：系统为什么要向用户提出该 问题（Why）？计算机是如何得出最终结论 的（How）？ • 领域专家或知识工程师通过专门的软件工具， 或编程实现专家系统中知识的获取，不断地统
专家系统
• 专家系统（expert system）是人工智能领域应用 研究最活跃和最广泛的课题之一。第一个专家系 统是在1956年由Allen Newell、Herbert Simon 及J. C. Shaw所发展。其后，许多专家系统也纷 纷随之建立，但在前期多半是属于研究性质的雏 形系统。1970年代之后，人工智能与专家系统专 用的程序语言及软件开发工具逐渐开始发展，而 各种知识表示法及算法也被广泛地研究，使得专 家系统的建构与发展方式产生了不小的改变。从 1980年代后期开始，专家系统便能够逐渐脱离实 验室的研究而广泛应用于各行业中。
知识获取
• 知识获取是专家系统知识库是否优越的关键， 也是专家系统设计的“瓶颈”问题，通过知 识获取，可以扩充和修改知识库中的内容， 也可以实现自动学习功能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第8章 专家系统 章
6.知识库管理系统 知识库管理系统是知识库的支撑软件。知识库管 理系统对知识库的作用，类似于数据库管理系统对数 据库的作用，其功能包括知识库的建立、删除、重组； 知识的获取 （主要指录入和编辑）、维护、查询、更 新；以及对知识的检查，包括一致性、冗余性和完整 性检查等等。
第8章 专家系统 章
第8章 专家系统 章
专家系统（ExpertSystem)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。 我们知道“专家”就是专门家，是某一专门领域 的行家里手。专家之所以是专家，是因为他（她）解 决问题时具有超凡的能力和水平。专家之所以具有超 凡的能力和水平，是因为
第8章 专家系统 章
(3)从系统的结构来看，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。 (4)专家系统一般还具有解释功能，即在运行过程 中一方面能回答用户提出的问题，另一方面还能对最后 的输出（结论）或处理问题的过程作出解释。 (5)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。这一点是传统系 统所无法比拟的。 (6)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。
第8章 专家系统 章 服务器 Web Server
知识库
推理机
知识库
推理机
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Internet
人—机界面
人—机界面
客户（机）
Browser
图8―5 专家系统的客户(机)/服务器结构及浏览器/服务器结构
第8章 专家系统 章
8.2.4 黑板模型 “黑板模型”是一种典型而流行的专家系统结构模 式。 1.黑板 所谓“黑板”，就是一个分层的全局工作区（或 称全局数据库）。 2.知识源 所谓知识源，就是一个知识模块。 3.控制机构 控制机构是求解问题的推理机构，由监督程序和 调度程序组成。
第8章 专家系统 章
8.3.3 专家系统的发展概况 1.产生 世界第一个专家系统叫DENDRAL，它是由美国斯坦 福大学的费根鲍姆教授于1965年开发的。 2.发展 与DENDRAL系统同时开发的，还有数学专家系统 MACSYMA。它是一个大型的人机交互式系统。 3.趋势 进入20世纪90年代，模糊技术、神经网络和面向对 象等新技术迅速崛起，为专家系统注入了新的活力。
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专家系统
8.1 专家系统的概念 8.2 专家系统的结构 8.3 专家系统的应用与发展概况 8.4 专家系统实例 8.5 专家系统设计与实现 8.6 专家系统开发工具与环境 8.7 新一代专家系统研究
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8.1 专家系统的概念
8.1.1 什么是专家系统 自从1965年世界上第一个专家系统DENDRAL问世 以来，专家系统的技术和应用，在短短的30年间获得 了长足的进步和发展。特别是20世纪80年代中期以后， 随着知识工程技术的日渐丰富和成熟，各种各样的实 用专家系统如雨后春笋般地在世界各地不断涌现。那 么，究竟什么是专家系统呢？
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6.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。 7.按结构分类 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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8.1.4 专家系统与知识系统 我们知道，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。近年 来，由专家系统的出现和发展而发展起来的一种称为知 识系统（KnowledgeBasedSystem)的智能系统，其中的知 KnowledgeBasedSystem) 识已不限于人类专家的经验知识，而可以是领域知识或 通过机器学习所获得的知识等。所以，对于这种广义的 知识系统来说，专家系统就是一种特殊的知识系统。
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8.1.5 专家系统与知识工程 由于专家系统是基于知识的系统，那么，建造专家 系统就涉及到知识获取（Know ledge Acquisition，即从人 类专家那里或从实际问题那里搜集、整理、归纳专家级 知识)、知识表示（Know ledge Representation，即以某种 结构形式表达所获取的知识，并将其存储于计算机之中)、 ) 知识的组织与管理(即知识库（Know ledge Base)建立与维 护等)和知识的利用(即使用知识进行推理)等一系列关于 知识处理的技术和方法。
