第九章 专家系统开发与实例

根据以下产生式规则开发麦粒肿诊断专家系统：

R1：毛囊皮根微红肿→轻型 R2：鼻塞流涕→外感风热 R3：舌苔薄黄∧胃纳差→胃肠积热 R4：眼睑局部明显红肿→重型 R5：眼睑局部红肿∧顶尖有脓点→重型 R6：脓点破溃→晚期 R7：轻型∧外感风热→轻风热型 R8：重型∧外感风热→重风热型

提供一套用于开发专家系统的语言



常用专家系统开发工具

M.1，VP-EXPERT，CLIPS等
北京交通大学经济管理学院信息管理系 11
2016/9/13
专家系统开发工具CLIPS（1）

CLIPS是由美国国家航天局约翰逊空间中心人 工智能部在1985年推出的专家系统开发工具， 其特点包括：

专家系统开发技术（1）

编程语言

基本方法 帮助和加快知识获取

知识获取工具


专家系统开发工具

专门用于开发专家系统的软件
2016/9/13
北京交通大学经济管理学院信息管理系
6
专家系统开发技术（2）

编程语言



LISP（LISt Processing，1960）和PROLOG （PROgramming in LOGic 1972） 优点：专为人工智能设计，具有搜索和匹配， 回溯，以及解释说明功能 缺点：数值计算和图形功能相对较弱
R5
眼睑局 部红肿 顶尖有 脓点 舌苔薄 黄
R3
胃纳差
R6 脓点破 溃
麦粒肿诊断专家系统推理树
2016/9/13
北京交通大学经济管理学院信息管理系
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麦粒肿诊断专家系统（4）




根据给出的规则进行正向推理，推出治疗方法 ，程序结束；没有推出治疗方法，提示没有相 应规则或症状输入有误，要求选择“重新输入 症状”或者“退出系统” 使用专家系统开发工具CLIPS开发系统，系统 能够演示运行 使用汉语拼音的第一个字母对事实和结论进行 编码，如“散癞法”编码为“SLF” 系统运行演示
北京交通大学经济管理学院信息管理系 20
2016/9/13
专家系统开发实例

炉灶维修专家系统 麦粒肿诊断专家系统
2016/9/13
北京交通大学经济管理学院信息管理系
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炉灶维修专家系统

问题描述

Stove.clp

系统运行演示
2016/9/13
北京交通大学经济管理学院信息管理系
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麦粒肿诊断专家系统（1）
2016/9/13
专家系统开发工具CLIPS（2）

CLIPS语言符号

知识表示的基本单位是字段

常量字段



字：以英文字母为首字符的一串字符，如word, father-of 字符串：以双引号开始和结束，其间可以有任意个字， 如：”word”，”father-of” 数：包括整型和实数型两种
形式为 ?name，name为变量名，用一个字表示
北京交通大学经济管理学院信息管理系 13

变量字段

2016/9/13
专家系统开发工具CLIPS（3）

事实



由配对的左、右括号括住的一个或多个字段 组成，如(cost 78 dollars)，(name “John Doe”) 加入事实用assert命令，格式为：(assert <<<fact>>>)，如(assert (emergency fire)) 显示事实用facts命令，格式为(facts) 撤消事实用retract命令，格式为(retract <<<fact-index>>>)，如(retract 0)
北京交通大学经济管理学院信息管理系 26
2016/9/13
习题

简述专家系统的开发过程 简述专家系统的开发技术 简述专家系统开发工具的结构 简述专家系统开发工具的特点
2016/9/13
北京交通大学经济管理学院信息管理系
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北京交通大学经济管理学院信息管理系 24
2016/9/13
麦粒肿诊断专家系统（3）
散癞法 散癞加 罐 R12 R10 轻风热 型 挑癞加 罐 R13 重风热 型 放血法 外敷药 物 R14 重积热 型 R11
R7
轻型 外感风 热 R2 鼻塞流 涕
R8
R9
胃肠积 热
重型
晚期
R1 毛囊皮 根微红 肿
R4 眼睑局 部明显 红肿
北京交通大学经济管理学院信息管理系 8

基于知识库修改的知识获取工具


2016/9/13
专家系统开发技术（4）

专家系统开发工具

结构
知识编辑、编译 开 发 人 员
知识库查询、维护
知识库（空）
解释机制
数据库查询、维护 开发环境
事实库（空）
推理机
人 机 交 互
用 户
运行环境
2016/9/13 北京交通大学经济管理学院信息管理系 9
北京交通大学经济管理学院信息管理系 19
2016/9/13
专家系统开发工具CLIPS（19）

其它常用命令





(load)：从文件载入规则 (reset)：事实库复位 (run)：启动规则的执行 (clear)：清除知识和事实 (halt)：暂停规则执行 (step)：一步步执行 (exit)：退出CLIPS
2
专家系统开发过程（1）

