《农业专家系统》PPT课件.ppt

农业专家系统 3 专家系统 农业专家系统概述 农业专家系统技术和设计 农业专家系统的研制与应用 农业管理知识模型 一、人工智能与专家系统 （一）人工智能的概念 人工智能（ artificial intelligence， AI）是指研究人类智能活动的规 律，利用计算机构造一个人工系统来模拟人类思考问题，使计算 机具有人类智能行为，以实现人类脑力劳动自动化的技术。 智能机器 (intelligent machine)是能够在各类环境中自主地或交互 地执行各种拟人任务的机器，具有判断、推理、证明、识别、感 知、理解、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。 一、人工智能与专家系统 （一）人工智能的概念 人工智能是用计算机模拟人的智能，通常是通过知识处理把人 的各种思维和智能转化为符号的表示、推理、搜索、学习等方 式。 启发性、模糊性知识，搜索推理和不确定性推理，以及机器学 习是人工智能研究的重要内容。 知识表示、问题求解、自然语言理解、专家系统、机器学习、 认知科学等是人工智能的重要研究分支。 一、人工智能与专家系统 （一）人工智能的概念 研制各类自然语言处理系统，利用计算 机来分析人的自然语言表达，帮助进行 翻译和实现人机自然语言对话 人工智能 研究进展 较大的三 应用分支 机器人 专家系统 自然语言理解 再现人的感觉、操作和行动，从事复杂作 业，可在一些有害、危险和繁重、疲劳性 劳动场合来代替人去完成作业，如焊接、 搬运、装配、水下与地下作业等 一个智能计算机程序系统，具有专业知识 并能通过推理和判断来解决问题，可代替 人类专家进行疾病诊断、数学公式推导、 化学结构分析等方面的复杂工作 一、人工智能与专家系统 （二）专家系统的概念 它是一个智能程序； 它具有相关领域内大量的专家知识； 它能应用人工智能技术模拟人类专家求解问题的思维过程进行 推理，解决相关领域内的困难问题，并且达到领域专家水平。 -费根鲍姆 (Edward Feigenbaum)教授 （斯坦福大学，“专家系统和知识工程之父”） 一、人工智能与专家系统 （二）专家系统的概念 专家系统（ Expert System， ES）就是一种在相关领域中具有与人类 专家同等解决问题能力的智能程序系统，能够利用人类专家的知识 和解决问题的方法来解决该领域的复杂问题。 也就是说， 专家系统是指在特定的领域内，根据某一专家或专家群 体提供的知识、经验及方法进行推理和判断，模拟人类专家做决定 的过程，来解决那些需要人类专家决定的复杂问题，提出专家水平 的解决方法或决策方案的计算机程序系统。 专家系统可以解决的问题一般包括解释、预测、诊断、设计、规划、 监视、修理、指导和控制等。 一、人工智能与专家系统 （二）专家系统的概念 在医疗诊断、机械制造、企业管理、经济分析、环境控制、水文及地质调 查、军事指挥、农业生产等多个领域已有广泛应用，发挥着解释、预测、 诊断、设计、计划、监控、调试、修理、教学和控制等方面的作用。 专家系统来自于专家，但又高于专家，是专家技能和知识的集成 和综合。 数量 专家知识保留 判断分析 能力 获得专家知 识的时间 成本 应用 人类 专家 数量稀少 非永久 性 易受情绪和 环境的影响 较长 较高 广泛利用 受到限制 专家 系统 易于复制 和转换 永久性 不受环境影 响 较短 价格相 对便宜 很大程度上 代替领域专家 一、人工智能与专家系统 （三）专家系统的类型 -应用领域的性质和解决的问题类型不同 诊断专家系统 预测专家系统 解释专家系统 设计专家系统 规划专家系统 监视专家系统 控制专家系统 咨询专家系统 教学专家系统 调试与修理专家系统 二、专家系统基本原理 （一）专家系统与知识工程 专家系统的 知识表示技术 问题求解技术 推 理 知 识 人工智能的 两大要素 技术基础 专家系统与一般人工智能系统又有所区别。