专家系统人工智能原理与应用

,第八章 专家系统,人 工 智 能 原 理 与 应 用,欢迎使用本课件,教材简介:,名 称:人工智能原理与应用,作 者:张仰森,出版社:高等教育出版社,章 节:共十章,主讲教师:宗春梅,专家系统是人工智能应用争论的一个重要分支。自20世纪60年月末，费根鲍姆等人研制成功第一个专家系统DENDRAL以来,专家系统已被成功地运用到工业、农业、地质矿产业、科学技术、医疗、教育、军事等众多领域，并已产生了巨大的社会效益和经济效益。它实现了人工智能从理论争论走向实际应用，从一般思维方法探讨转入特地学问运用的重大突破。成为人工智能应用争论中最活泼、也最有成效的一个重要领域。,8.1 专家系统概述,1.产生与进展过程,1968年世界上的第一个专家系统DENDRAL在美国的斯坦福大学研发成功。DENDRAL是世界上第一例成功的专家系统，它的消失标志着人工智能的一个新领域专家系统的诞生。,20世纪60年月末，美国麻省理工学院开头争论用于解决简单微积分运算和数学推导的专家系统MACSYMA。卡内基梅隆大学在同一时期也开发了一个用于语音识别的专家系统HEARSAY，并相继研发成功HEARSAYII和HEARSAYIII。,1974年，匹兹堡大学研制成功内科病诊断询问系统INTERNIST，并在以后对其不断完善，使之进展成专家系统CADUCEUS。,8.1.1 专家系统的产生与进展,1976年，专家系统MYCIN由美国斯坦福大学的开发成功，其主要设计目的是为细菌感染疾病供给抗菌剂治疗建议。MYCIN还首次使用了目前专家系统中常用的学问库的概念，并在不确定性的表示和处理中承受了可信度的方法。,1976年，美国斯坦福大学国际争论所人工智能争论中心的等人研制成功一个探矿专家系统ROSPECTOR，该系统把矿床模型按计算机能解释的形式编码，随后利用这些模型进展推理，到达勘探评价、区域资源估值、钻井井位选择的目的。,进入20世纪80年月以后，专家系统的研发开头趋于商品化。,8.1 专家系统概述,8.1.1 专家系统的产生与进展,2.专家系统的成就,由数字设备公司DEC和卡内基梅隆大学合作研发的专家系统XCON，是一个用于为VAX计算机系统制定硬件配置方案的商用系统，制造了巨大的经济效益。,ACE是由贝尔试验室于80年月初开发的一个用于设备错误诊断的专家系统，用于定位和识别在 网络中的故障点。,DELTA则是由通用电气公司在80年月中期开发的错误诊断系统，以帮助修理人员觉察在柴油发电机中的故障。,3.中国的状况,我国专家系统的研发起步于20世纪80年月，开发成功了很多具有有用价值的应用型专家系统。,8.1 专家系统概述,8.1.1 专家系统的产生与进展,4.需要进一步争论并加以解决的问题,学问的自动猎取方法、深层学问的表示和利用方法、分布式学问的处理方法以及学问的完备性等问题都是要连续探讨和争论的。,8.1 专家系统概述,8.1.1 专家系统的产生与进展,到目前为止，有关专家系统还没有一个严格公认的形式化定义。但人们普遍认为，专家系统是一种具有大量特地学问与阅历的智能程序系统，它能运用某个领域一个或多个专家多年积存的阅历和特地学问，模拟领域专家求解问题时的思维过程，以解决该领域中的各种简单问题。也就是说，专家系统具有三个方面的含义：,它是一种具有智能的程序系统。能运用专家学问和阅历进展推理的启发式程序系统。,它必需包含有大量专家水平的领域学问，并能在运行过程中不断地对这些学问进展更新。,它能应用人工智能技术模拟人类专家求解问题的推理过程，解决那些原来应当由领域专家才能解决的简单问题。,8.1 专家系统概述,8.1.2 专家系统的定义,对专家系统的类型划分可以有多种不同的方法。不同的分类方法所得到的分类结果也不同。,1.按专家系统特性和处理问题的类型分类,海叶斯罗斯F.Heyes-Roth)等人依据专家系统的特性及处理问题的类型，将专家系统分为以下10种类型。