专家系统由专家和知识工程师共同研制 而成


专家是实际领域经验丰富的人，可以不懂 计算机 知识工程师是懂计算机和专家系统原理， 并具有编程能力的人
2016/9/13
北京交通大学经济管理学院信息管理系
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专家系统开发过程（2）
专 知识工 家 知识和经验 程师 设计推 理机等 模块

2016/9/13
北京交通大学经济管理学院信息管理系
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专家系统开发工具CLIPS（18）

输入数据（read）


(defrule player-select (phase choose-player) => (printout t "who moves first (computer: c human:h)?") (assert(player-select =(read)))) 运行(assert(phase choose-player))
2016/9/13
引导和启发
设计知 识库
建立专 家系统
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北京交通大学经济管理学院信息管理系
专家系统开发过程（3）



ห้องสมุดไป่ตู้
在知识工程师的引导和启发下，专家提供解 决实际问题的知识和经验（分析） 知识工程师根据对专家知识以及专家系统的 理解设计知识库、推理机等模块（设计） 知识工程师利用知识工程语言编制知识库、 推理机等模块程序，并将模块程序集成为专 家系统（实现）


(defrule grandfather (is-a-grandfather ?name) => (assert( is-a-man ?name))) 运行(assert(is-a-grandfather jack)) (defrule modify-grandfather-fact ?old-fact<-(is-a-grandfather jack) => (retract ?old-fact))
2016/9/13
北京交通大学经济管理学院信息管理系
17
专家系统开发工具CLIPS（17）

特权（salience）

设计规则的优先级别 取值从-10000到10000，未指定特权的规则默认为0 例如：
(defrule fire-second (declare (salience -30)) (priority) => (printout t "Print second" crlf)) (defrule fire-first (priority)=>(printout t "Print first" crlf)) 运行(assert(priority))
北京交通大学经济管理学院信息管理系 23
2016/9/13
麦粒肿诊断专家系统（2）

R9：重型∧胃肠积热→重积热型 R10：轻型→散瘌法 R11：晚期→外敷药物 R12：轻风热型→散瘌加罐 R13：重风热型→挑瘌加罐 R14：重积热型→放血法

根据规则画出推理树 首先对所有症状进行提问，收集“yes”或 “no”的回答
专家系统开发技术（6）

专家系统开发工具的特点

由开发环境和运行环境组成


开发环境用于建立知识库，事实库，并修改、查询知 识库和事实库 对指定知识表示形式的推理机和解释机制预先做好 运行环境的目的在于支持实际系统的运行 知识表示语言：完成外部知识到内部知识的转换 工具操作语言：使用工具中的开发环境，实现运行环 境中的功能
专家系统开发技术（5）



开发环境由知识编辑、编译模块，知识库查 询、维护模块，以及事实库查询、维护模块 组成 运行环境由推理机，解释机制，以及人机交 互模块组成 知识库和事实库都有一定的格式要求，知识 和事实由开发环境输入，给运行系统使用
2016/9/13
北京交通大学经济管理学院信息管理系
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北京交通大学经济管理学院信息管理系 14
2016/9/13
专家系统开发工具CLIPS（4）

规则

定义规则用defrule命令，格式为：
（defrule <rule-name> [<optional comment>] <<patterns>> => <<actions>>)
如(defrule fire-emergency "An example rule"

可用于管理、工业、商业、文教等各种领域的专家 系统开发 适用于各种型号的计算机，从IBM PC及其兼容机到 VAX、HP、SUN、MACINTOSH直到CRAY 用C语言写成，运行速度快 具有不确定性推理能力 只支持产生式规则的正向推理 免费使用
北京交通大学经济管理学院信息管理系 12
2016/9/13
北京交通大学经济管理学院信息管理系
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专家系统开发技术（3）

知识获取工具

基于知识编辑的知识获取工具

Microsoft Word CLIPS系统提供的编辑器，不但提供了知识编辑 功能，而且，通过应用程序的载入，可以修改专 家系统的知识库 数据开采程序不但能够自动获得知识，而且还可 以将所获得的知识加入到专家系统的知识库中
北京交通大学经济管理学院信息管理系 16

撤消事实，如：

2016/9/13
专家系统开发工具CLIPS（16）

字段通配符

单字段通配符?，如：


(defrule find-brown-haired-people (person ?name ? brown) => (printout t ?name " has brown hair" crlf)) 运行(assert(person John brown black)) (assert(person Jill blue blond)) (assert(person Jack green brown)) (assert(person Jane brown brown)) (assert(person Fred green red))
第九章 专家系统开发与实例
杜晖
2016/9/13
北京交通大学经济管理学院信息管理系
1
内容



专家系统开发过程 专家系统开发技术 专家系统开发工具CLIPS(C Language Integrated Production System) 专家系统开发实例 习题
2016/9/13
北京交通大学经济管理学院信息管理系
(emergency fire) => (assert (action activate-sprinkler-system)))

显示规则用rules命令，格式为(rules)
北京交通大学经济管理学院信息管理系 15
2016/9/13
专家系统开发工具CLIPS（15）

使用变量

在前提中约束一个值，然后断言结论中的约束变量， 如：