人工智能(第七章)

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1、1 1第七章第七章第七章第七章 专家系统专家系统专家系统专家系统吉林大学地面机械仿生技术教育部重点实验室 张锐27.1 专家系统概述专家系统概述 7.1.1 专家系统的产生与发展专家系统的产生与发展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，它是费根鲍姆与化学家 勒德贝格合作的结果。20世纪60年代末，美国麻省理工学院开始研究用于解决复杂微积分运算和数学推导的专家系统 MACSYMA，该系统包含了30多万行的LISP语句。同一时期，卡内基梅隆大学也相继开发了用于语音识别的专家系统HEARTSAY、HEARTSAY-和 HEARTSAY-。1974年，匹兹堡大学的鲍

2、波尔和内科医生合作研制成功内科病诊断咨询系统INTERNIST，并发展 成专家系统CADUCEUS。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，它是费根鲍姆与化学家 勒德贝格合作的结果。20世纪60年代末，美国麻省理工学院开始研究用于解决复杂微积分运算和数学推导的专家系统 MACSYMA，该系统包含了30多万行的LISP语句。同一时期，卡内基梅隆大学也相继开发了用于语音识别的专家系统HEARTSAY、HEARTSAY-和 HEARTSAY-。1974年，匹兹堡大学的鲍波尔和内科医生合作研制成功内科病诊断咨询系统INTERNIST，并发展 成专家系统CADUCEUS

3、。1976年，美国斯坦福大学的E.H.Shortliffe开发成功MYCIN，其主要设计目的是为细菌感染疾病 提供抗菌剂治疗建议。同年，美国斯坦福大学国际研究所人工智能研究中心的R.O.Duda等人研制一个探矿专家系统 PROSPECTOR。1976年，美国斯坦福大学的E.H.Shortliffe开发成功MYCIN，其主要设计目的是为细菌感染疾病 提供抗菌剂治疗建议。同年，美国斯坦福大学国际研究所人工智能研究中心的R.O.Duda等人研制一个探矿专家系统 PROSPECTOR。20世纪70年代中期，专家系统观点逐渐被人们接受，许多卓有成效的专家系统相继研制成功。20世纪70年代中期，专家系统观

4、点逐渐被人们接受，许多卓有成效的专家系统相继研制成功。吉林大学地面机械仿生技术教育部重点实验室 张锐3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VEX计算 机系统制定硬件配置方案的商用系统，创造了巨大的经济效益。ACE是有贝尔实验室于80年代初开发的一个用于设备错误诊断的专家系统，AT&T公司一直用它来 定位和识别在电话网络中的故障点。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VEX计算 机系统制定硬件配置方案的商用系统，创造了巨大的经济效益。ACE是有贝尔实验室于80年代初开发的一个用于设备错误诊断的专家系统，AT&

5、T公司一直用它来 定位和识别在电话网络中的故障点。进入20世纪80年代以后，专家系统的研发开始趋于商品化。进入20世纪80年代以后，专家系统的研发开始趋于商品化。DELTA是由通用电气公司在80年代中期开发的错误诊断系统，它被通用电气公司投入商业应用以 帮助维修人员发现在柴油发电机中的故障。DELTA是由通用电气公司在80年代中期开发的错误诊断系统，它被通用电气公司投入商业应用以 帮助维修人员发现在柴油发电机中的故障。南京大学南京大学开发的新结构找水专家系统、开发的新结构找水专家系统、吉林大学吉林大学开发的勘探专家系统和油气资源评价专家系统、开发的勘探专家系统和油气资源评价专家系统、西安交通大

6、学西安交通大学和和中科院西北水土保持研究所中科院西北水土保持研究所联合开发的旱地小麦综合管理专家系统，以及联合开发的旱地小麦综合管理专家系统，以及北京中医学院北京中医学院开发的关幼波肝病诊断专家系统等，开发的关幼波肝病诊断专家系统等，这些专家系统都取得了明显的经济效益和社会效益，为专家系统的理论研究和推广应用起到了 积极的推动作用。这些专家系统都取得了明显的经济效益和社会效益，为专家系统的理论研究和推广应用起到了 积极的推动作用。我国专家系统的研究起步于20世纪80年代，开发成功了许多具有实用价值的应用型专 家系统。我国专家系统的研究起步于20世纪80年代，开发成功了许多具有实用价值的应用型专

