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1、第七章第七章 专家系统专家系统7/19/20241第七章第七章 专家系统专家系统n专家系统的概念专家系统的概念n专家系统的结构专家系统的结构n专家系统的应用与发展概况专家系统的应用与发展概况n专家系统实例专家系统实例n专家系统设计与实现专家系统设计与实现n专家系统开发工具与环境专家系统开发工具与环境n新一代专家系统研究新一代专家系统研究7/19/202428.18.1专家系统概念专家系统概念n什么是专家系统什么是专家系统n专家系统的特点专家系统的特点n专家系统的类型专家系统的类型n专家系统与知识系统专家系统与知识系统n专家系统与知识工程专家系统与知识工程n专家系统与人工智能专家系统与人工智能7
2、/19/20243什么是专家系统什么是专家系统n专专家家系系统统（ExpertSystemExpertSystem) )亦亦称称专专家家咨咨询询系系统统，它它是是一一种种智智能能计计算算机机( (软软件件) )系系统统。顾顾名名思思义义，专专家家系系统统就就是是能能像像人人类类专专家家一一样样解解决决困困难难的的、复复杂杂的的实实际际问问题题的的计计算机算机( (软件软件) )系统。系统。7/19/20244专家和专家系统专家和专家系统n人类专家的特点人类专家的特点n拥有丰富的专业知识和实践经验；拥有丰富的专业知识和实践经验；n具有独特的思维方式。具有独特的思维方式。n专家系统的四个要素专家系
3、统的四个要素n应用于某专门领域；应用于某专门领域；n拥有专家级知识；拥有专家级知识；n能模拟专家思维；能模拟专家思维；n达到专家级水平。达到专家级水平。7/19/20245专家系统专家系统n准准确确一一点点讲讲，专专家家系系统统就就应应该该是是：应应用用于于某某一一专专门门领领域域，拥拥有有该该领领域域相相当当数数量量的的专专家家级级知知识识，能能模模拟拟专专家家的的思思维维，能能达达到到专专家家级级水水平平，能能像像专专家家一一样样解解决决困困难难和和复复杂杂的的实实际际问问题题的的计计算算机机( (软软件件) )系系统。统。 7/19/20246专家系统的特点专家系统的特点（1 1）从处理
4、问题的性质看：从处理问题的性质看：专家系统善于解决那些不专家系统善于解决那些不确定性的、非结构化的、没有确定性的、非结构化的、没有算法解或虽有算法解算法解或虽有算法解但在现有的机器上无法实施的困难问题。但在现有的机器上无法实施的困难问题。 （2 2）从处理问题的方法看：）从处理问题的方法看：专家系统则是靠知识和推专家系统则是靠知识和推理来解决问题，专家系统是基于知识的智能问题求理来解决问题，专家系统是基于知识的智能问题求解系统。解系统。（3 3）从系统的机构来看：从系统的机构来看：专家系统则强调知识与推理专家系统则强调知识与推理的分离，因而系统具有很好的灵活性和可扩充性。的分离，因而系统具有很
5、好的灵活性和可扩充性。7/19/20247专家系统的特点专家系统的特点（4 4）专家系统具有解释功能：专家系统具有解释功能：即在运行过程中一方即在运行过程中一方面能回答用户提出的问题，另一方面还能对最后的面能回答用户提出的问题，另一方面还能对最后的输出（结论）或处理问题的过程作出解释。输出（结论）或处理问题的过程作出解释。（5 5）具有自学习能力：具有自学习能力：即不断对自己的知识进行扩即不断对自己的知识进行扩充、完善和提炼。这一点是传统系统所无法比拟的。充、完善和提炼。这一点是传统系统所无法比拟的。（6 6）专家系统的稳定性：专家系统的稳定性：专家系统不像人那样容易专家系统不像人那样容易疲劳
6、、遗忘，易受环境、情绪等的影响，它可始终疲劳、遗忘，易受环境、情绪等的影响，它可始终如一如一地以专家级的高水平求解问题。地以专家级的高水平求解问题。 7/19/20248专家系统的类型专家系统的类型（1 1）按用途来分类（）按用途来分类（诊断型、诊断型、解释解释型（分析、推测型（分析、推测作出结论）、预测型、决策型、设计型、作出结论）、预测型、决策型、设计型、规划规划型型（为完成某任务安排一个行动序列）、控制型、调（为完成某任务安排一个行动序列）、控制型、调度型度型等）等） （2 2）按输入结果分类（）按输入结果分类（分析型（推理、输出结论）、分析型（推理、输出结论）、设计型（设计型（安排一个
