第7章专家系统

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1、 第7章 专家系统 7.1 基本概念 7.2 系统结构 7.3 实例分析 7.4 系统设计与实现 7.5 开发工具与环境 7.6 专家系统的发展 称狗颅棕负伍掺蔫疟精媒市糠筑卤妹栏狈黎怨簇仟敏雷肢执缕搁玩业二顶第7章 专家系统第7章 专家系统 7.1 基本概念7.1.1 什么是专家系统 专家系统专家系统(Expert System,ES)(Expert System,ES)就是能像人类专家一样就是能像人类专家一样解决困难、复杂的实际问题的计算机解决困难、复杂的实际问题的计算机( (软件软件) )系统。系统。 专家系统的四个要素：专家系统的四个要素： (1) (1) 应用于某专门领域。应用于某专

2、门领域。 (2) (2) 拥有专家级知识。拥有专家级知识。 (3) (3) 能模拟专家的思维。能模拟专家的思维。 (4) (4) 能达到专家级水平。能达到专家级水平。 赦球桥囊感侮蛔郝谐梁孩赔磁裙河惨亥宋迷惋讯岭寡篮留盯岛粉扼未细横第7章 专家系统第7章 专家系统7.1.2专家系统的特点 从处理的问题性质看从处理的问题性质看, , 专家系统善于解决那些不确定专家系统善于解决那些不确定性的、性的、 非结构化的、没有算法解或虽有算法解但在现有非结构化的、没有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。例如的机器上无法实施的困难问题。例如, ,医疗诊断、地质勘医疗诊断、地质勘探、天气预报、

3、市场预测、管理决策、军事指挥等领域探、天气预报、市场预测、管理决策、军事指挥等领域的问题。的问题。 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理来解专家系统则是靠知识和推理来解决问题决问题( (不像传统软件系统使用固定的算法来解决问题不像传统软件系统使用固定的算法来解决问题), ), 所以所以, , 专家系统是基于知识的智能问题求解系统。专家系统是基于知识的智能问题求解系统。 吓卷押娟憨遵讨拔信绷负樱惫倪脏抄劣缉炮外尾漳澜舶堂狸诸蜒每巫吴邑第7章 专家系统第7章 专家系统从系统的结构来看, 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。专家系统一般

4、还具有解释功能, 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输出(结论)或处理问题的过程作出解释。有些专家系统还具有“自学习”能力, 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。专家系统不像人那样容易疲劳、遗忘,易受环境、情绪等的影响, 它可始终如一地以专家级的高水平求解问题。因此, 从这种意义上讲,专家系统可以超过专家本人。 榜虏壶沾世牵窖孺噶衷航囤遂谴询榨剂驹羊躁莱弟鬼饵蹋厩涂笺蓑盟芥拘第7章 专家系统第7章 专家系统7.1.3专家系统的类型n n按用途分类按用途分类, ,专家系统可分为：诊断型、解释型、预测专家系统可分为：诊断型、解释型、预测

5、型、决策型、设计型、规划型、控制型、调度型等几型、决策型、设计型、规划型、控制型、调度型等几种类型。种类型。n n按输出结果分类按输出结果分类, , 专家系统可分为分析型和设计型。专家系统可分为分析型和设计型。按知识表示分类按知识表示分类, ,可分为基于产生式规则的专家系统、可分为基于产生式规则的专家系统、基于一阶谓词的专家系统、基于框架的专家系统、基基于一阶谓词的专家系统、基于框架的专家系统、基于语义网的专家系统等等。于语义网的专家系统等等。n n按知识分类按知识分类, , 专家系统又可分为精确推理型和不精确专家系统又可分为精确推理型和不精确推理型推理型( (如模糊专家系统如模糊专家系统)

6、)两类。两类。 n n按采用的技术分类按采用的技术分类, , 专家系统可分为符号推理专家系专家系统可分为符号推理专家系统和神经网络专家系统。统和神经网络专家系统。坑烃锭粤帘川兑爵邵妙嫌箭鞭饮咎拎眼光床休储子阜虐觅雁乖宛逛窒跟作第7章 专家系统第7章 专家系统n按规模分类, 可分为大型协同式专家系统和微专家系统。n按结构分类可分为集中式和分布式, 单机型和网络型(即网上专家系统)等。7.1.47.1.4专家系统与基于知识的系统专家系统与基于知识的系统7.1.57.1.5专家系统与知识工程专家系统与知识工程褪涸秽鲜叙惕奇详瘁妈涉粱悠屡缚怜雹谚座宇信云邀幌詹恳玫浸包婶钙雇第7章 专家系统第7章 专家

7、系统 7.2 系统结构7.2.1概念结构 1. 1. 1. 1. 知识库知识库知识库知识库 (Knowledge Base, KB)(Knowledge Base, KB) 2. 2. 2. 2. 推理机推理机推理机推理机 (Inference (Inference Engine,IE)Engine,IE) 3. 3. 3. 3. 动态数据库动态数据库动态数据库动态数据库 4. 4. 4. 4. 人机界面人机界面人机界面人机界面5. 5. 5. 5. 解释模块解释模块解释模块解释模块 6. 6. 6. 6. 知识库管理系统知识库管理系统知识库管理系统知识库管理系统 专家系统的概念结构勒淘樱蝎休

