专家系统人工智能原理与应用优秀PPT.ppt

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1、第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用 教材简介教材简介:名名 称称:人工智能原理与应用人工智能原理与应用 作作 者者:张仰森张仰森 出版社出版社:高等教化出版社高等教化出版社 章章 节节:共十章共十章主讲老师主讲老师:宗春梅宗春梅第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用 专家系统是人工智能应用探讨的一个重要分支。自20世纪60年头末，费根鲍姆等人研制成功第一个专家系统DENDRAL以来,专家系统已被成功地运用到工业、农业、地质矿产业、科学技术、医疗、教化、军事等众多领域，并已产生了巨大的社会效益和经济效益。

2、它实现了人工智能从理论探讨走向实际应用，从一般思维方法探讨转入特地学问运用的重大突破。成为人工智能应用探讨中最活跃、也最有成效的一个重要领域。第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用 8.1 专家系统概述 1.1.产生与发展过程产生与发展过程 19681968年年世世界界上上的的第第一一个个专专家家系系统统DENDRALDENDRAL在在美美国国的的斯斯坦坦福福高高校校研研发发成成功功。DENDRALDENDRAL是是世世界界上上第第一一例例成成功功的的专专家家系系统统，它它的的出出现标记着人工智能的一个新领域现标记着人工智能的一个新领域专家系统的诞生

3、。专家系统的诞生。2020世世纪纪6060年年头头末末，美美国国麻麻省省理理工工学学院院起起先先探探讨讨用用于于解解决决困困难难微微积积分分运运算算和和数数学学推推导导的的专专家家系系统统MACSYMAMACSYMA。卡卡内内基基梅梅隆隆高高校校在在同同一一时时期期也也开开发发了了一一个个用用于于语语音音识识别别的的专专家家系系统统HEARSAYHEARSAY，并并相相继研发成功继研发成功HEARSAYIIHEARSAYII和和HEARSAYIIIHEARSAYIII。19741974年年，匹匹兹兹堡堡高高校校研研制制成成功功内内科科病病诊诊断断询询问问系系统统INTERNISTINTERNI

4、ST，并在以后对其不断完善，使之发展成专家系统，并在以后对其不断完善，使之发展成专家系统CADUCEUSCADUCEUS。8.1.1 专家系统的产生与发展专家系统的产生与发展第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用 1976年，专家系统MYCIN由美国斯坦福高校的E.H.Shortliffe开发成功，其主要设计目的是为细菌感染疾病供应抗菌剂治疗建议。MYCIN还首次运用了目前专家系统中常用的学问库的概念，并在不确定性的表示和处理中接受了可信度的方法。1976年，美国斯坦福高校国际探讨所人工智能探讨中心的R.O.Duda等人研制成功一个探矿专家系统ROS

5、PECTOR，该系统把矿床模型按计算机能说明的形式编码，随后利用这些模型进行推理，达到勘探评价、区域资源估值、钻井井位选择的目的。进入20世纪80年头以后，专家系统的研发起先趋于商品化。8.1 专家系统概述 8.1.1 专家系统的产生与发展专家系统的产生与发展第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用 2.专家系统的成就专家系统的成就由由数数字字设设备备公公司司（DEC）和和卡卡内内基基梅梅隆隆高高校校合合作作研研发发的的专专家家系系统统XCON，是是一一个个用用于于为为VAX计计算算机机系系统统制制定定硬硬件件配配置置方方案案的的商商用用系系统统，创建

6、了巨大的经济效益。创建了巨大的经济效益。ACE是是由由贝贝尔尔试试验验室室于于80年年头头初初开开发发的的一一个个用用于于设设备备错错误误诊诊断断的的专专家系统，用于定位和识别在电话网络中的故障点。家系统，用于定位和识别在电话网络中的故障点。DELTA则则是是由由通通用用电电气气公公司司在在80年年头头中中期期开开发发的的错错误误诊诊断断系系统统，以帮助修理人员发觉在柴油发电机中的故障。以帮助修理人员发觉在柴油发电机中的故障。3.中国的状况中国的状况 我我国国专专家家系系统统的的研研发发起起步步于于20世世纪纪80年年头头，开开发发成成功功了了很很多多具具有有好用价值的应用型专家系统。好用价值