,1解释型：通过对信息和数据进展分析和推理，从而确定它们的含义，给出相应解释的一类专家系统。,2诊断型：依据输入系统的有关被诊断对象的信息，来推断出相应对象存在的故障和产生故障的缘由，并进一步给出排解故障方法的一类专家系统。,8.1 专家系统概述,8.1.3 专家系统的种类,3设计型：依据用户输入的设计要求数据，求解出满足设计要求的目标配置方案的一种专家系统。,4猜测型：通过对过去学问以及当前的事实与数据进展分析，推断将来状况的一类专家系统。,5规划型：依据给定的规划目标数据，制定出某个能够到达目的的动作规划或行动步骤的一类专家系统。,6监视型：这是一类用于对被检控对象进展实时地、不断地观看，并能观看到状况准时做出适当反响的专家系统。,7掌握型：用来对一个受控对象或客体的行为进展适当的调整与治理，以使其满足预期要求的一类专家系统。,8调试型：对失灵的对象制定出排解故障的规划并实施排解的一类专家系统。,8.1 专家系统概述,8.1.3 专家系统的种类,9)教学型：是一类可依据学生学习的特点，制定适当的教学打算和教学方法，以对学生进展教学和辅导的专家系统。,(10)修理型：对发生故障的系统或设备进展处理，使其恢复正常工作的一类专家系统。,除了以上这10种类型的专家系统外，决策型和治理型的专家系统也是近年来颇受人们重视的两类专家系统。,8.1 专家系统概述,8.1.3 专家系统的种类,2、按系统的体系构造分类,(1)集中式专家系统,这是一类对学问及推理进展集中治理的专家系统。对于这类专家系统，又可依据系统学问库与推理机构的组织方式，细分为层次式构造、深-浅双层构造、多层聚焦构造及黑板构造等专家系统。,层次式构造专家系统是指其推理机构为多层机制，推理方式承受逐层推理的专家系统。,深浅双层构造专家系统是指系统的学问库由两个子学问库构成，其中一个称为深层学问库，用于存放问题领域内的原理性学问，另一个称为浅层学问库，用于存放领域专家的阅历学问。,多层聚焦构造专家系统是指学问库中的学问按动态分层组织的形式进展治理。,黑板构造类型的专家系统一般用于求解比较简单的问题，通常具有多个学问库和多个推理机。,8.1 专家系统概述,8.1.3 专家系统的种类,(2)分布式专家系统,分布式专家系统是指将学问库或/和推理机分布在一个计算机网络上的一类专家系统。主要特点是，系统中的学问库及推理机在规律上和物理上都承受一种分布构造，其各机构间通过计算机网络实现互连，并在求解问题的过程中，相互通信、相互协作。,(3)神经网络专家系统,承受人工神经网络技术进展建筑，以神经网络为体系构造实现学问表示和求解推理。这种类型的专家系统目前尚处于争论阶段。,(4)符号系统与神经网络相结合的专家系统,将神经网络与符号处理系统有机结合起来就用于专家系统的学问表示与推理求解。,8.1 专家系统概述,8.1.3 专家系统的种类,在总体上，专家系统还具有以下一些共同特点：,1启发性 2透亮性,3敏捷性 4交互性,5推理有效性 6简单性,7有用性 8学问的特地性,9易推广,8.1 专家系统概述,8.1.4 专家系统的一般特点,8.2 专家系统的根本构造,8.2.1 数据库及其治理系统,数据库又称综合数据库，用来存储有关领域问题的初始事实、问题描述以及系统推理过程中得到的种种中间状态或结果等，系统的目标结果也存于其中。,8.2.2 学问库及其治理系统,学问库是专家系统的学问存储器，用来存放被求解问题的相关领域内的原理性学问或一些相关的事实以及专家的阅历性学问。原理性或事实性学问是一种广泛公认的学问，即书本学问和常识，而专家的阅历学问则是长期的实践结晶。,8.2.3 学问猎取机构,学问猎取机构是专家系统中的一个重要局部,它负责系统的学问猎取，由一组程序组成。其根本任务是从学问工程师那里获得学问或人训练数据,8.2 专家系统的根本构造,中自动猎取学问，并把得到的学问送入学问库中，并确保学问的全都性及完整性。