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7.8 新 一 代 专 家 系 统 的 研 究主 讲 人 :陈 诗 旭广 西 师 范 大 学 计 信 学 院 目 前 专 家 系 统 存 在 的 五 大 问 题v忽 视 了 理 论 与 深 层 知 识 在 问 题 求 解 中 的 作 用v缺 少 多 个 系 统 的 协 作 及 综 合 型 的 专 家 系 统v在 知 识 获 取 方 面 还 缺 少 自 动 获 取 知 识 的 能 力v在 知 识 表 示 上 缺 少 多 种 表 示 模 式 的 集 成v在 推 理 方 面 不 支 持 多 种 推 理 策 略针 对 上 述 问 题 ,我 们 开 始 了 新 一 代 专 家 系 统 的 研 究 研 究 新 一 代 专 家 系 统 的 主 要 课 题1 分 布 协 同 式 的 体 系 结 构2 知 识 的 自 动 获 取3 深 层 知 识 的 利 用4 知 识 表 示 及 推 理 方 法 研 究 课 题 1 分 布 协 同 式 的 体 系 结 构v所 谓 分 布 协 同 式 体 系 结 构 是 指 ： 把 知 识 库 （ 推 理 机 制 ）分 布 于 一 个 计 算 机 网 络 的 不 同 节 点 上 ,在 求 解 问 题 时 ，它 们 能 互 通 信 息 ， 密 切 合 作 ， 共 同 完 成 问 题 求 解 任 务 。v该 体 系 结 构 应 解 决 个 问 题（ 1） 任 务 分 布 ： 把 待 求 解 的 问 题 分 解 为 若 干 子 问 题 ,分 别 交 给 系 统 中 不 同的 成 员 去 完 成 。 （ 2） 合 作 策 略 ： 由 于 系 统 中 的 各 成 员 都 只 具 有 部 分 知 识 ，而 问 題 的 各 子 问 题 间 存 在 着 种 种 内 在 联 系 ,这 就 要 求 各 成员 必 须 互 相 通 信 ， 合 作 地 进 行 问 题 求 解 。 为 实 现 合 作 ， 需要 解 决 合 作 的 方 式 与 策 略 以 及 通 信 的 手 段 。 研 究 课 题 知 识 的 自 动 获 取知 识 获 取 可 以 划 分 为 两 个 阶 段 ：v一 个 是 在 知 识 库 尚 未 建 立 起 来 时 ， 从 领 域 专 家 及 有 关 文献 资 料 那 获 取 知 识 。 对 于 这 种 情 况 ， 为 了 实 现 自 动 知 识 获 取 ， 需 要 解 决 自 然 语 言 的 识别 与 理 解 以 及 从 大 量 事 例 中 归 纳 知 识 等 问 题 。 v一 个 是 在 系 统 运 行 过 程 中 ， 通 过 运 行 实 践 不 断 总 结 归 纳 。 对 于 这 一 种 情 况 ， 还 需 要 解 决 如 何 从 系 统 的 运 行 实 践 中 发 现 问 题以 及 通 过 总 结 经 验 教 训 ， 归 纳 出 新 知 识 、 修 改 旧 知 识 等 问 题 。 研 究 课 题 3 深 层 知 识 的 利 用v深 层 知 识 是 指 ： 相 关 领 域 中 的 理 论 性 知 识 、 原理 性 知 识 ， 而 专 家 的 经 验 通 常 被 称 为 表 层 知 识或 浅 层 知 识 。 v对 于 深 层 知 识 的 利 用 存 在 个 问 题（ 1） 如 何 确 定 深 层 知 识 的 容 量 与 边 缘 （ 2） 非 单 调 性 亦 是 深 层 知 识 利 用 中 的 一 个 困 难 问题 研 究 课 题 4 知 识 表 示 及 推 理 方 法v要 使 专 家 系 统 能 像 人 类 专 家 那 样 求 解 领 域 題 ，就 必 须 对 知 识 的 表 示 与 处 理 作 进 一 步 的 研 究 ,使其 能 真 正 模 拟 人 类 求 解 问 题 的 思 维 过 程 。v首 要 解 决 的 问 题（ 1） 如 何 建 立 一 致 的 知 识 表 示 框 架 ， 使 之 能 包 含多 范 例 的 多 种 表 示 模 式 。（ 2） 如 何 在 时 态 推 理 、 定 性 推 理 、 非 单 调 推 理 等方 面 有 所 突 破 ， 在 不 确 定 性 的 表 示 与 处 理 方 面取 得 新 的 进 展 等 。 