7、的应用型专家系统。8.1 专家系统概述 8.1.1 专家系统的产生与发展专家系统的产生与发展第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用 4.须要进一步探讨并加以解决的问题须要进一步探讨并加以解决的问题 学学问问的的自自动动获获得得方方法法、深深层层学学问问的的表表示示和和利利用用方方法法、分分布布式式学学问问的的处处理理方方法法以以及及学学问问的的完完备备性性等等问问题题都都是是要要接接着着探讨和探讨的。探讨和探讨的。8.1 专家系统概述 8.1.1 专家系统的产生与发展专家系统的产生与发展第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理

8、 与与 应应 用用 到目前为止，有关专家系统还没有一个严格公认的形式化定义。但人们普遍认为，专家系统是一种具有大量特地学问与阅历的智能程序系统，它能运用某个领域一个或多个专家多年积累的阅历和特地学问，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困难问题。也就是说，专家系统具有三个方面的含义：它是一种具有智能的程序系统。能运用专家学问和阅历进行推理的启发式程序系统。它必需包含有大量专家水平的领域学问，并能在运行过程中不断地对这些学问进行更新。它能应用人工智能技术模拟人类专家求解问题的推理过程，解决那些原来应当由领域专家才能解决的困难问题。8.1 专家系统概述8.1.2 专家系统的定义第

9、八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用 对专家系统的类型划分可以有多种不同的方法。不同的分类方法所得到的分类结果也不同。1.按专家系统特性和处理问题的类型分类 海叶斯罗斯（F.Heyes-Roth)等人依据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）说明型：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，给出相应说明的一类专家系统。（2）诊断型：依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缘由，并进一步给出解除故障方法的一类专家系统。8.1 专家系统概述8.1.3 专家系统的种类第八章第八章

10、 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用（3 3）设设计计型型：依依据据用用户户输输入入的的设设计计要要求求数数据据，求求解解出出满满足足设设计计要要求求的的目目标标配配置方案的一种专家系统。置方案的一种专家系统。（4 4）预预料料型型：通通过过对对过过去去学学问问以以及及当当前前的的事事实实与与数数据据进进行行分分析析，推推断断将将来来状状况的一类专家系统。况的一类专家系统。（5 5）规规划划型型：依依据据给给定定的的规规划划目目标标数数据据，制制定定出出某某个个能能够够达达到到目目的的的的动动作作规规划或行动步骤的一类专家系统。划或行动步骤的一类专家系统。（6

11、 6）监监视视型型：这这是是一一类类用用于于对对被被检检控控对对象象进进行行实实时时地地、不不断断地地视视察察，并并能能视视察到状况刚好做出适当反应的专家系统。察到状况刚好做出适当反应的专家系统。（7 7）限限制制型型：用用来来对对一一个个受受控控对对象象或或客客体体的的行行为为进进行行适适当当的的调调整整与与管管理理，以以使其满足预期要求的一类专家系统。使其满足预期要求的一类专家系统。（8 8）调调试试型型：对对失失灵灵的的对对象象制制定定出出解解除除故故障障的的规规划划并并实实施施解解除除的的一一类类专专家家系系统。统。8.1 专家系统概述8.1.3 专家系统的种类第八章第八章 专家系统专

12、家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用（9)9)教教学学型型：是是一一类类可可依依据据学学生生学学习习的的特特点点，制制定定适适当当的的教教学学支支配配和教学方法，以对学生进行教学和辅导的专家系统。和教学方法，以对学生进行教学和辅导的专家系统。(10)(10)修修理理型型：对对发发生生故故障障的的系系统统或或设设备备进进行行处处理理，使使其其复复原原正正常常工作的一类专家系统。工作的一类专家系统。除除了了以以上上这这1010种种类类型型的的专专家家系系统统外外，决决策策型型和和管管理理型型的的专专家家系系统也是近年来颇受人们重视的两类专家系统。统也是近年来颇受人们重视的两类