7、行动序列）安排一个行动序列）、综合型（分析设、综合型（分析设计）计）（3 3）按知识表示分类（）按知识表示分类（基于产生式规则、一阶逻辑、基于产生式规则、一阶逻辑、框架、语义网络的专家系统框架、语义网络的专家系统）7/19/20249专家系统的类型专家系统的类型（4 4）按知识分类（）按知识分类（确定性知识、不确定性知确定性知识、不确定性知识识）（5 5）按技术分类（）按技术分类（符号推理、神经网络符号推理、神经网络）（6 6）按规模分类（）按规模分类（大型协同（多学科、多领大型协同（多学科、多领域、多专家协同）、微专家（固化在芯片上）域、多专家协同）、微专家（固化在芯片上）（7 7）按结构分
8、类（）按结构分类（集中、分布、单机、网络集中、分布、单机、网络）7/19/202410专家系统与知识系统专家系统与知识系统 专家系统的出现和发展而专家系统的出现和发展而发展起来发展起来的一种的一种称为知识系统（称为知识系统（KnowledgeKnowledgeBased System)Based System)的智的智能系统，其中的知识已不限于人类专家的经验知能系统，其中的知识已不限于人类专家的经验知识，而可以是领域知识或通过机器学习所获得的识，而可以是领域知识或通过机器学习所获得的知识等。所以，对于这种广义的知识系统来说，知识等。所以，对于这种广义的知识系统来说，专家系统就是一种专家系统就是
9、一种特殊的特殊的知识系统知识系统狭义上：狭义上：专家系统是人类专家的化身；专家系统是人类专家的化身；广义上：广义上：专家系统泛指各类知识系统。专家系统泛指各类知识系统。7/19/202411专家系统与知识工程专家系统与知识工程n现在关于知识处理的技术和方法已形成现在关于知识处理的技术和方法已形成一个称为一个称为“知识工程知识工程”（Knowledge Knowledge EngineeringEngineering）的学科领域。的学科领域。n专家系统促使了知识工程的诞生和发展，专家系统促使了知识工程的诞生和发展，知识工程又是为专家系统服务的。知识工程又是为专家系统服务的。n正是由于这二者的密切
10、关系，现在的正是由于这二者的密切关系，现在的“专家系统专家系统”与与“知识工程知识工程”几乎已成为几乎已成为同义语。同义语。7/19/202412专家系统与人工智能专家系统与人工智能n专家系统是智能计算机系统。从学科范专家系统是智能计算机系统。从学科范畴讲，专家系统属人工智能的一个分支，畴讲，专家系统属人工智能的一个分支，而且是应用性最强、应用范围最广的一而且是应用性最强、应用范围最广的一个重要分支。个重要分支。7/19/202413第七章第七章 专家系统专家系统n专家系统的概念专家系统的概念n专家系统的结构专家系统的结构n专家系统的应用与发展概况专家系统的应用与发展概况n专家系统实例专家系统
11、实例n专家系统设计与实现专家系统设计与实现n专家系统开发工具与环境专家系统开发工具与环境n新一代专家系统研究新一代专家系统研究7/19/202414专家系统的结构专家系统的结构n概念结构概念结构n实际结构实际结构n网络与分布式结构网络与分布式结构n黑板模型黑板模型7/19/202415概念结构概念结构知识库是以某种知识库是以某种表示形式存储于表示形式存储于计算机中的知识计算机中的知识的集合。包括专的集合。包括专家知识、领域知家知识、领域知识和元知识。识和元知识。实现推理的程序。实现推理的程序。使用知识库中的使用知识库中的知识进行推理而知识进行推理而解决问题的，是解决问题的，是专家的思维机制。专
12、家的思维机制。全局数据库，存放全局数据库，存放初始证据事实、推初始证据事实、推理结果和控制信息理结果和控制信息的场所。的场所。用户通过界面向系用户通过界面向系统提出或回答问题，统提出或回答问题，向系统提供原始数向系统提供原始数据和事实。系统通据和事实。系统通过界面向用户提出过界面向用户提出回答结果。回答结果。推理过程中，回答推理过程中，回答why之类的问题；之类的问题；推理结束后，回答推理结束后，回答how之类问题。之类问题。管理知识库的建立管理知识库的建立删除重组，知识的删除重组，知识的获取、知识的检查获取、知识的检查7/19/202416实际结构实际结构（1）实际问题错综复杂，可能需要多次