7.9 专 家 系 统 举 例广 西 师 范 大 学 计 信 学 院 两 个 例 子 1 动 物 识 别 系 统2 专 家 系 统 MYCIN 两 个 例 子 动 物 识 别 系 统 动 物 识 别 系 统这 是 一 个 用 以 识 别 虎 、 金 钱 豹 等 七 种 动 物 的 小 型专 家 系 统 ：v1.系 统 结 构v2.知 识 表 示v3.适 用 知 识 的 选 取v4.推 理 的 结 束 条 件v5.推 理 过 程 动 物 识 别 系 统 系 统 结 构主 控 模 块创建知识库 建立数据库 推理机 解释机构 标 志 结 论 性 规 则释 放 规 则 链 表 释 放 事 实 链 表 匹 配 已 知 事 实 动 物 识 别 系 统 知 识 表 示v知 识 用 产 生 式 规 则 表 示 ， 相 应 的 数 据 结 构 为 ： struct RULE-TYPE char * result； int lastflag； struct CAUSE-TYPE* cause-chain； struct RULE-TYPE * next；;v已 知 事 实 用 字 符 串 描 述 ,连 成 链 表 ， 其 数 据 结 构 为 ： struct CAUSE-TYPE char cause; struct CAUSE-TYPE* next; 动 物 识 别 系 统 适 用 知 识 的 选 取v为 了 进 行 推 理 ， 就 需 要 根 据 数 据 库 中 的 已 知 事 实 从 知 识 库 中 选 用 合 适 的 知 识 。v适 用 知 识 ： 若 知 识 的 前 提 条 件 所 要 求 的 事 实 在数 据 库 中 都 存 在 ， 就 认 为 它 是 一 条 适 用 知 识 。 动 物 识 别 系 统 推 理 的 结 束 条 件当 有 如 下 两 种 情 况 中 的 某 一 种 出 现 时 可 终 止 推 理 ：v 知 识 库 中 再 无 可 适 用 的 知 识 。 对 于 这 种 情 况 ， 很 容 易 进 行 检 测 ， 只 要 检 查 一 下 当 前 知 识 库 中 是 否 还 有 知 识 的 前 提 条 件 可 被 数 据 库 的 已 知 事 实 满 足 ,且 为 未 使 用 过的 知 识 就 可 得 知 。v 经 推 理 求 得 了 问 题 的 解 。 扫 描 知 识 库 的 每 一 条 规 则 ， 若 一 条 规 则 的 结 论 在 其 它 规 则 的 前 提条 件 中 都 不 出 现 ， 则 这 条 规 则 的 结 论 部 分 就 是 最 终 结 论 ， 此 时 就可 终 止 推 理 过 程 。 含 有 最 终 结 论 的 规 则 称 为 结 论 性 规 则 。 对 于 结 论 性 规 则 ， 为 它 作 一 标 志 ， 每 当 推 理 机 用 到 带 标 志 的 规 则 进 行 推 理 时 ,推 出 的 结 论 必然 是 最 终 结 论 ， 此 时 就 可 终 止 推 理 过 程 。 动 物 识 别 系 统 推 理 过 程 两 个 例 子 专 家 系 统 MYCIN 专 家 系 统 MYCINMYCIN是 一 个 帮 助 内 科 医 生 诊 治 感 染 性 疾 病 的 专家 系 统 ：v1.系 统 结 构v2.数 据 表 示v3.知 识 表 示v4.推 理 的 控 制 策 略v5.解 释 功 能 专 家 系 统 MYCIN 系 统 结 构用 户 （ 医 生 ）咨 询 子 系 统数 据 库DDB 解 释 子 系 统 知 识 获 取 子 系 统 知 识 库SDB专 家 、 知 识 工 程 师 专 家 系 统 MYCIN 数 据 表 示v数 据 库 中 的 数 据 都 用 如 下 形 式 的 三 元 组 描 述 ： (对 象 属 性 值 ）v1. “ 对 象 ” 又 称 为 上 下 文 ， 它 是 系 统 要 处 理 的 实 体 ， 例 如 ： PERSON(病 人 ） v2. “ 属 性 ” 又 称 临 床 参 数 ,用 于 描 述 相 应 对 象 的 特 征 ，例 如 “ 病 人 ” 的 姓 名 、 年 龄 、 性 别 。v3. “ 值 ” 是 指 相 应 属 性 的 值 ， 根 据 属 性 的 不 同 类 别 ，其 值 可 以 是 一 个 或 多 个 。 专 家 系 统 MYCIN 数 据 表 示 属 性 分 类vMYCIN中 有 65种 属 性 ， 这 些 属 性 按 其 所 描 述 的 对 象 不 同分 为 六 类 。