专家系统第1章导论

,高等学校计算机专业教材,*,Expert Systems and Application,*,计算机网络安全基础,北京科技大学,孙 铁,高等学校计算机专业教材,计算机网络安全基础,北京科技大学,孙 铁,*,Expert Systems and Application,*,*,Expert Systems and Application,1,You are welcome to,take the course of,Expert Systems!,*,Expert Systems and Application,2,EXPERT SYSTEMS AND APPLICATION,专家系统及应用,School of Automation Engineering,University of Science and Technology Beijing,北京科技大学自动化学院,Sun Tie,孙 铁,*,Expert Systems and Application,3,课程编号:M051321?专家系统及应用?教学大纲,一、总学时数Total hours：36,面授学时Theory hours：30,其它学时Practice hours：6,二、学分Credits:2,三、先修课程Preceding subjects：,微型计算机原理，程序设计，人工智能,四、开课学期Teaching term:,*,Expert Systems and Application,4,课程编号:M051321?专家系统及应用?教学大纲,五、教学目的Teaching purpose:,讲解专家系统的根本原理、构造方法、应用实例、开发工具和开展趋势；,介绍人工智能原理和知识工程的相关内容，包括产生式系统、搜索技术、知识表示、知识获取、推理机、不确定推理方法等内容；,讲述专家系统的开发过程确定专家系统领域，开发表示知识的词汇，建立知识库和测试知识库。,讲解专家系统的根本结构；专家系统与传统程序的区别；专家系统的设计；专家系统实例，介绍实用专家系统的设计过程。,*,Expert Systems and Application,5,课程编号:M051321?专家系统及应用?教学大纲,六、考核方式Exam:,开卷笔试Uncoil and writtrn examination,七、教学内容及学时分配,Teaching content and hours：,*,Expert Systems and Application,6,课程编号:M051321?专家系统及应用?教学大纲,第一讲:专家系统概论Introduction 学时 1,第二讲:知识表示 学时 5,第三讲:知识获取和知识库管理 学时 4,第四讲:推理与控制策略 学时 4,第五讲:解释机制和开发工具Development Tools for Expert Systems 学时 4,第六讲:专家系统的设计与开发 学时 4,第七讲:专家系统应用Paradigm of Expert Systems,学时 6,第八讲:考试 学时 2,*,Expert Systems and Application,7,课程编号:M051321?专家系统及应用?教学大纲,八、参考书目:,1,Joseph Giarratano&Gary Riley,，,Expert Systems Principles and Programming,，,FWS Publishing,，,1998,2,Patrick Hency Winston,，Artifical Intelligence,Addison Wesley Press,1984,3K.L.Clark，micro-PROLOG,逻辑程序设计语言，清华大学出版社，1987.10,4林尧瑞，人工智能导论，清华大学出版社，1987.12,5谭东风，实用专家系统指南，国防科技大学出版社，1991.5,6蔡自兴，人工智能及其应用，清华大学出版社，1996.5,*,Expert Systems and Application,8,联系方式,Contact Information,孙铁 Professor Tie Sun,信息楼 802 Add：802，Information Building,自动化系 Unit：Dept.of Automation,自动化学院 School of Automation Engineering,北京科技大学 University of Science&Technology,Beijing,Zip code：100083,Mobile：,电子信箱,*,Expert Systems and Application,9,Chapter 1 Introduction,导 论,1.1 专家系统概述,当人工智能Artifical Intelligence，简记为AI于五十年代中期诞生时，主要用于研究博弈、规划以及问题求解。在当时的科学技术环境下，无法预料AI在开展三十年后最重要的应用领域会是知识工程，特别是应用于专家系统Expert Systems，简记为ES。,ES最早期的研究工作是在六十年代末，由美国斯坦福大学的 Prof.Edward Feigenbaum 等人首先开始的。其中一个有代表性的研究成果是基于知识的系统设计范例 MYCIN。,*,Expert Systems and Application,10,Chapter 1 Introduction,导 论,MYCIN 系统的成功极大地促进了ES的开展。自从八十年代初期 ES 进入商业应用以来，在某些特定领域如医学诊断、计算机配置等方面取得了成功，使其应用领域更为广泛很大的开展，现已被广泛应用到科学、工程、制造、军事等各个领域如战略规划管理、故障诊断、证券市场、信用评估等。由此导致了两个寻求：,1关键问题的处理方法如知识表示、推理以及不确定性处理等；,2ES 外壳和编程语言的开发以便减少实际应用中设计知识表示与开发推理机的工作量。