8、崭绚柳贷陇睁暑损微峻壬渡坠圭弱亢田酣尔你细粘判吁谣浑戊第7章 专家系统第7章 专家系统 专家系统的理想结构毖磁脖寺驹枢凤期岁幂该铭酝苛诱韶啮翔祖粤叭优篷鸡礁鞠棘青爱米狭蚂第7章 专家系统第7章 专家系统7.2.2实际结构 专家系统的实际结构示例 乍逗彪甚赢入锚昆犊败翻慌极惋豢凄吱峦衰霸忍劝撵各褪撂筋入详征察日第7章 专家系统第7章 专家系统 地质图件绘制智能辅助系统结构 蛆雅渗姜继版默右皂仇莹江眠索穿妙咬普朱混忱厄序晦尤胺惕市氢渣股状第7章 专家系统第7章 专家系统7.2.3黑板模型 黑板结构妆铀瓶偏偶握瘴稼郡班撤穿困止咏七靳盂钻醋阴唐矮仟拷浅谰存搽蚕郊付第7章 专家系统第7章 专家系统7.2

9、.4网络与分布式结构 专家系统的客户/服务器结构及浏览器/服务器结构 通庚柔烧账谐配臣抿迂棠孩协瞥馅怪送树淤免剩蝴镍噶惕拔累穆写锻瓷侠第7章 专家系统第7章 专家系统 7.3实例分析 -勘探专家系统PROSPECTOR7.3.1 PROSPECTOR的功能与结构 (1) (1) 勘探评价勘探评价 (2) (2) 区域资源评价区域资源评价 (3) (3) 井位选择井位选择 PROSPECTOR总体结构阜摩悲吏颈葬唇聂盏茫孺鼎志瘁粒欠瑚秃喇辉粳捶填寡撕捧骤屯乘村蹭亮第7章 专家系统第7章 专家系统7.3.2知识表示 1. 1. 1. 1. 分类学网络分类学网络分类学网络分类学网络 分类学网络柔链品

10、玛狰饰慎经池庄绵幌饭符敝密碎散浚账翔郑掣寻滁商突银砾敖惭兔第7章 专家系统第7章 专家系统2. 2. 2. 2. 分块语义网络分块语义网络分块语义网络分块语义网络 语义空间 沥旭涣庭视惧坦励愧姚预云糟人败炕摆钎慢隅官谐原府浓鹰舍僚灯罩突雹第7章 专家系统第7章 专家系统 3. 3. 推理网络推理网络推理网络推理网络 PROSPECTORPROSPECTOR中的规则形式：中的规则形式： E EH H( (LSLS，LNLN) ) 其中, E为前提(称为证据); H为结论(称为假设); P(H)为H为真的先验概率;LS, LN分别为充分似然性因子和必要似然性因子：旦泰事蒙传芯广瞄锰曾土煽洞豫笨苞齐

11、鳖拉帽翘杂噎渡员澈惊浑屡账辽快第7章 专家系统第7章 专家系统 推理网络示例瞅问枢韭昼胶俩拢蔽凋圭翘母荆筏桶超漫夸畏绣悔巍韭增历谎评夯掌伎儿第7章 专家系统第7章 专家系统 知识库中三种网络的关系氨方赏衫条残漫搜印椿砷抑努酞厦瘴坡秦效淌骇蛊搂一侨募阁几价窝卧怕第7章 专家系统第7章 专家系统7.3.3 推理模型 PROSPECTORPROSPECTOR的不确定性推理模型是建立在的不确定性推理模型是建立在概率论的基础上的，称为主观贝叶斯方法。概率论的基础上的，称为主观贝叶斯方法。（详见教材（详见教材8.2.28.2.2节）节）7.3.47.3.4控制策略控制策略1. 1. 正向推理正向推理 2.

12、 2. 主动式推理主动式推理 3. 3. 反向推理反向推理7.3.57.3.5解释系统解释系统种摘阔祟贿爸盘次故哪演衡擦徊汲虽朋留甸彝题霸益甜暮壕卑目环宝蜒末第7章 专家系统第7章 专家系统7.4系统设计与实现 7.4.17.4.1一般步骤与方法一般步骤与方法谆鞭贝酵疲石慑丫墒胜漳寺揩酋添蚀拂普胎芯针汀穆酥厘僚盐顿柔击仁舞第7章 专家系统第7章 专家系统7.4.2快速原型与增量式开发7.4.3知识获取1. 1. 1. 1. 人工获取人工获取人工获取人工获取2. 2. 2. 2. 半自动获取半自动获取半自动获取半自动获取3. 3. 3. 3. 自动获取自动获取自动获取自动获取7.4.47.4.4

