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1、Artificial Intelligence (AI) 人工智能 第四章：专家 系统 内容提要 第六章：专家系统第六章：专家系统 4.1 概述 4.2 基于规则的专家系统 4.3 基于框架的专家系统 4.4 基于模型的专家系统 4.5 基于Web的专家系统 4.6 新型专家系统 4.7 专家系统的设计 4.8 专家系统的开发工具 4.4 基于模型的专家系统 4.4.1 基于模型专家系统的提出 v关于人工智能的一个观点: 认为人工智能是对各种定性 模型（物理的、感知的、认识的和社会的系统模型）的 获得、表达及使用的计算方法进行研究的学问。一个知 识系统中的知识库是由各种模型综合而成的。 v模型
2、类型：基于逻辑的心理模型、定性的物理模型、神 经元网络模型、可视知识模型等等。 v综合各种模型的专家系统比基于逻辑心理模型的系统具 有更强的功能，从而有可能显著改进专家系统的设计 v在诸多模型中，人工神经网络模型的应用最为广泛 基于规则的 专家系统， 基于框架的 专家系统 4.4.2 基于神经网络的专家系统 v 神经网络模型从知识表示、推理机制到控制方式，与目前 专家系统中的基于逻辑的心理模型有本质的区别 基于逻辑的心理模型 神经网络模型 知识表示： 是显式表示，通过人 的加工转换成规则 是隐式表示，通过学 习算法自动获取 推理机制： 检索和验证网络上隐含模式对输入的竞争 把特定论域输入模式中
3、的各个抽象 概念转化为神经网络的输入数据， 根据论域特点适当地解释神经网络 的输出数据。 4.4.2 基于神经网络的专家系统 v三种神经网络模型与专家系统集成模式 神经网络支持专家系统 以传统的专家系统为主，以神经网络为辅 专家系统支持神经网络 以神经网络的有关技术为核心，建立相应领域的专家 系统 协同式的神经网络专家系统 针对复杂问题，将其分解若干子问题，对每个子问题 ，用神经网络或专家系统去实现 神经网络专家系统的基本结构 专家 神经网络用户 知识获取 学习 示例 网络 结构 学习 算法 解释器 知识库推理机 图4.7 神经网络专家系统的基本结构 4.4.2 基于神经网络的专家系统 神经网
4、络专家系统的几个问题讨论 v 神经网络的知识表示是一种隐式表示，即把某 个问题领域的若干知识彼此关联地表示在一个 网络中。 v 神经网络通过实例学习实现知识自动获取。 领域专家提供学习实例及其期望解，神经网 络学习算法不断修改网络的权值分布。经过学 习纠错而达到稳定权值分布的神经网络，就是 神经网络专家系统的知识库。 4.4.2 基于神经网络的专家系统 v 神经网络的推理是个正向非线性数值计算过程 ，同时也是一种并行推理机制 v 同一知识领域的几个独立的专家系统可组合成 更大的神经网络专家系统 4.4.2 基于神经网络的专家系统 神经网络专家系统的几个问题讨论 内容提要 第六章：专家系统第六章
5、：专家系统 4.1 概述 4.2 基于规则的专家系统 4.3 基于框架的专家系统 4.4 基于模型的专家系统 4.5 基于Web的专家系统 4.6 新型专家系统 4.7 专家系统的设计 4.8 专家系统的开发工具 4.5 基于Web的专家系统 4.5.1 基于Web专家系统的结构 v 基于Web专家系统的简单结构如图4.10所示，主要分 为3个层次：浏览器、应用逻辑层和数据库层，这种 结构符合3层网络结构。 用户 Web 浏 览 器 应用服务器 Web推理机 数据 库服 务器 数据 库 知识 库 图4-8 基于Web专家系统的结构 基于Web的飞机故障远程诊断专家系统 的结构 知识库维护系统
6、诊断咨询系统Internet 诊断专家系统 Web 接 口 推理机 解释器 知识库 （规则 ） 知识库 （事实 ） （a） 远程诊断专家系统的结构 Web 浏览器 Web 服务器 ASP文件 (使用ADO) ODBC 驱动程序 知识库 系统 （b） Web用户存取服务器专家系统的流程 图4-9基于 Web的飞机故障远程诊断专家系统的结构 基于Web的拖网绞机专家系统的结构 基于 Web的拖网绞机专家系统的结构 客户端客户端 Web服务器数据库服务器 全 局 推理机 全局数据库 全局知识库 Internet/Intranet 局 部 数 据 库 局 部 推 理 机 局 部 知 识 库 用户界面接
7、口 设计用户设计任务 客户端 知识库维护系统 界面接口 客户端 专 家 知 识 工 程 师 4.5.2 基于Web专家系统的实例 1. 基于 Web的飞机故障远程诊断专家系统 v 诊断咨询系统的实现 v Web用户存取远程专家系统的具体实现过程如下。 a用户端借助浏览器页面填写飞机故障现象表单，指定URL， 通过HTTP通信协议从Web服务器下载指定的ASP文件。 b. Web服务器判断ASP文件中是否含有脚本程序（JavaScript或 VBScript），若有，则执行相应的程序（推理机）。对于那些 不是脚本的部分则直接传给浏览器。 c. 若脚本程序使用了ADO对象，则Web服务器会根据AD
