第9章__专家系统开发工具与环境

第9章 专家系统开发工具与环境
2. 通用型知识工程语言
• 通用型知识工程语言也即通用型ES开发工 具，是专门用于构造和调试ES的通用程序 设计语言。它是完全重新设计的一类ES开 发工具，不依赖于任何已有ES，不针对任 何具体领域，能够处理不同问题领域和不 同问题类型。它比骨架系统提供了更多的 对数据存取和查找的控制，具有更大的灵 活性和通用性，但比较难于使用。
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9．1．2 知识工程语言
• 1．骨架型知识工程语言
骨架型知识工程语言也称为专家系统外壳，它是由一 些已经成熟的具体专家系统演变来的。其演变方法是，抽 去这些专家系统中的具体知识，保留它们的体系结构和推 理机功能，再把领域专用的界面改为通用界面，这样，就 可得到相应的专家系统外壳。采用骨架系统可以利用系统 已有的知识表示模式、规则语言及推理机制，并且可以直 接使用已建立的支持该系统的许多辅助功能，如知识的编 码输入及解释、知识库结构及管理机制、推理机结构及控 制机制、《人-机》接口及辅助工具、规则之间的一致性 检查、修改以及跟踪调试等功能，使得新的系统的开发工 作变得简单、容易些。 当用它来建造专家系统时，只须把相应领域的专家知 识用外壳规定的知识表示模式装入知识库，就可以快速地 产生一个新的专家系统。
• 9．1．1 程序设计语言
程序设计语言包括面向问题的语言和符号 处理语言。面向问题的语言是为特定的问题 类型而设计的，其主要代表有C、PASCAL、 ADA等，它们在处理代数运算方面有很方便的 特征；符号处理语言是为人工智能应用而设 计的，它的主要代表有以LISP为代表的函数型 语言，以Prolog为代表的逻辑型语言，以及 C++、Java等为代表的面向对象语言。这些语 言典型的特点是具有很强的递归功能
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2. 通用型知识工程语言
表9-1 通用型知识工程语言
名称 OPS5 UNITS RLL ROSIE ROSS MRS LOOPS SRL+ S1 M.1 KEE ART CLIPS 特征 基于规则表示、正向链 框架 框架 规则、面向过程表示、正向链、类英语语法 面向对象、规则 规则、逻辑 面向对象、规则、正向过程、面向访问 框架、逻辑、规则、面向对象 框架、规则、面向过程、反向链、黑板控制 规则、 反向链、 类英语语法， 是 S1 在 PC 上的子集 规则、框架、面向过程、对象，正、反、双向链 规则、框架、面向过程、正、反和双向链 规则、面向过程、正向链 实现语言 FRANZ ,LISP InterLisp InterLisp InterLisp C FRANZ ,LISP LISP InterLisp LISP InterLisp Prolog InterLisp LISP、C C 研制者 CarnegieMellon Stanford Stanford Rand Rand Stanford Xerox Carnegie 集团公司 Tekowledge 公司 Tekowledge 公司 Intellicorp 公司 Inference 公司 NASA 首版时间 1977 1979 1980 1981 1982 1982 1983 1983 1983 1984 1984 1984 1985
9．3 专家系统开发环境
• 9．3．1 开发环境的定义与功能
• 1. 定义：
ES开发环境是以一种或多种工具和方法为核心， 由若干计算机子程序或者模块组成的，为高效率 开发ES而设计和实现的大型智能计算机软件系统， 加上与之配套的各种辅助工具和界面环境的完整 的集成，形成一种集成化ES开发工具包，用于解 决特殊范围或层次的问题。一个好的ES开发环境 应向用户提供多方面的支持，包括从系统分析、 知识获取、程序设计到系统调试与维护的一条龙 的服务。
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2. 系统设计助手
