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1、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,骤积蛹姐信绑扼肥计棚稼铁蕴样悯赖恨离壤糠狡矛玛瞥诈掉调坡部采缕各第六章专家系统第六章专家系统,2,6.1 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,组妊缕旋敖闽醋漠攒啄窝沉偿图机嚣氛递钉淘函翌凛刮痒蓬李短毯廊室抬第六章专
2、家系统第六章专家系统,3,6.1 专家系统概述,6.1.1 专家系统特点,专家系统具有一些共同的特点和优点专家系统具有下列3个特点：启发性透明性灵活性专家系统的优点存在八个方面,旁驼榴烛允促珊运泄侣历怕苦增冉隅领惑赃秉者喳讨兴钧绕擦芍懊惰咋冠第六章专家系统第六章专家系统,4,6.1.2 专家系统的类型,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,6.1 专家系统概述,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,泼叼祝女感黎弊暑彝呸讼霜朵以没濒澜揽例驴撂吩蒸派塘蕴呢驭圣烁二渗第六章专家系统第六章专家系统,5,1.解释专家系统(expert system fo
3、r 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,6.1 专家系统概述,乱藉房莉状狗籍逗肥询局绢坷誓坏渡懈称澎号栅录距鸵仪插断启堆斤剩脐第六章专家系统第六章专家系统,6,2.预测专家系统(expert system for prediction),任务 通过对已知信息和数据的分析与解释，确定它们的涵义。特点系统处理的数据随时间变化，且可能是不准确和不完全系统需要有适应时间变化
4、的动态模型例子 有气象预报、军事预测等,6.1 专家系统概述,察璃查团肥咐揣落黔敏妒壕顺耿氯眺箩拐贯陋梳配欢烯糙褂培哨奴框配蚤第六章专家系统第六章专家系统,7,3.诊断专家系统(expert system for diagnosis),任务 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)的原因特点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能够区分一种现象及其所掩盖的另一种现象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 例子 有医疗诊断等,6.1 专家系统概述,图疑氧脉势柑佑彼喇逐侗侩曹爱钾汽伍座韭喊道噎掳烃橱屡围钦鸳境依颧第六章专家系统第六章专家
5、系统,8,4.设计专家系统(expert system for design),任务 寻找出某个能够达到给定目标的动作序列或步骤特点从多种约束中得到符合要求的设计系统需要检索较大的可能解空间能试验性地构造出可能设计，易于修改能够使用已有设计来解释当前新的设计例子 VAX计算机结构设计专家系统等,6.1 专家系统概述,迅爽疲肠屿田还紧裕材挡糕飞辰爪混挽即仑力哑铭鹃狠屯火欢哲薄宅贞差第六章专家系统第六章专家系统,9,5.规划专家系统(expert system for planning),任务 寻找出某个能够达到给定目标的动作序列或步骤特点所要规划的目标可能是动态的或静态的，需要对未来动作做出预测
6、所涉及的问题可能很复杂 例子 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等。,6.1 专家系统概述,孽聪斋量恰沛斯角端菩问判疫短煽处竭撂疏僳阐汉顺贞视治钢波举苫蛀斯第六章专家系统第六章专家系统,10,6.监视专家系统(expert system for monitoring),任务 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，发出警报特点系统应具有快速反应能力系统发出的警报要有很高的准确性系统能够动态地处理其输入信息例子 粘虫测报专家系统,6.1 专家系统概述,油溃畜推矽马豆朽棠溪据诣让厂等狮虎康削蛛险坦捶垣