13、专家系统。8.1 专家系统概述8.1.3 专家系统的种类第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用 2、按系统的体系结构分类 (1)集中式专家系统 这是一类对学问及推理进行集中管理的专家系统。对于这类专家系统，又可依据系统学问库与推理机构的组织方式，细分为层次式结构、深-浅双层结构、多层聚焦结构及黑板结构等专家系统。层次式结构专家系统是指其推理机构为多层机制，推理方式接受逐层推理的专家系统。深浅双层结构专家系统是指系统的学问库由两个子学问库构成，其中一个称为深层学问库，用于存放问题领域内的原理性学问，另一个称为浅层学问库，用于存放领域专家的阅历学问。多层

14、聚焦结构专家系统是指学问库中的学问按动态分层组织的形式进行管理。黑板结构类型的专家系统一般用于求解比较困难的问题，通常具有多个学问库和多个推理机。8.1 专家系统概述8.1.3 专家系统的种类第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用 (2)分布式专家系统 分布式专家系统是指将学问库或/和推理机分布在一个计算机网络上的一类专家系统。主要特点是，系统中的学问库及推理机在逻辑上和物理上都接受一种分布结构，其各机构间通过计算机网络实现互连，并在求解问题的过程中，相互通信、相互协作。(3)神经网络专家系统 接受人工神经网络技术进行建立，以神经网络为体系结构实现学

15、问表示和求解推理。这种类型的专家系统目前尚处于探讨阶段。(4)符号系统与神经网络相结合的专家系统 将神经网络与符号处理系统有机结合起来就用于专家系统的学问表示与推理求解。8.1 专家系统概述8.1.3 专家系统的种类第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用 在总体上，专家系统还具有以下一些共同特点：（1）启发性 （2）透亮性 （3）灵敏性 （4）交互性 （5）推理有效性（6）困难性 （7）好用性 （8）学问的特地性 （9）易推广8.1 专家系统概述 8.1.4 专家系统的一般特点第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应

16、应 用用 8.2 专家系统的基本结构第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用 8.2.1 8.2.1 数据库及其管理系统数据库及其管理系统 数数据据库库又又称称综综合合数数据据库库，用用来来存存储储有有关关领领域域问问题题的的初初始始事事实实、问问题题描描述述以以及及系系统统推推理理过过程程中中得得到到的的种种种种中中间间状状态态或或结结果果等等，系系统统的的目目标标结结果也存于其中。果也存于其中。8.2.2 8.2.2 学问库及其管理系统学问库及其管理系统 学学问问库库是是专专家家系系统统的的学学问问存存储储器器，用用来来存存放放被被求求解解问问题题

17、的的相相关关领领域域内内的的原原理理性性学学问问或或一一些些相相关关的的事事实实以以及及专专家家的的阅阅历历性性学学问问。原原理理性性或或事事实实性性学学问问是是一一种种广广泛泛公公认认的的学学问问，即即书书本本学学问问和和常常识识，而而专专家家的的阅阅历历学学问则是长期的实践结晶。问则是长期的实践结晶。8.2.3 8.2.3 学问获得机构学问获得机构 学学问问获获得得机机构构是是专专家家系系统统中中的的一一个个重重要要部部分分,它它负负责责系系统统的的学学问问获获得得，由由一一组组程程序序组组成成。其其基基本本任任务务是是从从学学问问工工程程师师那那里里获获得得学学问问或或人人训训练练数数据

18、据8.2 专家系统的基本结构第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用 中自动获得学问，并把得到的学问送入学问库中，并确保学问的一样性及完整性。8.2.4 推理机 推理机是专家系统在解决问题时的思维推理核心，它是一组程序，用以模拟领域专家思维过程，以使整个专家系统能够以逻辑方式进行问题求解。8.2.5 说明器 说明器是人与机接口相连的部件，它负责对专家系统的行为进行说明，并通过人机接口界面供应应用户。8.2.6 人机接口 人机接口是专家系统的另一个关键组成部分，它是专家系统与外界进行通讯与交互的桥梁，由一组程序与相应的硬件组成。8.2 专家系统的基本结构

