专家系统第2章专家系统概述

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2.2.2 专家系统的结构 1）基本结构 专家系统的基本结构包括知识库和推理机两个主要部分。 特点：系统结构简单；知识工程师与领域专家直接交互，知识 工程师收集和整理领域专家的知识，将其转化为系统的内 部表示形式，并存储到知识库中；推理机根据用户的问题 求解要求和提供的初始数据，运用知识库中的知识对问题 进行求解，并将产生的结果（结论）输出给用户。
知识工程师 数据
知识库
领域专家
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推理机
结果
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用户
图2-1 专家系统的基本结构
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2）一般结构 专家系统的下述结构是目前比较流行的结构形式。 用户 人机接口 推理机 解释程序
知识获 取程序
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2.2 ES的功能与结构 2.2.1 ES的功能 （1） ES能存储用于问题求解所需要的知识； （2）能存储具体问题求解的初始数据和推理过程中涉及到的 各种信息，如中间结果、目标、子目标、假设等； （3）能根据当前输入或采集的数据，利用已有的知识，按照 一定的推理策略解决当前的问题，并控制和协调整个系统； （4）能对推理过程、结论或系统自身行为做出必要的解释， 如解题步骤、处理策略、选择此处理方法的理由、系统求 解某种问题的能力、系统组织和管理自身知识的方法等。 目的是便于用户理解和接受专家系统，也便于对系统进行 维护。
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4）从程序设计方法学的角度看设计方法 传统的程序设计方法：数据+算法=程序 专家系统的设计方法：知识+推理=系统 可见，传统程序通过算法对大量的数据进行积累和处 理，使繁琐的事务处理自动化；专家系统则要完成需要拥 有专门知识的专家才能完成的量大而性质相对重要的任务， 如诊断、规划、决策等。通常，专家系统需要考察大量的 可能性，即动态地建立解决问题的方法。
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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。 7）专家系统的研制和应用具有巨大的经济效益和社会效 益。 8）研究专家系统能够促进整个科学技术的发展。专家系 统对人工智能的各个领域的发展起着很大的促进作用， 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。
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2.1 ES概述 专家——在某一专业领域内，域的理解及解决问题的技能。 专业知识——分为公开知识和个人知识。 公开知识包括定义、事实和理论，一般收录在教科书和 文献中。 个人知识来源于专家本人的积累和经验，也称为试验性 知识或启发性知识。属于公开性知识之外的试验性知识能够 使专家在需要的时候做出合理的猜测，识别最有希望获得成 功的求解途径，并能有效地处理错误和不完全的数据。
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2.4 ES的分类 按照专家系统的应用领域分类 医疗专家系统，勘探专家系统，数学专家系统等。 按照知识表示技术分类 基于逻辑的专家系统，基于规则的专家系统，基于 语义的专家系统，基于框架的专家系统等。 按照推理控制策略分类 正向推理专家系统，反向推理专家系统，元控制专 家系统等。 按照分类问题与构造问题分类 分类问题与分析型专家系统，构造问题与设计型专 家系统等。
专家
综合 数据库
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知识库
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图2-2 专家系统的一般结构
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（1）知识库——用以存放领域专家提供的专门知识。包括 书本知识、常识性知识以及专家依据其经验得到的试探性 知识。专家系统的问题求解是运用专家提供的专门知识来 模拟专家的思维方式进行的，知识库中知识的数量和质量 是系统性能和问题求解能力的关键因素。因此，知识库的 建立是建造专家系统的中心任务。 （2）综合数据库——用于存放关于问题求解的初始数据、 求解状态、中间结果、假设、目标以及最终求解结果。
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习题和思考题
1. 专家系统的特点是什么？ 2. 比较专家系统和传统程序的区别。 3. 根据专家系统的一般结构，描述其基本工作过程。 4.专家系统研究的意义是什么？ 5. 列举一个适合用于专家系统求解的例子。 6. 建造专家系统的关键是什么？