8、O对象所 设置的参数来启动对应的ODBC驱动程序，然后利用ADO对象访问 专家知识库。 d. 根据推理匹配结果，由脚本程序利用ASP所做的输出对象生 成Web页面，从Web服务器传递给客户端浏览器，从而实现飞机 故障的远程诊断。 v 知识库的管理与维护 2. 基于 Web的拖网绞机专家系统 v 知识表示和知识库 v 推理机 基于实例推理 基于规则的推理 v 实例检索 v 回溯策略 v Web数据库访问 4.6 新型专家系统 v 并行与分布处理 v 多专家系统协同工作 v 高级语言和知识语言描述 v 具有自学习功能 v 引入新的推理机制 v 具有自纠错和自完善能力 v 先进的智能人机接口 4.6
9、.1 新型专家系统的特征 4.6.2 分布式( distributed)专家系统 v 主要目的：把一个专家系统的功能经分解以后分布 到多个处理器上去并行地工作，从而在总体上提高 系统的处理效率。 v 可以工作在紧耦合的多处理器系统环境中，也可工 作在松耦合的计算机网络环境里，所以其总体结构 在很大程度上依赖于其所在的硬件环境。 4.6 新型专家系统 设计和实现分布式专家系统，需要解决的问题： v 功能分布 把分解得到的系统各部分功能或任务合理均衡 地分配到各处理节点上去 v 知识分布 根据功能分布的情况把有关知识经合理划分以 后分配到各处理节点上 v 接口设计 各部分间接口的设计目的是要达到各
10、部分之间 互相通讯和同步容易进行 v 系统结构 一方面依赖于应用的环境与性质，另一方面依 赖于其所处的硬件环境 v 驱动方式 可供选择的几种驱动方式：(1) 控制驱动，(2) 数据驱动，(3) 需求驱动，(4) 事件驱动 4.6 新型专家系统 4.6.3 协同式(synergetic )专家系统 v一般专家系统解题的领域面很窄 v协同式多专家系统是克服一般专家系统的局 限性的一个重要途径。 v协同式多专家系统亦可称“群专家系统” 4.6 新型专家系统 设计与建立一个协同式多专家系统，需要解 决的问题： v 任务的分解 v 公共知识的导出 v 讨论方式 v 裁决问题 v 驱动方式 4.6.3 协
11、同式(synergetic )专家系统 4.46 新型专家系统 4.7 专家系统设计 分为以下两部分介绍: 以设计一个基于规则的维修咨询系统为例，说 明专家系统的设计过程。这一过程包括描述专家知 识、应用知识和解释决策等。 专家知识的描述 知识的使用和决策解释 4.7.1 专家知识的描述 v结论的表示 结论规定了所涉及专门知识的范围 v观测的表示 观测是得到结论所需要的观察或量测结果 v推理规则的表示 产生式规则是决策规则最为常用的表示形式,可 根据观测和假设之间的逻辑关系分成3类：(1) FF（规 则); (2) FH规则; (3) HH规则 4.7.2 知识的使用和决策解释 v结论的分级与
12、选择 v询问问题的策略 固定的顺序 根据具体情况作出某种选择 v决策的解释 对系统设计者的解释 对系统使用者的解释 4.8 专家系统开发工具 v专家系统工具是一种更高级的计算机程序 设计语言 v现有的专家系统工具，主要分为骨架型工 具、语言型工具、构造辅助工具和支撑环 境等4类 1. 骨架型开发工具 v 专家系统一般都有推理机和知识库两部分，而规则集存于 知识库内。在一个理想的专家系统中，推理机完全独立于 求解问题领域。系统功能上的完善或改变，只依赖于规则 集的完善和改变。由此，借用以前开发好的专家系统，将 描述领域知识的规则从原系统中“挖掉”，只保留其独立于 问题领域知识的推理机部分，这样形
13、成的工具称为骨架 型工具。 v优点 使用方便，节省在开发系统的过程结构上的 时间，提高开发效率，交互性好，提供很强的对 结果进行解释的功能 v实例：EMYCIN 2. 语言型开发工具 与骨架型的对比 v 优点：结构变化范围广泛，表示灵活，所适应的范围 广泛。 v 问题及缺点：功能上的通用性与使用上的方便性的矛 盾造成一些问题和缺点 v 实例：OPS5、CLIPS等 语言型工具提供给用户的是建立专家系统所需要的 基本机制，其控制策略也不固定于一种或几种形式，用 户可以通过一定手段来影响其控制策略。因此，语言型 工具的结构变化范围广泛，表示灵活，所适应的范围要 比骨架型工具广泛得多。 3. 构造辅
14、助工具 v 主要分两类 设计辅助工具，知识获取辅助工具 v 实例：AGE系统、TEIRESIAS 系统构造辅助工具由一些程序模块组成，有 些程序能帮助获得和表达领域专家的知识，有些 程序能帮助设计正在构造的专家系统的结构。 4. 支撑环境 支撑设施是指帮助进行程序设计的工具， 它常被作为知识工程语言的一部分。工具支撑 环境仅是一个附带的软件包，以便使用户界面 更友好。 四个典型组件： 调试辅助工具 输入输出设施 解释设施 知识库编辑器 4.9 小结 v本章首先研究了专家系统的基本问题 v接着讨论了基于不同技术(规则、框架、模型) 建立的专家系统 v第六节归纳了新型专家系统 v第七节介绍了专家系统的设计 v第八节简介了4种主要开发工具