13、推理，所以知识库是多层的或多块的。（2）实际问题往往不仅需要推理，而且还需要做一些处理，所以增加处理模块。7/19/202417图84 地质图件绘制智能辅助系统结构 7/19/202418网络与分布式结构网络与分布式结构7/19/202419黑板模型黑板模型黑板是分黑板是分层的全局层的全局工作区，工作区，用来存储用来存储初始数据、初始数据、中间结果中间结果和最终结和最终结果。果。知识源就知识源就是知识模是知识模块。一个块。一个知识源可知识源可视为一个视为一个规则，包规则，包括先决条括先决条件和知识件和知识源题。源题。求解问题求解问题的推理机的推理机构，选择构，选择合适的知合适的知识源。识源。7
14、/19/202420第七章第七章 专家系统专家系统n专家系统的概念专家系统的概念n专家系统的结构专家系统的结构n专家系统的应用与发展概况专家系统的应用与发展概况n专家系统实例专家系统实例n专家系统设计与实现专家系统设计与实现n专家系统开发工具与环境专家系统开发工具与环境n新一代专家系统研究新一代专家系统研究7/19/202421专家系统的应用与发展专家系统的应用与发展n专家系统的意义专家系统的意义n专家系统的应用专家系统的应用n专家系统的发展概况专家系统的发展概况7/19/202422专家系统的意义专家系统的意义n实现了人类专家的分身和延年。实现了人类专家的分身和延年。n建造专家系统可以使专家
15、本人得到提高建造专家系统可以使专家本人得到提高和发展。和发展。n专家系统的形式也是普及科技知识的好专家系统的形式也是普及科技知识的好形式。形式。7/19/202423专家系统的应用专家系统的应用（1 1）应用范围和应用领域不受限制）应用范围和应用领域不受限制（2 2）专家系统的广泛应用产生了良好的）专家系统的广泛应用产生了良好的经济效益和社会效益。经济效益和社会效益。（3 3）专家系统的应用实例以及在生产制）专家系统的应用实例以及在生产制造领域中的广泛应用。造领域中的广泛应用。7/19/202424专家系统的发展概况专家系统的发展概况n2020世纪世纪6060年代年代，DENDRALDENDR
16、AL的的建成建成标志着专家系统的标志着专家系统的诞生。诞生。n 2020世纪世纪7070年代中期年代中期，专家系统进入了，专家系统进入了成熟期成熟期，先，先后出现了一批卓有成效的专家系统，具有代表性的后出现了一批卓有成效的专家系统，具有代表性的是是MYCINMYCIN，PROSPECTORPROSPECTOR等。等。n2020世纪世纪8080年代年代以来，专家系统的研制开发明显趋于以来，专家系统的研制开发明显趋于商品化商品化，直接服务于企业，产生了明显的经济效益。，直接服务于企业，产生了明显的经济效益。n进进入入2020世世纪纪9090年年代代，模模糊糊技技术术、神神经经网网络络和和面面向向对
17、对象等新技术迅速崛起，为专家系统注入象等新技术迅速崛起，为专家系统注入了新的活力。了新的活力。7/19/202425第七章第七章 专家系统专家系统n专家系统的概念专家系统的概念n专家系统的结构专家系统的结构n专家系统的应用与发展概况专家系统的应用与发展概况n专家系统实例专家系统实例n专家系统设计与实现专家系统设计与实现n专家系统开发工具与环境专家系统开发工具与环境n新一代专家系统研究新一代专家系统研究7/19/202426专家系统实例专家系统实例nPROSPECTORPROSPECTOR的功能与结构的功能与结构n知识表示知识表示n主观贝叶斯推理模型主观贝叶斯推理模型n控制策略控制策略n解释系统