例 如 ： 用 于 描 述 “ 病 人 ” 情 况 的 作 为 一 类 ， 用 于 描 述 “ 培养 物 ” 情 况 的 作 为 一 类 ， 等 等 。v对 每 一 类 属 性 都 有 专 门 的 名 字 。例 如 ： 用 PROMPT作 为 描 述 “ 病 人 ” 的 属 性 集 的 名 字 。 v属 性 又 按 其 取 值 的 性 质 不 同 分 为 七 种 类 别 。例 如 ： 单 值 的 ， 多 值 的 ， 可 问 的 ， 可 导 出 的 等 专 家 系 统 MYCIN 数 据 表 示 可 信 度 因 子v每 个 属 性 的 值 可 以 带 有 一 个 可 信 度 因 子 CF,用 以 指 出 对相 应 属 性 值 的 信 任 程 度 。vCF在 -1,1上 取 值 。 当 CF0时 ， 表 示 相 信 该 属 性 取 相 应 值 的 程 度 ； 当 CF0时 , 表 示 不 相 该 属 性 取 相 应 值 的 程 度 ； 当 CF为 1， -1或 0时 ,分 别 表 示 完 全 相 信 、 完 全 不 相 信 、 不 能 确 定 该 属 性 取 相 应 的 值 。 专 家 系 统 MYCIN 数 据 表 示 例 子 v下 面 给 出 三 个 用 三 元 组 描 述 数 据 的 例 子 ：对 象 属 性 值病 人 -1 性 别 (男 1.0)病 人 -1 药 物 过 敏 (青 霉 素 1.0)(氣 苄 青 霉 素 1.0)病 原 体 -1 鉴 别 名 (链 球 菌 0.6)(葡 萄 球 菌 0.4) 专 家 系 统 MYCIN 数 据 表 示vMYCIN采 用 上 下 文 树 (Context tree)来 表 示 问 题 ,一 棵 上下 文 树 构 成 了 对 一 个 病 人 的 完 整 描 述 。 专 家 系 统 MYCIN 知 识 表 示vMYCIN的 知 识 库 主 要 用 于 存 储 领 域 知 识 ， 同 时 还存 放 了 一 些 静 态 知 识 （ 参 数 的 特 性 表 、 清 单 、词 典 等 ） 。 领 域 知 识 的 表 示 静 态 知 识 的 表 示 专 家 系 统 MYCIN 知 识 表 示 领 域 知 识 的 表 示 专 家 系 统 MYCIN 知 识 表 示 领 域 知 识 的 表 示v领 域 知 识 用 规 则 表 示 ,其 一 般 形 式 为 ： RULE * * * IF THEN v 1. * * * 是 规 则 的 编 号 。v 2.前 提 的 一 般 形 式 是 ： ($ AND ) v 3.行 为 部 分 由 行 为 函 数 表 示 ,MYCIN中 有 三 个 专 门 用 于 表 示 动 作 的 行 为 函 数 :CONCLUDE, CONCLIST和 TRANLIST。 其 中 以 CONCLUDE用 得 最多 ， 其 形 式 为 ： ( CONCLUDE C P V TALLY CF) 专 家 系 统 MYCIN 知 识 表 示 领 域 知 识 的 表 示 举 例v 例 如 对 如 下 规 则 ： RULE 047如 果 ： （ 1） 病 原 体 的 鉴 别 名 不 确 定 ， 且 （ 2） 病 原 体 来 自 血 液 ， 且 （ 3） 病 原 体 的 染 色 是 革 兰 氏 阴 性 ， 且 （ 4） 病 原 体 的 形 态 是 杆 状 的 ， 且 （ 5） 病 原 体 呈 赭 色那 么 ： 该 病 原 体 的 鉴 别 名 是 假 单 胞 细 菌 ， 可 信 度 为 0.4。v 它 在 MYCIN中 的 表 示 形 式 是 ：RULE 047PREMISE ( $ AND (NOTDEFINITE CNTXT IDENT)(SAME CNTXT SITE BLOOD) (SAME CNTXT STAIN GRAMNEG)(SAME CNTXT MORPH ROD)(SAME CNTXT BURNT)ACTION (CONCLUDE CNTXT IDENT PSEUDOMONAS TALLY.4)其 中 ， NOTDEFINITE SAME是 MYCIN中 专 门 用 于 表 示 条 件 的 函 数 专 家 系 统 MYCIN 知 识 表 示 静 态 知 识 的 表 示 （ 属 性 特 性 的 表 示 ） 专 家 系 统 MYCIN 知 识 表 示 静 态 知 识 的 表 示v 从 临 床 参 数 （ 属 性 ） 的 角 度 来 看 ， 可 认 为 每 个 临 床 参 数 都 具 很 多种 特 性 。 