19、第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用 利用某种手段从学问源中获得专家系统实现问题求解所需的特地学问，并以某种形式在计算机中存储，满足领域问题求解的需求。一般包括学问抽取、表示、输入和检测等几项工作。1、学问抽取 学问抽取是指把蕴含于多个学问源中的学问经过分析、识别、理解、遴选、归纳等处理后抽取出来，以便用于学问库的建立。学问源是指专家系统学问的来源，包括领域专家、技术报告、课本教材、相关论文、实例探讨、阅历数据及系统本身的运行实践等。8.3 学问获得 8.3.1 学问获得的任务第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与

20、应应 用用 2、学问的表示 将学问源中以自然语言、图形、表格等形式表示的学问转换为计算机能够识别或运用的形式。这种转换通常先由学问工程师对学问源中的学问进行分析和抽样，并用适当的学问表示形式表示出来，然后再把这种学问表示形式通过某种编译程序翻译成计算机可干脆识别或应用的内部编码。3、学问的输入 学问输入就是要把从学问源获得的、以某种表示形式表示的学问经过在计算机上编辑、编译送入学问库的过程。4、学问的检测 学问检测的主要任务是保证学问库的一样性和完整性。8.3 学问获得 8.3.1 学问获得的任务第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用 依据学问获得所

21、运用的手段，可分为人工获得、半自动化获得和自动化获得三种。1、人工学问获得 是一种通过学问工程师对学问源中的数据进行分析处理，以获得学问的一种途径。学问工程师首先从领域专家那里了解他们解决问题的方法，阅读有关文献，初步获得专家系统所须要的原始学问；然后，再对所获得的原始学问进行分析、归纳、整理、总结，将每一条学问用自然语言的形式表达出来，并交由领域专家审查。经反复沟通，最终把所总结的每条学问确定下来，再将每条学问用适当的学问表示方法表示出来，应用学问编辑器输入计算机。8.3.2 学问获得主要途径8.3 学问获得第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用

22、在从领域专家那里获得学问时一般接受如下的技术步骤：（1）现场视察 （2）问题探讨 （3）问题描述 （4）问题分析 （5）建立原型系统 （6）系统检查 （7）系统验证 8.3.2 学问获得主要途径8.3 学问获得第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用 8.3.2 学问获得主要途径8.3 学问获得2 2、半自动化学问获得、半自动化学问获得半自动学问获得是指在人工学问获得的基础上增加了部分机器学习半自动学问获得是指在人工学问获得的基础上增加了部分机器学习功能，使专家系统本身能够从大量的实例中归纳出某些学问。由于功能，使专家系统本身能够从大量的实例中归纳出某

23、些学问。由于它不是纯粹的人工学问获得，又不是完全的机器自动学问获得，因它不是纯粹的人工学问获得，又不是完全的机器自动学问获得，因而称作半自动和学问获得。以下的一些方法属于半自动化获得方法。而称作半自动和学问获得。以下的一些方法属于半自动化获得方法。（1 1）智能学问编辑）智能学问编辑这是一个通过建立智能学问编辑器来实现学问获得的方法。智能学这是一个通过建立智能学问编辑器来实现学问获得的方法。智能学问编辑器是一种类似于数据库编辑器的软件，它可实现对学问库的问编辑器是一种类似于数据库编辑器的软件，它可实现对学问库的结构和内容进行修改，是目前建立专家系统时常用的一种工具。结构和内容进行修改，是目前建

24、立专家系统时常用的一种工具。第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用 （2）学问发觉系统 这是一种利用计算机帮助以获得学问的系统，是目前机器学习领域探讨的主要内容。这种系统能够利用计算机通过内建的各种数据分析模型与算法，对训练数据或实际问题进行分析处理，归纳、总结或发觉一些尚未为专家系统驾驭或相识的新学问，并将其送入系统学问库，使其学问不断完善丰富。3、自动学问获得 自动学问获得是指通过专家系统本身来获得学问。为此，系统应具备如下的功能：（1）具有语音、文字、图像的识别功能 （2）具有理解、分析、归纳的实力 （3）具有从自身运行过程中学习的实力 8.3