18、解释系统7/19/202427PROSPECTORPROSPECTOR的功能与结构（一）的功能与结构（一）PROSPECTORPROSPECTOR主要为地质勘探人员提供如下帮助：主要为地质勘探人员提供如下帮助：（1 1）勘探评价；）勘探评价；（2 2）区与资源评价；）区与资源评价；（3 3 ）井位选择。）井位选择。7/19/202428PROSPECTORPROSPECTOR的功能与结构（二）的功能与结构（二）作为人机接口负责接作为人机接口负责接受用户输入的命令，受用户输入的命令，并结识命令。并结识命令。负责理解用户负责理解用户用自然语言输用自然语言输入的信息，并入的信息，并将其转化成匹将其转
19、化成匹配程序可以使配程序可以使用的语义网络用的语义网络形式。形式。进行概率传播，实现进行概率传播，实现系统的似然推理。系统的似然推理。负责向用户提负责向用户提问，要求用户问，要求用户输入数据。输入数据。用户解答用户询问。用户解答用户询问。为在井位选择推为在井位选择推理网络中传播图理网络中传播图形信息，生成高形信息，生成高效代码。效代码。使用分类学词典来使用分类学词典来比较各个语义空间比较各个语义空间的关系，并把用户的关系，并把用户提供的信息加入推提供的信息加入推理网络中，或检查理网络中，或检查推理网络的一致性。推理网络的一致性。运行时可生成、运行时可生成、修改或保存推修改或保存推理网络。理网络
20、。7/19/202429知识表示（一）知识表示（一）知识库有三级网络组成：知识库有三级网络组成：（1 1）分类学网络，来描述概念；）分类学网络，来描述概念；（2 2）分块语义网络，陈述；）分块语义网络，陈述；（3 3）推理网络，描述推理规则。）推理网络，描述推理规则。7/19/202430知识表示（二）知识表示（二）图中的四种弧线表示图中的四种弧线表示:N1 N2：表示表示N2是是N1的子集。的子集。N1 N2：表示表示N2是是N1的元素，的元素， 和其他用和其他用ds的子集不相交。的子集不相交。N1 N2：表示表示N2是是N1的子集。的子集。N1 N2：表示表示N2是是N1的元素，的元素，
21、和其他用和其他用de的元素不相交。的元素不相交。Sdsede7/19/202431知识表示（三）知识表示（三）7/19/202432控制策略控制策略n正向推理正向推理n主动式推理主动式推理n反向推理反向推理7/19/202433解释系统解释系统7/19/202434第七章第七章 专家系统专家系统n专家系统的概念专家系统的概念n专家系统的结构专家系统的结构n专家系统的应用与发展概况专家系统的应用与发展概况n专家系统实例专家系统实例n专家系统设计与实现专家系统设计与实现n专家系统开发工具与环境专家系统开发工具与环境n新一代专家系统研究新一代专家系统研究7/19/202435专家系统设计与实现专家系
22、统设计与实现n一般步骤与方法一般步骤与方法n快速原型与增量式开发快速原型与增量式开发n知识获取知识获取n知识表示与知识描述语言设计知识表示与知识描述语言设计n知识库与知识库管理系统设计知识库与知识库管理系统设计n推理机与解释功能设计推理机与解释功能设计n系统结构设计系统结构设计n人机界面设计人机界面设计7/19/202436第七章第七章 专家系统专家系统n专家系统的概念专家系统的概念n专家系统的结构专家系统的结构n专家系统的应用与发展概况专家系统的应用与发展概况n专家系统实例专家系统实例n专家系统设计与实现专家系统设计与实现n专家系统开发工具与环境专家系统开发工具与环境n新一代专家系统研究新一
23、代专家系统研究7/19/202437专家系统开发工具与环境专家系统开发工具与环境n专家系统开发工具专家系统开发工具n专家系统开发环境专家系统开发环境7/19/202438第七章第七章 专家系统专家系统n专家系统的概念专家系统的概念n专家系统的结构专家系统的结构n专家系统的应用与发展概况专家系统的应用与发展概况n专家系统实例专家系统实例n专家系统设计与实现专家系统设计与实现n专家系统开发工具与环境专家系统开发工具与环境n新一代专家系统研究新一代专家系统研究7/19/202439新一代专家系统研究新一代专家系统研究n深层知识专家系统深层知识专家系统n模糊专家系统模糊专家系统n神经网络专家系统神经网络专家系统n大型协同分布式专家系统大型协同分布式专家系统n网上专家系统网上专家系统n事务处理专家系统事务处理专家系统7/19/202440