主 要 特 性 有 ：1. MEMBEROF:按 所 描 述 的 对 象 不 同 迸 行 分 类 时 ， 临 床 参 数 所 属 的 类 型 名 ，例 如 :PRO-PTo2. VALUTYPE:临 床 参 数 是 单 值 、 二 值 还 是 多 值 。3. EXPECT:可 问 参 数 的 许 可 值 。 用 (Y/N)表 示 要 求 回 答 yes/no 4. PROMPT:用 于 向 用 户 提 问 一 个 单 值 或 二 值 参 数 的 值 。 5. PROMPT1： 用 于 向 用 户 提 问 一 个 多 值 参 数 的 值 。6. LABDATA： 用 于 指 出 相 应 参 数 的 值 是 否 可 从 用 户 那 里 获 得 。 专 家 系 统 MYCIN 知 识 表 示 静 态 知 识 的 表 示 举 例v属 性 的 特 性 都 用 三 元 组 的 形 式 表 示 出 来 存 于 知 识 库 中v例 如 BURN属 性 的 属 性 特 性 表 为 ：对 象 属 性 值BURN MEMBEROF PRO-PTBURN VALUTYPE BINARYBURN EXPECT (Y/N) BURN PROMPT Is * a burn patient ?BURN LABDATA 1BURN LOOKAHEAD (RULE 047)BURN TRANS (* HAS BEEN SERIOUSLY BURNED) 专 家 系 统 MYCIN 推 理 的 控 制 策 略v MYCIN采 用 逆 向 推 理 及 深 度 优 先 的 搜 索 策 略 。1. 系 统 首 先 在 数 据 库 中 建 立 一 棵 上 下 文 树 的 根 节 点 ,并 为 该 裉 节 点 指 定一 个 名 字 PATIENT-1 (病 人 -1)， 其 类 型 为 PERSON。2. PERSON的 属 性 为 (NAME AGE SEX REGIMEN),其 中 前 三 项 都 具 LABDATA特 性 ， 即 可 通 过 向 用 户 询 问 得 到 其 值 。 于 是 系 统 向 用 户 提 出 询 问 。3. 用 户 输 人 病 人 的 姓 名 、 年 龄 及 性 别 ， 并 以 三 元 组 形 式 存 入 数 据 中 。 REGIMEN不 是 LABDATA属 性 ， 必 须 由 系 统 推 出 。 4. 为 了 得 到 REGIMEN,系 统 将 开 始 推 理 过 程 。 推 理 时 首 先 运 用 的 一 条 规 则是 RULE 092 。 5. 规 则 092的 前 提 部 分 涉 及 到 临 床 参 数 TREATFOR， 它 是 一 个 NONLABDATA,因 而 系 统 调 用 TREATFOR的 UPDATEI-BY特 性 所 指 出 的 第 一 条 规 则 。6. 检 查 它 的 前 提 是 否 为 真 ， 此 时 如 果 该 前 提 所 涉 及 到 的 值 是 可 向 用 户 询问 的 ， 就 直 接 询 问 用 户 ,否 则 再 找 出 可 推 出 该 值 的 规 则 。 如 此 反 复 进行 ， 直 到 最 后 推 出 PATIENT-1的 主 要 临 床 参 数 REGIMEN为 止 。 专 家 系 统 MYCIN 推 理 的 控 制 策 略推 理 中 注 意 的 2个 地 方 ：v在 此 过 程 中 ， 每 当 得 到 一 个 值 时 ,都 要 加 人 到 上 下 文 树中 。v在 推 理 中 ， 规 则 前 提 条 件 是 否 成 立 取 决 于 数 据 库 中 是 否已 有 相 应 的 证 据 (来 自 于 用 户 或 者 是 由 系 统 推 出 的 ） 以及 它 是 否 满 足 阈 值 条 件 。 CF0.2时 则 调 用 该 规 则 结 论 中 的 函 数 CF=0.2时 则 放 弃 该 规 则 专 家 系 统 MYCIN 解 释 功 能vMYCIN具 有 较 强 的 解 释 功 能 ,能 回 答 咨 询 过 程 中 用 户 提 出的 各 种 问 题 ： 用 户 可 询 问 系 统 ： “ 为 什 么 要 问 病 人 的 性 别 ？ ” 系 统 将 回 答 说 ： “ 性 别 与 确 定 能 否 在 某 一 部 位 找 到 病 原 体 有 关 ”