25、.2 学问获得主要途径8.3 学问获得第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用 1、选择合适的应用领域及问题 哪些领域适合开发专家系统，哪些领域不适于开发专家系统，是开发专家系统首先要考虑的一个问题。下面是选择专家系统应用领域时应遵循的一些原则。(1)该应用领域是否有运用专家系统的需求 例如：中医诊疗方面，由于病因的困难性，将多名老中医、老专家的诊病阅历合在一起，开发一个中医诊断专家系统就很有必要。8.4 专家系统的设计与建立 8.4.1 开发专家系统的基本要求第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用 8.4

26、专家系统的设计与建立 8.4.1 开发专家系统的基本要求(2)所涉及的领域问题是否适合专家系统来解决计算机专家系统适合解决那些迄今为止人类还没有彻底驾驭的、不存在成熟算法且主要靠专家阅历来解决的、带有点模糊性的领域问题。(3)领域专家的阅历是否易于获得问题领域的选择通常还与专家驾驭该问题领域学问的程度有关，即与求解问题的精确性和学问好坏程序有关。假如任务特殊新、难度又特殊大，以至于为求解该问题须要做一些基础性探讨工作的话，则该任务不宜用专家系统来解决。第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用 2、建立专家系统可行性 可行性问题包括经济可行性、技术可行性

27、、操作可行性等。(1)经济和技术可行性 经济和技术可行性主要考虑建立专家系统所要付出的代价是否值得，所需技术是否完备。以下几种状况是不合适的：问题求解须要很大的物质或金钱代价；人类专家的学问被遗忘或在学问传递中被损失；领域专家的学问或阅历特殊少；在很多状况下必需人类专家亲临现场解决。8.4 专家系统的设计与建立 8.4.1 开发专家系统的基本要求第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用(2)操作可行性 操作可行性是指当其他条件具备之后，能否付诸实施。3、领域专家主动参与 假如没有某领域内的真正公认的高水平领域专家的主动参与，开发一个该领域的好用专家系统

28、只能是一句空话。4、学问的可表达性 专家学问的可表达性是特殊必要的。只有那些专家的学问、阅历能用语言或文字表达清晰的应用领域，才适合开发专家系统。8.4 专家系统的设计与建立 8.4.1 开发专家系统的基本要求第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用 应用领域选择与可行性分析需求分析原型设计与开发原型系统评价最终系统设计最终系统实现系统测试与评价系统维护图8.2专家系统的建立步骤8.4 专家系统的设计与建立 8.4.2 专家系统建立步骤第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用 下面对图8.2所描述的专家系统开发

29、的各个阶段分别进行探讨。1、应用领域选择与可行性分析 这一阶段主要工作包括以下几个方面：（1）问题调研；（2）可行性分析；（3）确定最终开发专家系统的应用领域及要解决的问题。2、需求分析 需求分析就是系统建立人员对用户的需求进行详尽的调查和细致的分析，它是建立专家系统的第一步，需求分析的好坏干脆影响着系统开发的成败。其内容包括：目标与任务描述、数据与学问描述、功能描述、性能描述、质量保证、时间与进度要求等。8.4 专家系统的设计与建立 8.4.2 专家系统建立步骤第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用 3、原型设计与开发 在建立系统原型时，要留意这样

30、一些问题：（1）只追求系统主要功能的实现，暂不考虑系统的处理效率和次要功能；（2）学问库中的学问数量不能太多，但对解决该类型问题所需的学问类型应当齐全；（3）对系统的实现方法与学问库的构建方法、推理方法等都应有多种备选方案，以供专家、系统开发者和用户比较，以便在开发最终系统时选用最好的方法。4、原型评价 由用户、领域专家、学问工程师和系统编程人员共同对系统的主要功能、学问推理功能等需求规格说明书中的主要指标进行测试及评价，对其不足进行反馈，以便进行修改。8.4 专家系统的设计与建立 8.4.2 专家系统建立步骤第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用

31、5 5、最终系统设计、最终系统设计 该阶段的主要任务包括：问题的具体定义；确定项目规划；对该阶段的主要任务包括：问题的具体定义；确定项目规划；对系统各个方面进行设计，如基本学问描述、系统体系结构、工具选系统各个方面进行设计，如基本学问描述、系统体系结构、工具选择、学问表示方式、推理方式、对话模型等；制定测试规划；制定择、学问表示方式、推理方式、对话模型等；制定测试规划；制定产品规划；提出实施规划等。本阶段的最终结果使系统设计说明书。产品规划；提出实施规划等。本阶段的最终结果使系统设计说明书。6 6、最终系统实现、最终系统实现 本阶段依据最终系统设计说明书对专家系统进行编程实现。选择本阶段依据最

