人工智能原理及应用39

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,*,*,人工智能原理及应用,制作小组成员：张恒维 许荣泽 乌龟侠 刘寒静,目录,一.专,家,家系统,的,的介绍,1.什,么,么是专,家,家系统,2.专家系,统,统的发展历,程,程,3.专家系,统,统的构造及,工,工作过程,二.基于规,则,则的专家系,统,统,1.基于规,则,则的专家系,统,统的基本特,征,征,2.前向链,接,接和后向链,接,接推理技术,3.冲突消,解,解,三.规则专,家,家系统的有,点,点和缺点,四.实例展,示,示,一.专家系,统,统的介绍,1.什么是,专,专家系统,专家系统是,人,人工智能中,最,最重要的也,是,是最活跃的,一,一个应用领,域,域，它实现,了,了人工智能,从,从理论研究,走,走向实际应,用,用、从一般,推,推理策略探,讨,讨转向运用,专,专门知识的,重,重大突破。,专,专家系统是,早,早期人工智,能,能的一个重,要,要分支，它,可,可以看作是,一,一类具有专,门,门知识和经,验,验的计算机,智,智能程序系,统,统，一般采,用,用人工智能,中,中的知识表,示,示和知识推,理,理技术来模,拟,拟通常由领,域,域专家才能,解,解决的复杂,问,问题。,2.专家系,统,统的发展历,程,程,20世纪60年代初，,出,出现了运用,逻,逻辑学和模,拟,拟心理活动,的,的一些通用,问,问题求解程,序,序，它们可,以,以证明定理,和,和进行逻辑,推,推理。但是,这,这些通用方,法,法无法解决,大,大的实际问,题,题，很难把,实,实际问题改,造,造成适合于,计,计算机解决,的,的形式，并,且,且对于解题,所,所需的巨大,的,的搜索空间,也,也难于处理,。,。1965,年,年，f.a.费根鲍姆等人在总结,通,通用问题求,解,解系统的成,功,功与失败经,验,验的基础上,，,，结合化学领,域,域的专门知,识,识，研制了,世,世界上第一,个,个专家系统dendral，可,以,以推断化学,分,分子结构。20多年来,，,，知识工程,的,的研究，专,家,家系统的理,论,论和技术不,断,断发展，应,用,用渗透到几,乎,乎各个领域,，,，包括化学,、,、数学、物,理,理、生物、,医,医学、农业,、,、气象、地,质,质勘探、军,事,事、工程技,术,术、法律、,商,商业、空间,技,技术、自动,控,控制、计算,机,机设计和制,造,造等众多领,域,域，开发了,几,几千个的专,家,家系统，其,中,中不少在功,能,能上已达到,，,，甚至超过,同,同领域中人,类,类专家的水,平,平，并在实,际,际应用中产,生,生了巨大的,经,经济效益。,专家系统的,发,发展阶段,专家系统的,发,发展已经历,了,了3个阶段,，,，正向第四,代,代过渡和发,展,展。,第一代专家,系,系统（dendral,、,、macsyma等）,以,以高度专业,化,化、求解专,门,门问题的能,力,力强为特点,。,。但在体系,结,结构的完整,性,性、可移植,性,性、系统的,透,透明性和灵,活,活性等方面,存,存在缺陷，,求,求解问题的,能,能力弱。,第二代专家,系,系统（mycin、casnet,、,、prospector、hearsay等,）,）属单学科,专,专业型、应,用,用型系统，,其,其体系结构,较,较完整，移,植,植性方面也,有,有所改善，,而,而且在系统,的,的人机接口,、,、解释机制,、,、知识获取,技,技术、不确,定,定推理技术,、,、增强专家,系,系统的知识,表,表示和推理,方,方法的启发,性,性、通用性,等,等方面都有,所,所改进。,专家系统的,发,发展阶段,第三代专家,系,系统属多学,科,科综合型系,统,统，采用多,种,种人工智能,语,语言，综合,采,采用各种知,识,识表示方法,和,和多种推理,机,机制及控制,策,策略，并开,始,始运用各种,知,知识工程语,言,言、骨架系,统,统及专家系,统,统开发工具,和,和环境来研,制,制大型综合,专,专家系统。