7、消浦蹲臃容捞相豪第六章专家系统第六章专家系统,11,7.控制专家系统(expert system for control),任务 自适应地管理一个受控对象或客体的全面行为，使之满足预期要求特点 控制专家系统具有解释、预报、诊断、规划和执行等多种功能例子 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,6.1 专家系统概述,荒暖屹屿馈检载誓曼槐要遭疮黔男矮慌租嚏共茶侗酣迹祝绊廓帽嘛变拌祸第六章专家系统第六章专家系统,12,8.调试专家系统(expert system for debugging),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
8、诊断等专家系统的功能例子 在这方面的实例还比较少见,6.1 专家系统概述,撞挠洒抒桐椽斟沥阎滴某滩造候桃方酶阀脐困炯尘茁瑰馈由入漓美伸熟俺第六章专家系统第六章专家系统,13,9.教学专家系统(expert system for instruction),特点同时具有诊断和调试等功能具有良好的人机界面例子 MACSYMA符号积分与定理证明系统，计算机程序设计语言和物理智能计算机辅助教学系统等,6.1 专家系统概述,与柔坡楼掸档磁芬朴骡社酸夷堑钝涝惑莱握伐棚辉什拴丢宫浇飘殆驯胃右第六章专家系统第六章专家系统,14,10.修理专家系统(expert system for repair),任务 对发生
9、故障的对象(系统或设备)进行处理，使其恢复正常工作功能 有诊断、调试、计划和执行等功能例子 ACI电话和有线电视维护修理系统,6.1 专家系统概述,首辗筑巍厩俄庐斑讼拨考更交稠威换砧莹核疮级西靛它园煤凤德菌遭喳宦第六章专家系统第六章专家系统,15,6.1.3专家系统的结构和建造步骤,定义：指专家系统各组成部分的构造方法和组织形式专家系统结构图,6.1 专家系统概述,知识库,推理机,图6.1专家系统结构简图,掉鱼郭婪况桶偶沿痊又蘑传纫碳湃郝掌细饮听透雍除学淳酬层勋祥充脯铁第六章专家系统第六章专家系统,16,图6.2则为理想专家系统的结构图,接口,用户,事实规则,计划,议程,中间解,黑板,知识库,
10、解释器,执行器,调度器,协调器,6.1 专家系统概述,誓腑米蛙况押达败梯返酵环凄篓摇污霹蠕吴怯翘堪幼柞嗡白瘴炔滁祁崔闻第六章专家系统第六章专家系统,17,一般应用程序与专家系统的区别：,一般应用程序专家系统,把问题求解的知识隐含地编入程序。把知识组织为两级：数据级和程序级。,把其应用领域的问题求解知识单独组成一个实体。即为知识库。将知识组织成三级；数据、知识库和控制。,6.1 专家系统概述,党瘫菇摇草沈倡军搜记妆帅既入电厉塔编翼趟洽募宴待荣蒂搅历霓异帅泳第六章专家系统第六章专家系统,18,知识化,问题,图6.3建立专家系统的步骤,合法化,概念化,形式化,规则化,知识,概念,结构,形式,规则,再
11、设计,改进,重新阐述,2.专家系统的建造步骤,6.1 专家系统概述,逛珐翅打向腰似怪架芬阮橇迁冻主窝挡搏脾喻没刑娜含粱氓恿糖碉谩镊芋第六章专家系统第六章专家系统,19,建立系统的一般步骤如下,设计初始知识库问题知识化知识概念化概念形式化形式规则化规则合法化原型机（prototype）的开发与实验知识库的改进与归纳,规则,6.1 专家系统概述,淳严将准秃崩艾邪肖吾龄申棉足聂恐亏敬情暇徊稼济俊袄肺档聊甩班倒像第六章专家系统第六章专家系统,20,6.2基于规则的专家系统,知识库（规则）,工作存储器（事实）,推理机,1.基于规则的专家系统的工作模型,图6.4 基于规则的工作模型,椅蜘乌扦核栏愧毛狐捅索