32、终系统设计说明书对专家系统进行编程实现。选择适当的语言环境和软件开发工具，完成的主要工作包括：原型系统适当的语言环境和软件开发工具，完成的主要工作包括：原型系统修改；系统实现；系统集成与验证。修改；系统实现；系统集成与验证。8.4 专家系统的设计与建立 8.4.2 专家系统建立步骤第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用 7 7、系统测试与评价、系统测试与评价 最终系统完成后，还需对其进行必要的测试与评估，并依据测最终系统完成后，还需对其进行必要的测试与评估，并依据测试与评估结果对系统进行必要的修改，以达到需求分析书中所确立试与评估结果对系统进行必要的

33、修改，以达到需求分析书中所确立的性能与功能指标。的性能与功能指标。8 8、系统维护与完善、系统维护与完善 在这一阶段中，系统人员要倾听用户的反映，对系统中的一些在这一阶段中，系统人员要倾听用户的反映，对系统中的一些不足进行不断的完善。主要的工作是：不断增加系统功能；不断修不足进行不断的完善。主要的工作是：不断增加系统功能；不断修改系统，尤其是扩充学问库，使其更完备；不断扩大系统应用领域，改系统，尤其是扩充学问库，使其更完备；不断扩大系统应用领域，增加系统的问题求解实力；修改系统，使其能够适应外部环境的变增加系统的问题求解实力；修改系统，使其能够适应外部环境的变更。更。8.4 专家系统的设计与建

34、立 8.4.2 专家系统建立步骤第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用 1.1.专家系统的评价方法专家系统的评价方法 到目前为止还没有一个令人信服的专家系统评价标准。不过，到目前为止还没有一个令人信服的专家系统评价标准。不过，以下两种方法是在评价专家系统时常用的方法。以下两种方法是在评价专家系统时常用的方法。（1 1）“逸事逸事”评价法。利用一些典型例子来对系统的性能进行说评价法。利用一些典型例子来对系统的性能进行说明，向人们证明系统在这些典型例子所具有的条件下工作性能良好。明，向人们证明系统在这些典型例子所具有的条件下工作性能良好。对于这些例子以外

35、的其他状况，系统能否很好的工作并不知道。对于这些例子以外的其他状况，系统能否很好的工作并不知道。（2 2）试验的方法。利用试验来评价专家系统在处理存储于数据库）试验的方法。利用试验来评价专家系统在处理存储于数据库中的各种问题实例时，所表现出的性能。这种方法看起来似乎比逸中的各种问题实例时，所表现出的性能。这种方法看起来似乎比逸事方法优越，但在系统实现上难度较大，在获得数据库中哪些有代事方法优越，但在系统实现上难度较大，在获得数据库中哪些有代表性的实例时，也常常会遇到困难。表性的实例时，也常常会遇到困难。8.5 专家系统的评价第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与

36、 应应 用用 2.评价内容评价内容 对专家系统的评价可以从专家系统的设计目标、结构、性能、好用对专家系统的评价可以从专家系统的设计目标、结构、性能、好用性等方面来进行，其内容主要包括以下几项：性等方面来进行，其内容主要包括以下几项：（1）学问库中学问是否完备。）学问库中学问是否完备。（2）学问的表示方法与组织方法是否适当。）学问的表示方法与组织方法是否适当。（3）系统的推理是否正确。）系统的推理是否正确。（4）系统的说明功能是否完全与合理。）系统的说明功能是否完全与合理。（5）用户界面如何。）用户界面如何。（6）系统的效率如何。）系统的效率如何。（7）系统的可维护性如何。）系统的可维护性如何。

