农业专家系统.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n 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 。n 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n 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 。n 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 。n 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n 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 。n 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 。 n 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 u 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 。 n 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n 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n 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） 。n 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 。n 通 常 把 所 选 择 的 专 家 称 为 领 域 专 家 。n 把 建 造 专 家 系 统 的 计 算 机 技 术 人 员 称 为 知 识 工 程 师 。n 专 家 系 统 的 建 造 过 程 通 常 称 为 知 识 工 程 。 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 n 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 n 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 n 推 理 机 是 专 家 系 统的 “思 维 ”机 构 （ 核心 ） 。n 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