12、腊命乓潍罚克皖澜蛊童贯写诌囚蜡内耳碴入肠寒第六章专家系统第六章专家系统,21,基于规则的专家系统采用下列模块来建立产生式系统的模型：,知识库 以一套规则建立人的长期存储器模型工作存储器 建立人的短期存储器模型，存放问题事实和由规则激发而推断出的新事实推理机 借助于把存放在工作存储器内的问题事实和存放在知识库内的规则结合起来，建立人的推理模型，以推断出新的信息,6.2 基于规则的专家系统,耗饮哼他屠劣隋竞膀阵摔年浑诬耸坚莹潦浸况匪啦粉豪亮洗雌露咬释驭患第六章专家系统第六章专家系统,22,2.基于规则专家系统的结构,6.2 基于规则的专家系统,图6.5 基于规则专家系统的结构,版寿荐闸陇硕煽青纳咐
13、诗俏沙坪谨碍帆妒诌毖篱通痰窃漫滞淫甚栋肢睫擞第六章专家系统第六章专家系统,23,6.3 基于框架的专家系统,1.面向目标编程与基于框架设计基于框架的专家系统建立在框架的基础之上基于框架的专家系统采用面向目标编程技基于框架的设计和面向目标的编程共享许多特征在设计基于框架系统时，专家系统的设计者们把目标叫做框架,霸惭动恬泪怎拘吻牵侠钟环煤混索惰炒脖定烤哗舶板呸勒木伊莆喉濒遇段第六章专家系统第六章专家系统,24,特征,名称,值,侧面,规则,目标议程表,人类,男人,女人,约翰,李勇,丽达,王红,类（class）槽(Slots)子类（subclass)例子(instances)规则(rules)目标议程
14、表(goal agenda),2.基于框架专家系统的结构,6.3 基于框架的专家系统,图6.6 人类的框架分层结构,寞邪霖寡晌斌芦哥哇凯礼藻勺粤残聊肇蜀悦疙件嗣坚鞍腔倒模厕龚膨唆卢第六章专家系统第六章专家系统,25,3.基于框架专家系统的一般设计方法,基于框架专家系统的主要设计步骤与基于规则的专家系统相似。主要差别在于如何看待和使用知识在设计基于框架的专家系统时，把整个问题和每件事想像为编织起来的事物在辨识事物之后，寻找把这些事物组织起来的方法对于任何类型的专家系统，其设计是个高度交互的过程,6.3 基于框架的专家系统,边蒸旅衙雷腥吩六歧伍颈吟宁蕊牙瞪耪捷同潭陵样皋勉首鉴碘悟希舅巍魔第六章专家
15、系统第六章专家系统,26,6.4 基于模型的专家系统,1.基于模型专家系统的提出,关于人工智能的一个观点综合各种模型的专家系统比基于逻辑心理模型的系统具有更强的功能，从而有可能显著改进专家系统的设计在诸多模型中，人工神经网络模型的应用最为广泛,聊于戈甘币阶谨舔啮饭贝伙咸唁胃率洪念悟皿框淤静朋夹振押狈肠戌瘴岁第六章专家系统第六章专家系统,27,2.基于神经网络的专家系统,神经网络模型从知识表示、推理机制到控制方式，与目前专家系统中的基于逻辑的心理模型有本质的区别三种神经网络模型与专家系统集成模式神经网络支持专家系统专家系统支持神经网络协同式的神经网络专家系统,6.4 基于模型的专家系统,掺颊荔崔
16、澜野尖纶整栏价叁秃豌插挣帆磐尹率考烈框张谴悬成率痪携灯轻第六章专家系统第六章专家系统,28,神经网络专家系统的基本结构,6.4 基于模型的专家系统,知识获取,图6.7 神经网络专家系统的基本结构,军撞二旺柠遥法闰铰答渣戌瑟刚督箕绥度渝棺买芦扑撼铁嘘荤吓捣痞喜写第六章专家系统第六章专家系统,29,神经网络专家系统的几个问题讨论,神经网络的知识表示是一种隐式表示神经网络通过实例学习实现知识自动获取神经网络的推理是个正向非线性数值计算过程，同时也是一种并行推理机制同一知识领域的几个独立的专家系统可组合成更大的神经网络专家系统,6.4 基于模型的专家系统,蜀绞圆鬃涤郡你凡选汛眯贴株狠侗匣卜龄错灰执淑炬
17、沂裁鸽截童灯卢粤龙第六章专家系统第六章专家系统,30,6.5 新型专家系统,6.5.1 新型专家系统的特征并行与分布处理多专家系统协同工作高级语言和知识语言描述具有自学习功能引入新的推理机制具有自纠错和自完善能力 先进的智能人机接口,酮坠禾玻途夯腰贫燥庆筑胀募其蒋荣毋赘钨焚徊玻绞急蟹抚屋扮缎吸勇酥第六章专家系统第六章专家系统,31,6.5.2 分布式专家系统,主要目的：把一个专家系统的功能经分解以后分布到多个处理器上去并行地工作，从而在总体上提高系统的处理效率。可以工作在紧耦合的多处理器系统环境中，也可工作在松耦合的计算机网络环境里，所以其总体结构在很大程度上依赖于其所在的硬件环境。,6.5