37、（8）系统的效益如何。）系统的效益如何。8.5 专家系统的评价第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用 专家系统开发工具与环境，事实上是人们为高效率开发专家系统而设计的一种高级程序系统或程序设计语言环境。目前，常用的专家系统开发工具和环境可分为4种主要类型：语言型开发工具、骨架型开发工具、通用型开发工具、开发环境与帮助型开发工具。8.6.1 语言型开发工具 程序设计语言是开发专家系统的最常用和最基本的工具，包括通用程序设计语言和人工智能语言。用于专家系统开发的通用程序设计语言的主要代表有C、C+、PASCAL、ADA等；人工智能语言的主要代表有SMAL

38、LTALK、LISP和PROLOG。SMALLTALK是面对对象型的语言，LISP为函数型语言，而PROLOG则是逻辑型语言。其优点是程序设计具有针对性，程序质量较高。缺点是编程工作量大，逻辑设计比较繁琐，难度大，开发周期长。8.6 专家系统开发工具第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用 也称为专家系统外壳或框架型开发工具，是由一些已经成熟的具体专家系统演化来的。其演化方法是：抽去这些专家系统中的具体学问，保留它们的体系结构和功能，再把领域专用的界面改为通用界面，这样就可得到相应的专家系统外壳或框架。比较有代表性的专家系统骨架型开发工具主要有EMYC

39、IN、KAS及EXPERT等。有关这些开发工具的具体介绍请参见教材。8.6.2 骨架型开发工具8.6 专家系统开发工具第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用 8.6.3 8.6.3 通用型开发工具通用型开发工具 该类型开发工具是不依靠于任何已有专家系统，不针对任何具体领域，该类型开发工具是不依靠于任何已有专家系统，不针对任何具体领域，完全重新设计的一类专家系统开发工具。与骨架系统相比，它具有更大的完全重新设计的一类专家系统开发工具。与骨架系统相比，它具有更大的灵敏性和通用性，并且对数据及学问的存取和查询供应了更多的限制手段。灵敏性和通用性，并且对数据

40、及学问的存取和查询供应了更多的限制手段。这类型工具的典型代表是这类型工具的典型代表是OPSOPS系列通用开发工具。系列通用开发工具。OPSOPS是美国卡内基是美国卡内基-梅隆梅隆高校高校(CMU)(CMU)的的J.McDermott,A.NewellJ.McDermott,A.Newell等人，于等人，于19751975年利用年利用LISPLISP语言研制语言研制开发的一个基于规则的通用型专家系统开发工具。自问世以来，已有开发的一个基于规则的通用型专家系统开发工具。自问世以来，已有OPS1OPS1、OPS2OPS2、OPS3OPS3、OPS4OPS4、OPS5OPS5、OPS5+OPS5+、O

41、PS5eOPS5e、OPS7OPS7及及OPS83OPS83等多种版本相继等多种版本相继诞生。这些版本之间的差异较大，其中最有代表性的版本是诞生。这些版本之间的差异较大，其中最有代表性的版本是OPS5OPS5。有关有关OPS5OPS5的较具体的介绍，请参见教材。的较具体的介绍，请参见教材。8.6 专家系统开发工具第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用 8.6.4 8.6.4 开发环境与帮助型开发工具开发环境与帮助型开发工具 开发环境是指帮助专家系统建立者进行程序设计的系统环境，它常被开发环境是指帮助专家系统建立者进行程序设计的系统环境，它常被作为建立

42、专家系统的学问工程语言的一部分。早期的开发环境又称支撑作为建立专家系统的学问工程语言的一部分。早期的开发环境又称支撑环境，规模较小，功能也比较少，通常由帮助调试工具、学问库编辑器、环境，规模较小，功能也比较少，通常由帮助调试工具、学问库编辑器、输入输入/输出处理工具及说明工具输出处理工具及说明工具4 4个典型部分组成。作为专家系统建立工个典型部分组成。作为专家系统建立工具的一部分，帮助建立者更好地运用专家系统建立工具。具的一部分，帮助建立者更好地运用专家系统建立工具。帮助型专家系统开发工具则是由一些程序模块组成，用来帮助专家系帮助型专家系统开发工具则是由一些程序模块组成，用来帮助专家系统建立者