,8.2.4 推理机,推理机是专家系统在解决问题时的思维推理核心，它是一组程序，用以模拟领域专家思维过程，以使整个专家系统能够以规律方式进展问题求解。,8.2.5 解释器,解释器是人与机接口相连的部件，它负责对专家系统的行为进展解释，并通过人机接口界面供给应用户。,8.2.6 人机接口,人机接口是专家系统的另一个关键组成局部，它是专家系统与外界进展通讯与交互的桥梁，由一组程序与相应的硬件组成。,8.2 专家系统的根本构造,利用某种手段从学问源中猎取专家系统实现问题求解所需的特地学问，并以某种形式在计算机中存储，满足领域问题求解的需求。一般包括学问抽取、表示、输入和检测等几项工作。,1、学问抽取,学问抽取是指把蕴含于多个学问源中的学问经过分析、识别、理解、遴选、归纳等处理后抽取出来，以便用于学问库的建立。学问源是指专家系统学问的来源，包括领域专家、技术报告、课本教材、相关论文、实例争论、阅历数据及系统本身的运行实践等。,8.3 学问猎取,8.3.1 学问猎取的任务,2、学问的表示,将学问源中以自然语言、图形、表格等形式表示的学问转换为计算机能够识别或运用的形式。这种转换通常先由学问工程师对学问源中的学问进展分析和抽样，并用适当的学问表示形式表示出来，然后再把这种学问表示形式通过某种编译程序翻译成计算机可直接识别或应用的内部编码。,3、学问的输入,学问输入就是要把从学问源猎取的、以某种表示形式表示的学问经过在计算机上编辑、编译送入学问库的过程。,4、学问的检测,学问检测的主要任务是保证学问库的全都性和完整性。,8.3 学问猎取,8.3.1 学问猎取的任务,依据学问猎取所使用的手段，可分为人工猎取、半自动化猎取和自动化猎取三种。,1、人工学问猎取,是一种通过学问工程师对学问源中的数据进展分析处理，以猎取学问的一种途径。学问工程师首先从领域专家那里了解他们解决问题的方法，阅读有关文献，初步猎取专家系统所需要的原始学问；然后，再对所获得的原始学问进展分析、归纳、整理、总结，将每一条学问用自然语言的形式表达出来，并交由领域专家审查。经反复沟通，最终把所总结的每条学问确定下来，再将每条学问用适当的学问表示方法表示出来，应用学问编辑器输入计算机。,8.3.2 学问猎取主要途径,8.3 学问猎取,在从领域专家那里猎取学问时一般承受如下的技术步骤：,1现场观看,2问题争论,3问题描述,4问题分析,5建筑原型系统,6系统检查,7系统验证,8.3.2 学问猎取主要途径,8.3 学问猎取,8.3.2 学问猎取主要途径,8.3 学问猎取,2、半自动化学问猎取,半自动学问猎取是指在人工学问猎取的根底上增加了局部机器学习功能，使专家系统本身能够从大量的实例中归纳出某些学问。由于它不是纯粹的人工学问猎取，又不是完全的机器自动学问猎取，因而称作半自动和学问猎取。以下的一些方法属于半自动化猎取方法。,1智能学问编辑,这是一个通过建立智能学问编辑器来实现学问猎取的方法。智能学问编辑器是一种类似于数据库编辑器的软件，它可实现对学问库的构造和内容进展修改，是目前建筑专家系统时常用的一种工具。,2学问觉察系统,这是一种利用计算机帮助以猎取学问的系统，是目前机器学习领域争论的主要内容。这种系统能够利用计算机通过内建的各种数据分析模型与算法，对训练数据或实际问题进展分析处理，归纳、总结或觉察一些尚未为专家系统把握或生疏的新学问，并将其送入系统学问库，使其学问不断完善丰富。,3、自动学问猎取,自动学问猎取是指通过专家系统本身来猎取学问。为此，系统应具备如下的功能：,1具有语音、文字、图像的识别功能,2具有理解、分析、归纳的力量,3具有从自身运行过程中学习的力量,8.3.2 学问猎取主要途径,8.3 学问猎取,1、选择适宜的应用领域及问题,哪些领域适合开发专家系统，哪些领域不适于开发专家系统，是开发专家系统首先要考虑的一个问题。下面是选择专家系统应用领域时应遵循的一些原则。,(1)该应用领域是否有使用专家系统的需求,例如：中医诊疗方面，由于病因的简单性，将多名老中医、老专家的诊病阅历合在一起，开发一个中医诊断