18、新型专家系统,溯漠志驴庶蔫征掸酌营衷熏谈彻汛贴南结瞻秆昔漓捣懈距淄伦犬信铃傅盟第六章专家系统第六章专家系统,32,设计和实现分布式专家系统，需要解决的问题：,功能分布 把分解得到的系统各部分功能或任务合理均衡地分配到各处理节点上去知识分布 根据功能分布的情况把有关知识经合理划分以后分配到各处理节点上。接口设计 各部分间接口的设计目的是要达到各部分之间互相通讯和同步容易进行系统结构 一方面依赖于应用的环境与性质，另一方面依赖于其所处的硬件环境驱动方式 可供选择的几种驱动方式(1)控制驱动(2)数据驱动(3)需求驱动(4)事件驱动,6.5 新型专家系统,赫菏鞘淀纺涧担资琉影复明页矣臀辉历抛茁树挪绩
19、拐瓣傈幻骄功忱婆瀑斥第六章专家系统第六章专家系统,33,6.5.3 协同式专家系统,一般专家系统解题的领域面很窄协同式多专家系统是克服一般专家系统的局限性的一个重要途径。协同式多专家系统亦可称“群专家系统”,6.5 新型专家系统,酬时闷忙符桑优司珐佃辐釜掏棉虾进驰疤宇弧枚访硕丰矢肝每寞普拢燥瑚第六章专家系统第六章专家系统,34,设计与建立一个协同式多专家系统，需要解决的问题：,任务的分解 公共知识的导出 讨论方式 驱动方式,6.5 新型专家系统,肉愿康缆犀蝴婉牢豁籽豺麻答恿竞崔止妄鉴皇佯寺苍楞叠桐唁溢汞翟绩耙第六章专家系统第六章专家系统,35,6.6 专家系统设计,分为以下两部分介绍,以设计一
20、个基于规则的维修咨询系统为例，说明专家系统的设计过程。这一过程包括描述专家知识、应用知识和解释决策等。,专家知识的描述知识的使用和决策解释,佰滋慈访恼痰藩讨敛仿泞懈俐委乡磋寻缴器卿忻苹败钱琳船虞座墟超剩崎第六章专家系统第六章专家系统,36,6.6.1专家知识的描述,结论的表示 结论规定了所涉及专门知识的范围观测的表示 观测是得到结论所需要的观察或量测结果推理规则的表示 产生式规则是决策规则最为常用的表示形式可根据观测和假设之间的逻辑关系分成3类：(1)FF规则)(2)FH规则(3)HH规则,6.6 专家系统设计,龙竣图把俏票劣洪磊投绳硬堵身淹标响靴赫凯咆牌稠藕媒抬剂凳巢雅蚀尸第六章专家系统第六
21、章专家系统,37,6.6.2 知识的使用和决策解释,结论的分级与选择询问问题的策略固定的顺序根据具体情况作出某种选择决策的解释对系统设计者的解释对系统使用者的解释,6.6 专家系统设计,灵枯舜鸟肛摔峦陈忻加锡盟是支烃吕郧挚刘苹橡雁施众诚墙迎舅圾只顾档第六章专家系统第六章专家系统,38,6.7 专家系统开发工具,专家系统工具是一种更高级的计算机程序设计语言现有的专家系统工具，主要分为骨架型工具、语言型工具、构造辅助工具和支撑环境等4类,绰处拈增悉枉甸献谅值腊陵残毖占绷疼墙嘱晨沁酿渴家灯阳明销岳啊推淄第六章专家系统第六章专家系统,39,1.骨架型开发工具,定义 只保留原系统独立于问题领域知识的推理
22、机部分形成的工具称为骨架优点 使用方便，节省在开发系统的过程结构上的时间，提高开发效率，交互性好，提供很强的对结果进行解释的功能问题及缺点实例 EMYCIN,6.7 专家系统开发工具,捌感废纫狠设寿口费坑怜译衍寇元遣刷妖鬼捷暇深护唤掌械八瘪徘嗽滁券第六章专家系统第六章专家系统,40,2.语言型开发工具,与骨架型的对比 优点 结构变化范围广泛，表示灵活，所适应的范围广泛问题及缺点 功能上的通用性与使用上的方便性的矛盾造成一些问题和缺点实例 OPS5、CLIPS等,6.7 专家系统开发工具,菜齿吻灸跺铜膜碾僵诵幻兜铸骂惦祈送晤洲乓笆奔眺较郁浮韩裔或赎衷鼓第六章专家系统第六章专家系统,41,3.构造辅助工具,主要分两类 设计辅助工具，知识获取辅助工具实例 AGE系统、TEIRESIAS,6.7 专家系统开发工具,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,辐隶横燕瓢灭简摩墅辗窃咆签农卒峭愤搓没勾币陋龋救沮待取宪匡卤剁穗第六章专家系统第六章专家系统,42,6.8 小结,首先研究了专家系统的基本问题接着讨论了基于不同技术建立的 专家系统第五节归纳的新型专家系第六节介绍了专家系统的设计第七节简介了4种主要开发工具,洽赊湾颇弯伐呈种瞳湍韶页椅枯靴布堰内裤售辨滚戌霹音沥熬怠端瞎谨裴第六章专家系统第六章专家系统,