43、开发应用系统。统建立者开发应用系统。AGEAGE、TEIRESIASTEIRESIAS、ROUGETROUGET、TIMMTIMM、EXPERTEASEEXPERTEASE、SEEKSEEK、MOREMORE、ETSETS等都是帮助型工具程序的典型。其中等都是帮助型工具程序的典型。其中AGEAGE是帮助进行系是帮助进行系统结构设计的典型程序，统结构设计的典型程序，TEIRESIASTEIRESIAS是帮助进行学问获得的典型程序。是帮助进行学问获得的典型程序。有关这些帮助工具的简洁介绍请参见教材。有关这些帮助工具的简洁介绍请参见教材。8.6 专家系统开发工具第八章第八章 专家系统专家系统人人 工

44、工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用 8.7.1 8.7.1 新一代专家系统应具备的特征新一代专家系统应具备的特征 什么是新一代专家系统，至今还没有一个公认、明确的定义，什么是新一代专家系统，至今还没有一个公认、明确的定义，甚至对这一提法也有不同的观点。在这里暂不考虑新一代专家系统的甚至对这一提法也有不同的观点。在这里暂不考虑新一代专家系统的定义问题，而主要探讨一下它应具备的一些特征。一般来说，新一代定义问题，而主要探讨一下它应具备的一些特征。一般来说，新一代专家系统应具有以下特征：专家系统应具有以下特征：（1 1）并行分布式处理）并行分布式处理 （2 2）多专家系统协同工作）多专家系

45、统协同工作 （3 3）高级系统设计语言和学问表述语言）高级系统设计语言和学问表述语言 （4 4）具有自学习功能）具有自学习功能 （5 5）引入新的推理机制）引入新的推理机制 （6 6）具有纠错和自完善实力）具有纠错和自完善实力 （7 7）先进的智能人机接口）先进的智能人机接口 8.7 新一代专家系统的发展第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用 下面简要地介绍几种在单项指标上满足上述特征要求的专家系统设计思想。8.7.2 分布式专家系统 分布式专家系统具有分布处理的特征，即把学问库分布到一个计算机网络的不同节点上，或者把推理机制分布到计算机网络的不同节

46、点上，或者两者同时分布，当要求解一个问题时，将该问题分解为若干个子问题，合理地分布到各个处理机上去求解。其目的在于能够使一个多处理机的专家系统中的多个处理机并行工作，从而在总体上提高系统的处理效率。为设计一个分布式专家系统，一般须要解决下述问题。（1）任务分布 （2）学问分布 （3）系统各部分间的接口设计 （4）系统结构设计 （5）系统各模块间的驱动方式 8.7 新一代专家系统的发展第八章第八章 专家系统专家系统人人 工工 智智 能能 原原 理理 与与 应应 用用 8.7.3 8.7.3 协同式专家系统协同式专家系统 协协同同式式专专家家系系统统是是一一种种能能综综合合若若干干个个相相近近领领

47、域域或或一一个个领领域域的的多多个个方方面面的的分分专专家家系系统统相相互互协协作作的的“群群专专家家系系统统”，它它能能克克服服单单一一功功能能专专家家系系统统的的局局限限性性，由多个分专家系统协作共同解决更为广泛领域中的问题。由多个分专家系统协作共同解决更为广泛领域中的问题。协协同同式式专专家家系系统统和和分分布布式式专专家家系系统统具具有有相相同同之之处处，也也有有不不同同之之处处。它它们们都都会会涉涉及及到到多多个个分分专专家家系系统统或或子子专专家家系系统统，但但分分布布式式专专家家系系统统的的着着眼眼点点是是处处理理的的分分布布和和学学问问的的分分布布，它它要要求求系系统统必必需需在在多多个个处处理理机机上上运运行行；而而协协同同式式专专家家系系统统则则强强调调的的是是分分系系统统之之间间的的协协同同合合作作，各各分分专专家家系系统统也也可可以以在在同同一一个个处处理理机机上上运运行。在设计协同式专家系统时，要考虑以下的一些问题：行。在设计协同式专家系统时，要考虑以下的一些问题：（1 1）任务分解）任务分解 （2 2）公共学问提取）公共学问提取 （3 3）通信方式）通信方式 （4 4）裁决问题）裁决问题 （5 5）驱动方式）驱动方式 8.7 新一代专家系统的发展返回书目返回书目