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1、 简单动物识别系统的知识表示1. 实验目的理解产生式知识表示方法，能够用选定的编程语言设计产生式系统的规则库和综合数据库。2. 实验环境在微型计算机上，选一种编程语言。3. 实验要求(1) 以动物识别系统的产生式规则为例。(2) 用选定的编程语言建造知识库和综合数据库，并能对它们进行增加、删除和修改操作。 学习任务 通过网络搜索，以“专家系统的作用 ”为主题进行调查。搜集各种应用专家系 统的实例，分析其用途，并根据不同的用途进行分类。 请上网查找专家系统的相关资料，从不同的角度追溯专家系统的发展史。 作品结果：把上面两个任务结果，形成一个 WORD 文档。其中对专家系统 的用途分类形成一个表格
2、。 用 Intermodeller 设计一个小型的专家系MYCIN 是一个通过提供咨询服务来帮助普通内科医生诊治细菌感染性疾 病的专家系统，其于 1972 年开始研制，74 年基本完成，并投入实际应 用。MYCIN的取名来自多种治疗药物的公共后缀，如clindamycin、 erythromycin、kanamycin 等。如果说能推测有机化合物分子结构的DENDRAL是世界上第一个有重要实用价值的专家系统，那末MYCIN则是 最有影响力的专家系统。围绕着MYCIN的各种研究工作一直沿续了 10 年，对于推动知识工程以及专家系统学科的建立和发展具有重要影响。 可以说，早期的专家系统，尤其是医疗
3、诊断和咨询型专家系统，许多都 参照了 MYCIN系统的技术，如知识表示、不确定推理、推理解释、知识 获取等。MYCIN也设计为典型的产生式系统，由规则库、综合数据库和控制系统三个部分组成；只是基于规则的推理采用逆向方式，即从问题求解 的目标出发，搜寻原始证据对于目标成立的支持，并传递和计算推理的 不确定性。从 KB 系统的组成来看，规则库就是 MYCIN 的知识库，综合 数据库和控制系统联合形成推理机。其中，综合数据库用以保存问题求 解的原始证据（初始状态）和中间结果。由于当时尚未出现视窗技术， 用户界面只提供基于文本（text）的问答过程和结果显示。 MYCIN系统采用INTERLISP（人
4、工智能程序设计语言LISP的一种版 本）编程，运行于DEC PDP-10的操作系统TENEX下，MYCIN系统的执 行代码有50KB,规则库占据16KB，系统的咨询服务（包括提供解释） 平均每次 20 分钟。本章首先介绍知识库的结构,然后讨论推理机的设计,再阐述支持MYCIN应用的各种设施，最后介绍通过抽取MYCIN骨架而产生的专家系 统工具 EMYCIN。4.3.1.知识库的构造 MYCIN的知识库以前提-动作型产生式规则来表示诊断和治疗细菌 感染性疾病的专家级医学知识,以实现专家级诊断和治疗能力。规则的 表示结构以 BNF 范式描述如下：规则 := RULE 规则号 PREMISE （$A
5、ND 条件+） ACTION 动作+ 条件 := 简单条件 |（ $OR 简单条件 +） 其中，简单条件以MYCIN提供的4类简单函数来表示。最常用的函 数是SAME，其BNF范式描述如下： （SAME 对象 属性值） 在推理机对规则进行解释执行时,AME函数指示推理机请求用户证 实该对象是否有该属性值（当属性值是原始观测数据时），或经由逆向 推理证实该属性值。这里证实的程度以所谓的可信度（ CF-Certainty Factor ）来指示。CF的取值范围是T, +1, -1表示假，+1表示真，0 指示无法确定真假的程度，其它值或多或少指示真假的程度。CF可以由 用户在回答关于证实的请求时直接
6、给出，或由逆向推理产生。 规则中的动作也以简单函数表示，最常用的是CONCLUDE，其将对象 的属性值作为推理结论加进综合数据库，并记载推理结论的实际可信 度。 CONCLUDE 函数的 BNF 范式描述如下:（CONCLUDE 对象 属性 值 TALLY 结论 CF）其中，TALLY用于存放规则前提的CF（计算方式请参阅7.2.2节）。结论 CF意指规则本身的可靠（可相信）程度，即在规则前提CF为1 （真） 的情况下，结论为真的可能程度。实际上MYCIN知识库收集的大多数规 则均是启发式关联知识，取自医疗专家多年积累的经验，不保证完全正 确，所以引入结论可信度是十分必要的。结论CF的取值范围
7、也是-1,+1, 其与规则前提在推理中使用时的实际CF相乘，即可得到规则结论的实 际CF（参阅7.2.2节）。例如，TALLY当前值为0.8,而结论CF为0.4, 则结论的实际CF为0.32。 MYCIN系统建立的初期就以上述格式表示和收集了 200多条规则于 知识库,其中 047 号规则表示如下： RULE 047 口 PREMISE ($AND (SAME CNTXT SITE BLOOD)(NOTDEFINITE CNTXT IDENT)(SAME CNTXT STAIN GRAMNEG)(SAME CNTXT MORPH ROD)(SAME CNTXT BURN T) ACTION （