• ES的设计助手有以下三种类型： • ⑴ 设计辅助工具。它用来实现ES的辅助设计。例如，美 国斯坦福大学用INTERLISP语言开发的AGE就是一例。它包 括以下4个子系统： • ① 设计子系统：指导用户使用组合规则的预组合模型。 • ② 编辑子系统：辅助用户选用预制构件模块，装入领域 知识和控制信息，建造知识库。 • ③ 解释子系统：执行用户的程序，进行知识推理以求解 问题，并提供查错手段，建造推理机。 • ④ 跟踪子系统：进行全面的跟踪和测试的子系统。 • ⑵ 归纳工具。它用来帮助开发者从大量的初始实例出发， 归纳产生出规则或决策树。 • ⑶ 辅助建造工具。它用来辅助建造ES。
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9．2 专家系统设计工具
• 9 ．2 ．1 辅助型工具
ES辅助工具是ES开发工具中支撑环境的 一部分，主要用于帮助建造高质量的知识 库和调试ES，包括一些用来帮助获取知识、 表达知识的程序，以及帮助知识工程师设 计ES的程序。
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9．2．1 辅助型工具
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9．2．2 支持工具
• ES支持工具也称为ES支持环境或支持工具集。它们用来执 行与ES建造工具的连接，帮助用户与ES对话，辅助程序的 调试或作为它的一部分。ES支持工具由程序设计辅助(辅 助调试、知识库编辑器、输入/输出界面)和解释设施两部 分组成。 • ⑴ 辅助调试工具。该工具提供相应的跟踪辅助功能、自 动测试模块及中断设施等。跟踪辅助使用户能跟踪或显示 系统的操作。自动测试模块用于测试知识库，指出知识库 的薄弱部分，选择修改对象。中断程序包使用户能预先告 知程序在什么位置停止。 • ⑵ 知识库编辑器。这是基于文本编辑的知识编辑工具。 • ⑶ 输入/输出界面。此界面提供实时知识获取工具和多种 不同输入/输出方式。有些工具提供运行时实现知识获取 功能，此时工具机制本身使用户能够与运行的系统对话。 • ⑷ 解释设施。这是用来向用户解释系统是如何得到某个 特定结果的。
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9．2．2 支持工具
解释机制常采用回溯推理，具有以下的能力： • ⑴ 解释系统是如何到达一个特定状态的。 • ⑵ 能处理假设推理，即系统能解释如果某一 事实或规则略有不同将会推出什么结论。 • ⑶ 能处理反事实推理，即系统能解释为什么 未得到一个期望的结论。
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1．骨架型知识工程语言
• ES外壳的典型代表有EMYCIN、KAS及EXPERT等。 PROSPECTOR的设计者去掉了关于地质方面的知识而 把它变成了KAS。KAS是用于诊断和分类的骨架系统。 用同样的方法把诊断治疗细菌感染的ESMYCIN变成了 骨架系统EMYCIN(Empty MYCIN)。把治疗和诊断青光 眼CASENT系统变成了骨架系统EXPERT。 • 用程序设计语言直接开发ES和用外壳型知识工程语言 开发ES相比，后者具有省时、速度快、开发效率高、 继承性强等优点。骨架系统的缺点是：灵活性和通用 性较差，外壳的推理机制和知识表示方式是固定不变 的，只能用在较窄的范围内，只适合于与原系统同类 的ES的开发，在技术上受骨架系统原有水平的限制。
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2. 通用型知识工程语言
OPS5
规则库的一般形式为: (P<规则名><条件>→<结论>) OPS5的推理机只提供前向推理，推理机按照 “匹配→冲突消解→执行”的模式周期性地工作， 直至找到问题的解。OPS5的综合数据库用于存储 当前求解问题的已知事实及求解过程中所得到的 中间结论等。OPS5的解释机制可以提供方便的交 互式程序设计环境，用户可以跟踪、中断、检查、 修改系统的状态，并能在运行过程中调试程序。
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2. 通用型知识工程语言
OPS5
• OPS是一个基于规则的通用型知识工程语言，用LISP语言 编写，1975年问世，已有OPSl，OPS2，OPS3，OPS4， OPS5，OPS5+，OPS5e，OPS7及OPS83等不同版本。其中 最有代表性的版本是OPS5。 • OPS5由产生式规则库、推理机及综合数据库三部分所组 成。其产生式规则库是一个无序规则的集合。OPS5通过 如下形式的循环操作来执行一个产生式系统： • ⑴ 匹配，确定哪些规则满足前提。 • ⑵ 冲突解决，选出一个满足前提的规则，若没有一个满 足前提的规则则停止执行。 • ⑶ 执行，执行选定规则的动作部分。 • ⑷ 循环，转向第一步。