7、 家系统。吉林大学地面机械仿生技术教育部重点实验室 张锐420世纪70年代后期，专家系统的研发技术和体系结构发生了巨大的变化，由最初的单一知识库 和单一推理机发展为多知识库和多推理机，由集中式专家系统发展为分布式专家系统。随着神经网络研究近几年的再度兴起，人们开始研究神经网络型专家系统以及把符号处理与神 经网络相结合开发的专家系统。20世纪70年代后期，专家系统的研发技术和体系结构发生了巨大的变化，由最初的单一知识库 和单一推理机发展为多知识库和多推理机，由集中式专家系统发展为分布式专家系统。随着神经网络研究近几年的再度兴起，人们开始研究神经网络型专家系统以及把符号处理与神 经网络相结合开发的

8、专家系统。随着人工智能研究的不断深入，近40年来，专家系统的研究技术也取得了长足的发展。随着人工智能研究的不断深入，近40年来，专家系统的研究技术也取得了长足的发展。知识的自动获取方法，深层知识的表示和利用方法，分布式知识的处理方法，以及知识的完备性等问题。知识的自动获取方法，深层知识的表示和利用方法，分布式知识的处理方法，以及知识的完备性等问题。专家系统还有许多问题需要进一步研究并加以解决：专家系统还有许多问题需要进一步研究并加以解决：7.1.2 专家系统的定义专家系统的定义专家系统专家系统是一种具有大量专门知识与经验的智能程序系统，它能运用某个领域一个或 多个专家多年积累的经验和专门知识，

9、模拟领域专家求解问题时的思维过程，以解决 该领域中的各种复杂问题。是一种具有大量专门知识与经验的智能程序系统，它能运用某个领域一个或 多个专家多年积累的经验和专门知识，模拟领域专家求解问题时的思维过程，以解决 该领域中的各种复杂问题。吉林大学地面机械仿生技术教育部重点实验室 张锐57.1.3 专家系统的种类专家系统的种类为了在设计和建造专家系统时，更好地选择设计方案，采用适当的开发技术和实现方 法，有必要对专家系统的类型进行讨论，以便建立的专家系统在功能和性能上都符合 用户的要求。为了在设计和建造专家系统时，更好地选择设计方案，采用适当的开发技术和实现方 法，有必要对专家系统的类型进行讨论，以

10、便建立的专家系统在功能和性能上都符合 用户的要求。1. 按专家系统特性和处理问题的类型分类按专家系统特性和处理问题的类型分类海叶斯罗斯等人按照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：海叶斯罗斯等人按照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（1）解释型解释型专家系统解释型专家系统是通过对已知信息和数据进行分析和推理，从而确定它们的含义，给 出相应解释的一类专家系统。是通过对已知信息和数据进行分析和推理，从而确定它们的含义，给 出相应解释的一类专家系统。主要特点主要特点是能够对大量的、往往是不准确的或错误的数据或信息进行处理，还能对某

11、些有缺省或遗漏的不完全数据做出一些假设补充，进而对其做出较合理的解释。是能够对大量的、往往是不准确的或错误的数据或信息进行处理，还能对某 些有缺省或遗漏的不完全数据做出一些假设补充，进而对其做出较合理的解释。典型例子典型例子包括解释型的化学结构分析系统DENDRAL、解释型的语言识别专家系统 HEARTSAY等。包括解释型的化学结构分析系统DENDRAL、解释型的语言识别专家系统 HEARTSAY等。吉林大学地面机械仿生技术教育部重点实验室 张锐6（2）诊断型（2）诊断型诊断型专家系统诊断型专家系统是根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 故障和产生故障的原因，并进一步给出