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8.1.3 专家系统的类型 关于专家系统的分类，目前还无定论。我们仅从几 个不同的侧面对此进行讨论。 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。 2.按输出结果分类 按输出结果分类，专家系统可分为分析型和设计型。
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另一方面，建造专家系统可以使专家本人得到提 高和发展。因为，建造和使用专家系统的过程，本身 就是专家知识的一个不断积累、总结、补充、完善、 升华、提高、发展的过程。另外，还可将多个专家的 知识和经验综合在一起，构成多专家系统。
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8.3.2 专家系统的应用 由于专家系统就是一种计算机应用系统，所以， 其应用范围没有什么限制。如它可以代替高级医生看 病、开处方，可以协助地质学家估计矿藏量、确定打 井位置，可以代替育种专家提出各种杂交亲本的选配 方案，可以根据市场以及生产中提出的数据和信息， 依据一定的数学方法科学地安排生产流程，等等。
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所以，准确一点讲，专家系统就应该是：应用于 某一专门领域，拥有该领域相当数量的专家级知识， 能模拟专家的思维，能达到专家级水平，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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8.1.2 专家系统的特点 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，专家系统具有下列特点： (1)从处理的问题性质看，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（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。
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(3)音节层：用于描述语音信号的音节划分。此层 主要为由片段层上信息构成的音节信息。 (4)单词层：用于记录根据音节划分所识别出的孤 立词信息。 (5)词组层：用于记录根据单词层中的词汇所生成 的词组信息。 (6)短语层：用于记录多个词汇或词组构成的短语 和句子信息。
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(1)专家拥有丰富的专业知识和实践经验，或者说 他（她）拥有丰富的理论知识和经验知识，特别是经 验知识； (2)专家具有独特的思维方式，即独特的分析问题 和解决问题的方法和策略。 专家系统应该具备以下四个要素： (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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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
图8―1 专家系统的概念结构
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2.推理机（Inferense Engine） 所谓推理机，就是实现（机器）推理的程序。这 里的推理，是一个广义的概念，它既包括通常的逻辑 推理，也包括基于产生式的操作。例如： A→B A B
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
图8―2 专家系统的理想结构
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8.2.2 实际结构 上面介绍的专家系统结构，是专家系统的概念模 型，或者说是只强调知识和推理这一主要特征的专家 系统结构。但专家系统终究仍是一种计算机应用系统。 所以，它与其它应用系统一样是解决实际问题的。而 实际问题往往是错综复杂的，比如，可能需要多次推 理或多路推理或多层推理才能解决，而知识库也可能 是多块或多层的。
图8―4 地质图件绘制智能辅助系统结构
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8.2.3 网络与分布式结构 在网络环境下，专家系统也可以设计成网络结构，如 “ 客 户 机 / 服 务 器 ” (Client/Server) 结 构 （ 如 图 8―5(a) 所 示），或浏览器/服务器(Browser/Server)结构(如图8-5(b)所 示)。我们称后一种结构的专家系统为网上专家系统。 分布式结构则是一种适合于分布式计算环境的专家系 统。例如那些多学科、多专家联合作业，协同解题的大型 专家系统，就可以设计成分布式结构。这类专家系统也就 称为分布式专家系统。
8.3 专家系统的应用与发展概况
8.3.1 专家系统的意义 专家系统是一种智能计算机系统，所以，专家系统 将计算机的应用提高到了一个新的高度和水平。专家 系统的建立，实现了人类专家的“分身”和“延年”— —使专家们丰富而宝贵的知识和经验能不受时间和空间 的限制，而得到最大限度地传播和应用，从而产生最 大的社会效益和经济效益。
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8.1.6 专家系统与人工智能 ; 专家系统是智能计算机系统。从学科范畴讲，专 家系统属人工智能的一个分支，而且是应用性最强、 应用范围最广的一个重要分支。所以，现在“专家系 统”这一名词既是系统名称又是一个学科名称。专家 系统已是当前计算机应用的一个热门研究方向。
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3.按知识表示分类 目前所用的知识表示形式有：产生式规则、一阶谓 词逻辑、框架、语义网等。 4.按知识分类 知识可分为确定性知识和不确定性知识，所以，按 知识分类，专家系统又可分为精确推理型和不精确推理 型（如，模糊专家系统）。 5.按技术分类 按采用的技术分类，专家系统可分为符号推理专家 系统和神经网络专家系统。