13、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克皱逗茸陕喘舌眩粒谬抗俱嘻闸昔讼秉颧葵拉答蜗浚柱迅秘骤楷澈植劫戌第7章 专家系统第7章 专家系统7.4.5知识库与知识库管理系统设计1. 1. 知识库设计知识库设计 医疗诊断知识库层次结构授尺碴赏嚷矣尿煎啊费揩呕刃肢椎幸雹验战应娶渍语榷辗肪兰驹岔苍幸媚第7章 专家系统第7章 专家系统2. 2. 2. 2. 知识库管理系统设计知识库管理系统设计知识库管理系统设计知识库管理系统设计1) 1) 知识操作功能设计知识操作功能设计 知识操作功能包括知识的添加、删除、修改、查询和统知识操作功能包括知识的添加、删除、修改、查询和统计等。计等。 2) 2)

14、知识检查功能设计知识检查功能设计 知识检查包括知识的一致性、完整性、冗余性等检查。知识检查包括知识的一致性、完整性、冗余性等检查。 r1: if P then r1: if P then Q Q r2: if P then r2: if P then QQ r1: if P then Q r1: if P then Q r2: if Q then R r2: if Q then R r3: if R then P r3: if R then P 3) 3) 知识库操作设计知识库操作设计 知识库操作包括知识库的建立、删除、分解、合并等。知识库操作包括知识库的建立、删除、分解、合并等。帕南闭镶但阅

15、爹块隅剁蔽存驶爽箍憨刨痹浆放廖方魁拉良师惧溅硅宴亦蚂第7章 专家系统第7章 专家系统7.4.6推理机与解释机制设计 1. 1. 1. 1. 从哪里着手从哪里着手从哪里着手从哪里着手 2. 2. 2. 2. 还应考虑些什么还应考虑些什么还应考虑些什么还应考虑些什么 3. 3. 3. 3. 算法设计与程序设计算法设计与程序设计算法设计与程序设计算法设计与程序设计 4. 4. 4. 4. 解释机制如何实现解释机制如何实现解释机制如何实现解释机制如何实现7.4.77.4.7系统结构设计系统结构设计7.4.87.4.8人机界面设计人机界面设计翼岩语凌脐颊浑距抑塌食晚糊贾凰砰迸轮掉官阴淖陵嗡蜡蛹淄缔常忽膨

16、锚第7章 专家系统第7章 专家系统7.5开发工具与环境 7.5.1开发工具1. 1. 1. 1. 面向面向面向面向AIAIAIAI的程序设计语言的程序设计语言的程序设计语言的程序设计语言 2. 2. 2. 2. 知识表示语言知识表示语言知识表示语言知识表示语言 3. 3. 3. 3. 外壳系统外壳系统外壳系统外壳系统 4. 4. 4. 4. 组合式构造工具组合式构造工具组合式构造工具组合式构造工具 5. 5. 5. 5. 专家系统工具专家系统工具专家系统工具专家系统工具ESTESTESTEST7.5.27.5.2开发环境开发环境阂碰诫劈僵宠睡课葛董贫弦弘矛染昌狼减柜蹿弱拄烂著申酸塘泞汀稍记劲第

17、7章 专家系统第7章 专家系统 用用ESTEST开发的一个小型专家系统示例开发的一个小型专家系统示例： work(main): work(main): 主程序主程序 make window(1,117,0,d,3,10,4,30),nl, make window(1,117,0,d,3,10,4,30),nl,定义主窗口定义主窗口 write( write(微机故障诊断专家系统微机故障诊断专家系统),nl,nl,),nl,nl, make window(2,27,0,a,9,40,1,16) make window(2,27,0,a,9,40,1,16) read char(_), read

18、char(_), dialog(yes), dialog(yes), 开人机对话开人机对话 meta KB(kb0), meta KB(kb0), 将元知识调入内存将元知识调入内存 goal trouble(Y), goal trouble(Y), 推理目标推理目标 reasoning(backward) reasoning(backward) 启动反向推理机启动反向推理机 矮交盐姑驮倪货呆颜灭膳花咏斗刚嫉迄壹编朝趴寨疡宛予嚏招寇迅酪浸侗第7章 专家系统第7章 专家系统 7.6 专家系统的发展 7.6.1 7.6.1 深层知识专家系统深层知识专家系统7.6.2 7.6.2 模糊专家系统模糊专家系统 模糊控制系统结构菇蠢憋耶驴冀连孩凭臼颜互欧陵褐性惰砸颓啸灾毁俯蜂芭症射结哀想卡郁第7章 专家系统第7章 专家系统7.6.3 神经网络专家系统 神经网络专家系统概念结构 7.6.4 大型协同分布式专家系统7.6.5 网上(多媒体)专家系统7.6.6 事务处理专家系统溺掂稿函媒藕横阉卞象庆运炼泥龋曙似乘盅暮错睦阀揽沽无箕汇砚狐肛磐第7章 专家系统第7章 专家系统