8、CONCLUDE CNTXT IDENT PSEUDOMONAS TALLY 0.4） 该规则的英语形式（已翻译为汉语）如下： 规则 047 如果： 1）培养物取自血液，且 2）病原体的身份未鉴别，且 3 ）病原体的染色是革兰氏阴性，且4 ）病原体的形态为杆状，且 5 ）病人被烧伤； 那么：该病原体的身份应鉴别为假单胞细菌，且可信度为 0.4 。 其中，CNTXT意指推理过程中需考察的相应对象，作为综合数据库 的主要内容，MYCIN系统称其为上下文，并区分为10类。上述规则中已 涉及到三类：病人（PERSON）,从病人身上提取的培养物（CURCULS）， 从培养物中分离出的病原体（CURORG
9、S）。另外还有给病人使用的抗生 药物和治疗手术等。每一类上下文对象都有其特有的属性（也称临床参 数），属性又可按其取值特性区分为单值型（只可取单一值）、多值型、 可问型（可通过向用户询问来取值）、可导型（可基于规则推导出值） 等。对象、属性和值构成所谓的关联三元组，由于属性名隶属于特别类 型的上下文对象，所以规则047前提中的CNTXT隐含地指示了三种不同 类型的上下文对象。MYCIN 是一个通过提供咨询服务来帮助普通内科医生诊治细菌感染性疾 病的专家系统，其于1972年开始研制，74年基本完成，并投入实际应 用。MYCIN的取名来自多种治疗药物的公共后缀，如clindamycin、 eryt
10、hromycin、kanamycin 等。如果说能推测有机化合物分子结构的DENDRAL是世界上第一个有重要实用价值的专家系统，那末MYCIN则是 最有影响力的专家系统。围绕着MYCIN的各种研究工作一直沿续了 10 年，对于推动知识工程以及专家系统学科的建立和发展具有重要影响。 可以说，早期的专家系统，尤其是医疗诊断和咨询型专家系统，许多都 参照了 MYCIN系统的技术，如知识表示、不确定推理、推理解释、知识 获取等。 MYCIN也设计为典型的产生式系统，由规则库、综合数据库和控制 系统三个部分组成；只是基于规则的推理采用逆向方式，即从问题求解 的目标出发，搜寻原始证据对于目标成立的支持，并
11、传递和计算推理的 不确定性。从KB系统的组成来看，规则库就是MYCIN的知识库，综合 数据库和控制系统联合形成推理机。其中，综合数据库用以保存问题求 解的原始证据（初始状态）和中间结果。由于当时尚未出现视窗技术， 用户界面只提供基于文本（text）的问答过程和结果显示。 MYCIN系统采用INTERLISP（人工智能程序设计语言LISP的一种版 本）编程，运行于DEC PDP-10的操作系统TENEX下，MYCIN系统的执 行代码有50KB,规则库占据16KB，系统的咨询服务（包括提供解释） 平均每次 20 分钟。 本章首先介绍知识库的结构，然后讨论推理机的设计，再阐述支持 MYCIN应用的各
12、种设施，最后介绍通过抽取MYCIN骨架而产生的专家系 统工具 EMYCIN。4.3.1.知识库的构造 MYCIN的知识库以前提-动作型产生式规则来表示诊断和治疗细菌 感染性疾病的专家级医学知识,以实现专家级诊断和治疗能力。规则的 表示结构以 BNF 范式描述如下：规则 := RULE 规则号 PREMISE （$AND 条件+） ACTION 动作+ 条件 := 简单条件 |（ $OR 简单条件 +） 其中，简单条件以MYCIN提供的4类简单函数来表示。最常用的函 数是SAME，其BNF范式描述如下： （ SAME 对象 属性 值） 在推理机对规则进行解释执行时,SAME函数指示推理机请求用户
13、证 实该对象是否有该属性值（当属性值是原始观测数据时），或经由逆向 推理证实该属性值。这里证实的程度以所谓的可信度（CF-Certainty Factor ）来指示。CF的取值范围是T，+1， -1表示假，+1表示真，0 指示无法确定真假的程度，其它值或多或少指示真假的程度。CF可以由 用户在回答关于证实的请求时直接给出，或由逆向推理产生。 规则中的动作也以简单函数表示，最常用的是CONCLUDE,其将对象 的属性值作为推理结论加进综合数据库，并记载推理结论的实际可信 度。CONCLUDE函数的BNF范式描述如下：（CONCLUDE 对象 属性 值 TALLY 结论 CF）其中，TALLY用于
14、存放规则前提的CF（计算方式请参阅7.2.2节）。结论 CF意指规则本身的可靠（可相信）程度，即在规则前提CF为1 （真） 的情况下，结论为真的可能程度。实际上MYCIN知识库收集的大多数规 则均是启发式关联知识，取自医疗专家多年积累的经验，不保证完全正 确，所以引入结论可信度是十分必要的。结论CF的取值范围也是-1,+1, 其与规则前提在推理中使用时的实际CF相乘，即可得到规则结论的实 际CF（参阅7.2.2节）。例如，TALLY当前值为0.8,而结论CF为0.4, 则结论的实际CF为0.32。 MYCIN系统建立的初期就以上述格式表示和收集了 200多条规则于 知识库,其中 047 号规则
15、表示如下： RULE 047 PREMISE ($AND(SAME CNTXT SITE BLOOD)(NOTDEFINITE CNTXT IDENT)(SAME CNTXT STAIN GRAMNEG)(SAME CNTXT MORPH ROD)(SAME CNTXT BURN T) ACTION (CONCLUDE CNTXT IDENT PSEUDOMONAS TALLY 0.4)该规则的英语形式(已翻译为汉语)如下：口规则047 口如果：1）培养物取自血液，且2）病原体的身份未鉴别，且 3 ）病原体的染色是革兰氏阴性，且4）病原体的形态为杆状，且 5 ）病人被烧伤； 那么：该病原体的身份应鉴别为假单胞细菌，