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• 专家系统(ES)工具有时也叫做ES外壳和ES环境，主要是研 制样机的工具，通过抽调某个ES的知识库，就可从特殊的 ES中抽出外壳来而成为ES工具。 • ES工具支持的功能包括：推理过程、数据存取、自然语言 对话的界面(接口)、过程的界面、解释功能。 • ES开发工具可以提高ES设计和开发的效率和性能，极大地 简化建造ES的工作，缩短研制周期，提供系统设计和开发 的计算机辅助手段和环境，提高ES生产的产量、质量和自 动化水平。从而使程序容易掌握、易于维护、擅长学习、 解释和问答，使程序变得更加有用。 • ES开发工具与环境是一种为高效率开发ES而设计的高级程 序系统或高级程序设计语言环境。
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9．1．1
程序设计语言
LISP的成功主要是它具有灵活简便的符号处理、 自动存储管理、强有力的编辑和调试手段以及对程 序设计代码与数据的统一处理的性能。Prolog语言具 有简洁的文法以及一阶逻辑的推理能力，它们的通 用性强，且使用灵活，限制少，用户能“随心所欲” 地设计自己的系统，因而被广泛地应用于符号处理 的许多研究领域中。 由于面向对象程序设计语言以其类、对象、继承 等机制，而与人工智能特别是知识表示与知识库产 生了天然的联系。C++语言既是一种面向问题的程序 设计语言，又是一种很好的符号处理语言。尤其是 Visual C++的发展更引人注目，它为ES对多媒体信息 的处理、可视化界面的设计、基于网络的分布式运 用场合等提供了一种很好的语言环境。
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敖志刚 编制
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• • • • • • • • • • • • • 9．1 专家系统语言型工具 9．1．1 程序设计语言 9．1．2 知识工程语言 9．2 专家系统设计工具 9．2．1 辅助型工具 9．2．2 支持工具 9．3 专家系统开发环境 9．3．1 开发环境的定义与功能 9．3．2 开发环境的实现途径 9．4 专家系统工具经典实例 9．4．1 骨架工具系统EMYClN 9．4．2 骨架工具系统KAS 9．4．3 通用专家系统工具介绍
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第9章 专家系统开发工具与环境
• ES开发工具和环境可分为五种主要类型:程序设计语言、 知识工程语言、辅助型工具、支持工具及开发环境，如图 9-1所示。 专家系统建造方法可以分成以下三种: • ① 利用计算机高级语言编写建造ES； • ② 利用计算机程序设计环境编写建造ES； • ③ 用计算机程序设计工具建造ES。
• 1. 知识获取辅助工具
这种工具用来辅助ES进行知识获取，以加快ES的开发 过程。知识获取辅助工具有自动知识获取工具、知识编辑 工具、面向问题求解方法的知识获取工具、面向特定问题 领域的知识获取工具以及基于特定语言的知识获取工具等 类型。如美国斯坦福大学开发的TEIRESIAS编辑器，能获得 有效的良结构的专家领域知识，并加工、编辑到知识库中。 TEIRESIAS系统具有下列功能： ⑴ 知识获取：能理解专家以特定的非口语化的自然语言 表达的领域知识。 ⑵ 知识库调试：它能帮助用户发现知识库的缺陷、提出 修改建议。 ⑶ 推理指导：它能利用元知识对系统的推理进行指导。 ⑷ 系统维护：可查找诊断错误原因，进行修正或学习 。 ⑸ 运行监控：能对运行状态和诊断推理过程进行监控。
专家系统工具和环境 程序设计语言 面向 问题 的语 言 符号 处理 语言 知识工程语言 骨 架 型 图9-1 通 用 型 辅助型工具 知 识 获 取 百度文库统 设计 助手 支持工具 程序 设计 辅助 解 释 设 施 开发环境
专家系统工具和环境的组成
第9章 专家系统开发工具与环境
9．1 专家系统语言型工具