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2.5 ES的作用和意义 1）计算机科学和应用发展的需要。 2）作为一种实用工具，为人类专家宝贵知识的保存、传 播、使用和评价提供有效的手段。 3）可以延伸人类专家的能力。 4）能汇集问题领域多个专家的知识和经验。 5）专家系统的研制和推广应用具有巨大的经济效益和社 会效益。
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（1）专家系统是利用存储在计算机中的某一特定领域 人类专家的知识，来解决过去需要人类专家才能解决的复 杂现实问题的计算机系统。 如：医学专家可以针对不同的病症做出恰当的诊断， 并开具相应的处方；地质专家可以根据地质资料和勘探数 据，判断什么地方有矿及是否有开采价值；其他领域的专 家可以依据他们的学识、积累的经验和练就的本领，解决 现实中一般人一时无法解决的复杂问题。 （2）专家系统是一个由存放专门领域知识的数据库， 以及一个能选择和运用知识的推理机制组成的计算机系统。 （3）专家系统与传统计算机程序的根本区别在于：专 家系统使知识库和运用知识的推理机制相互独立。
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2.6 ES的优点 1）能够高效率、准确、周到、迅速和不知疲倦地工作。 2）解决实际问题时不受外界和周围环境的影响，也不会 发生遗漏和忘记。 3）可以使人类专家的专长和能力不熟时间和空间的限制， 以便推广西贵和稀缺的人类专家的知识和经验。 4）专家系统能促进各领域的发展，能使各领域专家的专 业知识和经验得到总结和提炼，能广泛的传播专家的 知识、经验和能力。 5）专家系统能汇集多领域专家的知识、经验以及他们写 作解决重大问题的能力，使之拥有更渊博的知识、更 丰富的经验和更强的工作能力。
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（3）推理机——在控制策略下，针对综合数据库当前的信 息，识别和选取知识库对当前问题求解有用的知识进行 推理。由于知识的不完全和不确定，故其推理过程一般 采用不精确推理。 （4）知识获取程序——在专家系统的知识库建造过程 中， 用以部分代替知识工程师进行专门知识的自动获取，实 现专家系统的自学习功能，使知识库不断得到完善。
Chapter 2 Expert Systems 第2章 专家系统概述
ES的研制促进了AI理论和技术的发展，开辟了计算机 求解非数值问题的有效途径。 ES已经成为世界各国最热门的、具有竞争性的研究课 题，日本、美国、英国等国家纷纷将ES列为国家重点研究 项目，投入了大量的人力和资金。日本把ES 作为第五代计 算机研究的核心内容，英国将ES/智能数据库列入国家四大 重点项目。 我国对于ES的研究起步较晚，但在理论研究和应用开 发方面取得了很大进展，在中医治疗、油井记录分析、地 震预测、气象预报、军事理论、作战模拟、战场管理等方 面研制出一批ES，取得了明显的经济效益和社会影响。
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4）复杂度与难度。 专家系统拥有专门领域知识，涉及的面一般比较窄，但 却具有相当的复杂程度与难度。 5）具有解释功能。 解释机制在专家系统建造时一般由一个独立的模块来实 现，其设计水平的优劣对专家系统的性能影响很大。 6）具有一定的获取知识的能力。 7）知识与推理机构相互独立。 专家系统一般把知识与推理机构分开，使系统具有良好 的可扩充性和可维护性。
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综上所述，专家系统应该具有三个显著的特征： 启发性——不仅能使用逻辑知识，也能使用启发性知识， 运用规范的专门知识和直觉的评判知识进行判断、推理和 联想，实现问题的求解。 透明性——使用户在对专家系统不了解的情况下，可以进 行交互，并了解知识的内容和推理思路。系统还能回答一 些有关系统自身行为的问题。 灵活性——由于专家系统的知识和推理机分离，使系统能 不断接纳新知识，调整有关控制信息和结构，确保推理机 和知识库的协调，也便于系统的修改和扩充。
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（5）解释程序——根据用户的提问，对系统给出的结论、 求解过程以及系统当前的求解状态提供说明，便于用 户理解系统的问题求解，增强用户对求解结果的信任 程度，也便于专家或知识工程师发现和定位知识库中 的错误，也便于专业人员能从问题的求解过程中得到 直观的学习。 （6）人机接口——将专家或用户输入的信息翻译为系统 可接受的内部形式，把系统向专家或用户输出的信息 转换成人能够理解的外部形式。
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2.3 ES的基本特征 1）具有人类专家水平的专门领域知识。 2）具有符号处理能力。 专家系统使用符号推理，能用符号准确地表示某一领 域有关的信息和知识，并对其进行各种处理和推理。 3）具有一般问题的求解能力。 能够做一般的逻辑推理、目标搜索、常识处理等工作。 而且，专家系统往往采取试探性方式进行处理。 为 了使问题求解更符合实际情况，往往采用不精确推 理。