,第四代专家,系,系统是在,在总结前三,代,代专家系统,的,的设计方法,和,和实现技术,的,的基础上，,已,已开始采用,大,大型多专家,协,协作系统、,多,多种知识表,示,示、综合知,识,识库、自组,织,织解题机制,、,、多学科协,同,同解题与并,行,行推理、专,家,家系统工具,与,与环境、人,工,工神经网络,知,知识获取及,学,学习机制等,最,最新人工智,能,能技术来实,现,现具有多知,识,识库、多主,体,体,的专家系统,。,。,3.专家系,统,统的构造及,工,工作过程,构造,专家系统通,常,常由人机交,互,互界面、知,识,识库、推理,机,机、解释器,、,、综合数据,库,库、知识获,取,取等6个部,分,分构成。其,中,中尤以知识,库,库与推理机,相,相互分离而,别,别具特色。,专,专家系统的,体,体系结构随,专,专家系统的,类,类型、功能,和,和规模的不,同,同，而有所,差,差异。,3.专家系,统,统的构造及,工,工作过程,为了使计算,机,机能运用专,家,家的领域知,识,识，必须要,采,采用一定的,方,方式表示知,识,识。目前常,用,用的知识表,示,示方式有产,生,生式规则、,语,语义网络、,框,框架、状态,空,空间、逻辑,模,模式、脚本,、,、过程、面,向,向对象等。,基,基于规则的,产,产生式系统,是,是目前实现,知,知识运用最,基,基本的方法,。,。产生式系,统,统由综合数,据,据库、知识,库,库和推理机3个主要部,分,分组成，综,合,合数据库包,含,含求解问题,的,的世界范围,内,内的事实和,断,断言。知识,库,库包含所有,用,用“如果：,前提，,于,于是：结,果,果”形式,表,表达的知识,规,规则。推理,机,机（又称规,则,则解释器）,的,的任务是运,用,用控制策略,找,找到可以应,用,用的规则。,3.专家系,统,统的构造及,工,工作过程,知识库,知识库用来,存,存放专家提,供,供的知识。,专,专家系统的,问,问题求解过,程,程是通过知,识,识库中的知,识,识来模拟专,家,家的思维方,式,式的，因此,，,，知识库是,专,专家系统质,量,量是否优越,的,的关键所在,，,，即知识库,中,中知识的质,量,量和数量决,定,定着专家系,统,统的质量水,平,平。一般来,说,说，专家系,统,统中的知识,库,库与专家系,统,统程序是相,互,互独立的，,用,用户可以通,过,过改变、完,善,善知识库中,的,的知识内容,来,来提高专家,系,系统的性能,。,。,3.专家系,统,统的构造及,工,工作过程,推理机,推理机针对,当,当前问题的,条,条件或已知,信,信息，反复,匹,匹配知识库,中,中的规则，,获,获得新的结,论,论，以得到,问,问题求解结,果,果。在这里,，,，推理方式,可,可以有正向,和,和反向推理,两,两种。,3.专家系,统,统的构造及,工,工作过程,其他部分,人机界面是,系,系统与用户,进,进行交流时,的,的界面。通,过,过该界面，,用,用户输入基,本,本信息、回,答,答系统提出,的,的相关问题,，,，并输出推,理,理结果及相,关,关的解释等,。,。,综合数据库,专,专门用于存,储,储推理过程,中,中所需的原,始,始数据、中,间,间结果和最,终,终结论，往,往,往是作为暂,时,时的存储区,。,。解释器能,够,够根据用户,的,的提问，对,结,结论、求解,过,过程做出说,明,明，因而使,专,专家系统更,具,具有人情味,。,。,知识获取是,专,专家系统知,识,识库是否优,越,越的关键，,也,也是专家系,统,统设计的“,瓶,瓶颈”问题,，,，通过知识,获,获取，可以,扩,扩充和修改,知,知识库中的,内,内容，也可,以,以实现自动,学,学习功能。,3.专家系,统,统的构造及,工,工作过程,工作过程,专家系统的,基,基本工作流,程,程是，用户,通,通过人机界,面,面回答系统,的,的提问，推,理,理机将用户,输,输入的信息,与,与知识库中,各,各个规则的,条,条件进行匹,配,配，并把被,匹,匹配规则的,结,结论存放到,综,综合数据库,中,中。