12、排除故障方法的一类专家系统。是根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 故障和产生故障的原因，并进一步给出排除故障方法的一类专家系统。主要特点主要特点是能够分析和掌握被诊断对象的组成特性以及各组成部分间的关系，能够通 过诊断对象的表面症状辨别出被掩盖的现象，并通过知识库中的知识提供相应的故障 排除建议。是能够分析和掌握被诊断对象的组成特性以及各组成部分间的关系，能够通 过诊断对象的表面症状辨别出被掩盖的现象，并通过知识库中的知识提供相应的故障 排除建议。典型例子典型例子包括著名的病菌感染性疾病诊断专家系统MYCIN、青光眼治疗专家系统 CASNET以及计算机硬件故障诊断系统D

13、ART等。包括著名的病菌感染性疾病诊断专家系统MYCIN、青光眼治疗专家系统 CASNET以及计算机硬件故障诊断系统DART等。（3）设计型（3）设计型设计型专家系统设计型专家系统是根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 案的一类专家系统。是根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 案的一类专家系统。主要特点主要特点是善于从较大的问题求解空间中，搜索出符合多个要求和限制条件的设计方 案；它能够对被设计问题的各部分及其它们之间的关系进行分析，试验性地构造出多 种易于修改的候选方案，并能对最终的设计结果给出适当的解释。是善于从较大的问题求解空间中，搜索出符合多

14、个要求和限制条件的设计方 案；它能够对被设计问题的各部分及其它们之间的关系进行分析，试验性地构造出多 种易于修改的候选方案，并能对最终的设计结果给出适当的解释。典型例子典型例子包括超大规模集成电路辅助设计系统KBVLSI、自动程序设计系统PSI等。包括超大规模集成电路辅助设计系统KBVLSI、自动程序设计系统PSI等。吉林大学地面机械仿生技术教育部重点实验室 张锐7（4）预测型（4）预测型预测型专家系统预测型专家系统是通过对过去知识以及当前的事实与数据进行分析，推断未来情况的 一类专家系统。是通过对过去知识以及当前的事实与数据进行分析，推断未来情况的 一类专家系统。主要特点主要特点是具有处理基

15、于时间变化的动态数据的能力，能够从当前的一些不完全和不 准确的信息或数据中，依据知识库中已有的知识对未来的情况做出预报。是具有处理基于时间变化的动态数据的能力，能够从当前的一些不完全和不 准确的信息或数据中，依据知识库中已有的知识对未来的情况做出预报。典型例子典型例子包括大豆病虫害预测系统PLANT/ds和军事冲突预测系统I&W等。包括大豆病虫害预测系统PLANT/ds和军事冲突预测系统I&W等。（5）规划型（5）规划型规划型专家系统规划型专家系统是根据给定的规划目标数据，制定出某个能够达到目标的动作规划或 行动步骤的一类专家系统。是根据给定的规划目标数据，制定出某个能够达到目标的动作规划或

16、行动步骤的一类专家系统。主要特点主要特点是对于一些比较复杂的被求解问题，其所要实现的目标可能是动态的，进而 系统给出的相应动作规划或行动步骤也必须是动态的，这就要求系统必须具有处理这 种动态规划的能力，并通过试验性动作对得到的规划方案进行验证。是对于一些比较复杂的被求解问题，其所要实现的目标可能是动态的，进而 系统给出的相应动作规划或行动步骤也必须是动态的，这就要求系统必须具有处理这 种动态规划的能力，并通过试验性动作对得到的规划方案进行验证。典型例子典型例子包括制定最佳行车路线系统CARG、制定宇航员空间活动路线系统KNEECAP 等。包括制定最佳行车路线系统CARG、制定宇航员空间活动路线系统KNEECAP 等。吉林大学地面机械仿生技术教育部重点实验室 张锐8（6）监视型（6）监视型监视型专家系统监视型专家系统是一类用于对被检控对象进行实时地、不断地观察，并能对观察到的 情况及时做出适当反应的专家系统。是一类用于对被检控对象进行实时地、不断地观察，并能对观察到的 情况及时做出适当反应的专家系统。主要特点主要特点是能够根据时间和环境的变化，动态地处理所观察到的被检