,*,Expert Systems and Application,11,Chapter 1 Introduction,导 论,解决任何问题的首要步骤是划定要解决问题的范围或领域Domain。,ES 的先驱 Edward Feigenbaum 说过：“ES 的力量是从它处理的知识中产生的，而不是从某种形式主义及其使用的参考模式中产生的。,可见，ES 是随着 AI 应用的研究而产生的，是在产生式系统的根底上开展起来的。,AI有许多备受关注的领域，如图1-1。,*,Expert Systems and Application,12,Chapter 1 Introduction,导 论,图1-1 人工智能的主要领域,机器人,视觉,语言,自然,语言,人工神,经系统,理解,ES,*,Expert Systems and Application,13,Chapter 1 Introduction,导 论,1.2 专家系统的定义,ES 是对传统人工智能问题中智能程序设计的一个非常成功的近似解决方法。,Prof.Edward Feigenbaum 把 ES 定义为：“一种智能的计算机程序，它运用知识和推理来解决只有专家才能解决的复杂问题。,可见，ES 是一种模拟Emulate人类专家决策能力、解决领域问题的计算机程序系统。专家系统内部含有大量的、某个领域的专家水平的知识和经验，能够运用人类专家的知识和解决问题的方法进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程来解决该领域的复杂问题。,*,Expert Systems and Application,14,Chapter 1 Introduction,导 论,模拟Emulate说明 ES 要在所有方面都做得像人类专家一样。模拟比模仿更进一步，模仿只要求在某些方面做得像真正的事物一样，模拟要求在所有方面做得一模一样。,专家系统是人工智能应用研究最活泼和最广泛的应用领域之一。自从1965年第一个专家系统 DENDRAL一种能帮助化学家判断某待定物质分子结构的专家系统在美国斯坦福大学问世以来，各种专家系统已遍布各个领域，取得很大的成功。,*,Expert Systems and Application,15,Chapter 1 Introduction,导 论,1.3 专家系统的组成和结构,ES是AI的一个分支，它大量利用专业知识来解决只有专家才能解决的问题。这里的专家Expert是在特定领域里具有专门知识Expertise的人，专家具有不为大多数人所知或所利用的专门技能。,ES技术包括：,1专家系统语言,2专家系统程序,3为专家系统开发和执行而设计的硬件,图1-2描述了一个基于知识的ES的根本概念。,*,Expert Systems and Application,16,Chapter 1 Introduction,导 论,用户,知识库,推理机,图1-2 专家系统功能的根本概念,事实,专门知识,*,Expert Systems and Application,17,Chapter 1 Introduction,导 论,基于知识的ES是由用户提供事实或其他信息给ES，相应地收到专家建议或专门知识。,ES 内部包括两个主要局部：知识库和推理机。知识库包含有为推理机Inference engine所使用而得出结论的知识。这些结论是ES对用户询问的响应。,与通用问题求解技术方面的知识不同，ES知识是指特定问题域Problem domain方面的知识。例如，医学，经济，科学或工程学等。解决特定问题的专家知识称为专家的知识域。Knowledge domain。如图。,*,Expert Systems and Application,18,Chapter 1 Introduction,导 论,问题域,知识域,图问题域和知识域的一个可能关系,*,Expert Systems and Application,19,Chapter 1 Introduction,导 论,参与者,问 题,管理者,我能用它做什么,技术人员,我将怎样把它做得更好,研究者,我将怎样改进和扩展它,消费者,它对我有什么帮助,它值得我为次花费时间和开销吗,它的可靠性如何,表 在一项工程技术中参与者的不同观点,*,Expert Systems and Application,20,Chapter 1 Introduction,导 论,表总结了在一项工程技术中参与者的不同观点。,ES在它所具有的知识中推导或推理的方式与人类专家推断解决问题的方式是一样的。即，给出一些事情，然后推理出结论。,在AI中，自然语言理解、语音识别和视觉识别等问题至尽仍然没有完全解决。但是，如果限定英语句子形式为“主+谓+宾结构，那么建立简单的自然语言系统不会是很困难的事情。目前，简单的自然语言系统在数据库系统、电子表格系统等面向用户提供友好界面方面获得了很大成功；一些电子游戏软件在语音识别方面也已经取得了非凡的成绩。,*,Expert Systems and Application,21,Chapter 1 Introduction,导 论,1.4,专家系统应用,例,1.,红旗轿车依靠专家系统实现高速公路上的自主驾驶,*,Expert Systems and Application,22,Chapter 1 Introduction,导 论,由一汽集团公司和国防科技大学合作研制的红旗CA7460自主驾驶轿车工程试验成功，这标志着红旗轿车自主驾驶专家系统的整体技术性能和指标处于国内领先地位，到达了当今世界先进水平。,红旗轿车自主驾驶专家系统的根本原理是仿人驾驶，分为三个局部：,1环境识别专家系统,负责识别道路状况，测量前方车辆的距离和相对速度，相当驾驶员的眼睛；,*,Expert Systems and Application,23,Chapter 1 Introduction,导 论,2车载主控计算机和相应的路径规划专家系统,由专家系统软