其最重要的特 征是它的研究对象不是普通人的智能，而是某个领域具有 技术特长的专家在解决问题时的本领。 二、专家系统基本原理 （一）专家系统与知识工程 专家系统的核心是知识，所以专家系统又被称为基于知识 的系统（ Knowledge-Based System）。 在专家系统中，把通常的数据、公式、方法、经验以及信 息等均看作知识。 通常把所选择的专家称为 领域专家 。 把建造专家系统的计算机技术人员称为 知识工程师 。 专家系统的建造过程通常称为 知识工程 。 专家系统的关键技术 知识获取 知识表示 知识运用 二、专家系统基本原理 （一）专家系统与知识工程 第一节 专家系统技术概述 研究如何从 领域专家的 口述或文字、 书本资料或 数据实例中 抽取出该专 家系统所需 要的知识 是研究如何将领域知识和专家 经验等有效地表示成计算机能 够工作和运行的形式 研究如何对存 放在知识库中 的知识进行控 制和操作，即 问题求解，通 常采用的方法 是搜索和推理 二、专家系统基本原理 （二）专家系统基本特征 1. 具有专家水平的专门知识 2. 能进行有效的推理 3. 具有获取知识的能力 4. 具有灵活性 5. 具有透明性 6. 具有交互性 7. 具有实用性 8. 具有一定的复杂性及难度 二、专家系统基本原理 （三）专家系统与计算机程序的区别 第一节 专家系统技术概述 常规的计算机程序 专家系统 基本情况 常规程序数据结构十算法 专家系统知识十推理 知识组织 两级： 数据级和程序级 三级： 数据级、知识库级和控制级 求取问题 方法 查找或计算，面向数值计算和数 据处理，问题求解过程中先做什 么及后做什么都是由程序规定的 推理，面向符号处理，其推理过程 随着情况的变化而变化，具有不确 定性及灵活性 处理的数 据 多是精确的，对数据的检索是基 于模式的布尔匹配 大多是不精确的、模糊的，知识的 模式匹配也多不精确（设定阈值） 解释功能 一般不具有 具有，可对自己的行为做出解释 体系结构 不同 三、专家系统基本结构 专家系统的一般结构 三、专家系统基本结构 专家系统的一般结构 系统 通过它输出运行结果、 回答用户的询问或者向用户 索取进一步的事实 由一组程序及相应的硬件组成， 用于完成输入输出工作。 通过它输入知识，更新、 完善知识库 通过它输入欲求解的问题、已知事实以及 向系统提出询问 三、专家系统基本结构 专家系统的一般结构 由一组程序组成， 基本任务是把知识 输入到知识库中， 并负责维持知识的 一致性及完整性， 建立起性能良好的 知识库。 三、专家系统基本结构 专家系统的一般结构 存储领域内的原理性知 识、专家的经验性知识 以及有关的事实等 负责对知识库中的知识 进行组织、检索、维护 等 三、专家系统基本结构 专家系统的一般结构 推理机是专家系统 的“思维”机构 （核心）。 任务是模拟领域专 家的思维过程，控 制并执行对问题的 求解。能根据当前 已知事实，利用知 识库中的知识，按 一定的推理方法和 控制策略进行推理， 求得问题的答案或 证明某个假设的正 确性。 知识表示技术 知识是专家系统的核心 ， 将人的知识转换为 知识库能够表达和操作运用的知识 。 知识表示技术则是专家系统的核心技术 。 已 提出的知识表示技术方法有上百种 ， 常见的 有： 产生式规则法 ， “ 框架 ” 表示法 ， 语义网络 法 ， “ 规则架 +规则体 ” 规则组法 ， 综合知 识法 推理策略 专家系统的控制中心，依靠推理机这种控制程序 去运行知识库和其它机构，解决用户提出的问题 。 正向推理 反向推理 双向混合推理 不确定推理 知识获取技术 按所建专家系统规定的知识表示形式，整理成一 个个知识单元，放入知识库，这个过程称为知识 获取。 获取方式： 人工获取方式，半自动获取方式，自动获取方式 过程： 确定任务、制造方案、实时获取、调试弯身 开发工具 编辑型开发工具 智能型开发工具 自动知识获取工具