最后，,专,专家系统将,得,得出最终结,论,论呈现给用,户,户。,二.基于规,则,则的专家系,统,统,1.基于规,则,则的专家系,统,统的基本特,征,征,在20世纪70年代早,期,期，来自卡,内,内基-梅隆,大,大学的Newell和Simon,提,提出了产生,式,式系统模型,，,，为现代的,基,基于规则的,专,专家系统奠,定,定了基础（Newell andSimon，1972）。产生,式,式模型的思,路,路是，对于,一,一个用相关,信,信息表达了,的,的指定问题,，,，人类运用,知,知识（用产,生,生式规则表,达,达）能够解,决,决。产生式,规,规则存储在,长,长期存储器,中,中，问题相,关,关的信息或,事,事实存储在,短,短期存储器,中,中。图2.2是产生式,系,系统模型和,基,基于规则的,专,专家系统的,基,基本结构。,二.基于规,则,则的专家系,统,统,二.基于规,则,则的专家系,统,统,基于规则的,专,专家系统由5个部分组,成,成：知识库,、,、数据库、,推,推理引擎、,解,解释设备和,用,用户界面。,知识库包含,解,解决问题相,关,关的领域知,识,识。在基于,规,规则的专家,系,系统中，知,识,识用一组规,则,则来表达。,每,每一条规则,表,表达一个关,系,系、建议、,指,指示、策略,或,或启发式方,法,法，具有IF（条件）THEN（,行,行为）结构,。,。当规则的,条,条件被满足,时,时，触发规,则,则，继而执,行,行行为。,数据库包,含,含一组事,实,实，用于,匹,匹配存储,在,在知识库,中,中的IF,（,（条件）,部,部分。,推理引擎,执,执行推理,，,，专家系,统,统由此找,到,到解决方,案,案。推理,引,引擎链接,知,知识库中,的,的规则和,数,数据库中,的,的事实。31,用户使用,解,解释设备,查,查看专家,系,系统怎样,得,得出解决,方,方案的过,程,程，以及,为,为什么需,要,要特定事,实,实。专家,系,系统必须,能,能够解释,推,推理并证,明,明所给的,建,建议、分,析,析或结论,。,。,用户界面,是,是实现用,户,户（查询,问,问题解决,方,方案）和,专,专家系统,之,之间交流,的,的途径，,这,这一途径,必,必须有实,际,际意义并,尽,尽可能地,友,友好。,这5个部,分,分对于任,何,何基于规,则,则的专家,系,系统来说,都,都是不可,或,或缺的，,它,它们共同,构,构成了专,家,家系统的,核,核心，除,此,此之外也,会,会有其他,附,附加组件,。,。,二.基于,规,规则的专,家,家系统,外部接口,允,允许专家,系,系统融合,外,外部数据,文,文件和以,常,常用语言,编,编写的程,序,序,，,开发者接,口,口一般包,括,括知识库,编,编辑器、,调,调试工具,，,，以及输,入,入/输出,设,设备,。,任何专家,系,系统框架,都,都会提供,简,简单的文,本,本编辑器,，,，用于输,入,入和调整,规,规则、检,查,查格式和,拼,拼写。许,多,多专家系,统,统也包括,记,记录设备,，,，用于监,测,测32知,识,识工程师,或,或专家所,做,做的修改,。,。如果规,则,则被改动,，,，编辑器,将,将自动存,储,储改动日,期,期和做改,动,动的人，,以,以便后面,参,参考。当,有,有多个知,识,识工程师,和,和专家都,有,有权进入,知,知识库并,做,做修改时,，,，记录设,备,备尤其重,要,要。,二.基于,规,规则的专,家,家系统,调试工具,一,一般包含,跟,跟踪设备,和,和断点包,。,。跟踪设,备,备提供程,序,序执行过,程,程中被触,发,发的规则,列,列表。使,用,用断点包,则,则能提前,告,告诉系统,哪,哪里该中,断,断，以备,知,知识工程,师,师或专家,即,即时查看,数,数据库中,的,的当前值,。,。,多数专家,系,系统还提,供,供输入/,输,输出设备,，,，例如运,行,行时知识,获,