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1、7.8 新一代专家系统(zhun ji x tn)的研究主讲人:陈诗旭广西师范大学计信学院广西师范大学计信学院(xuyun)第一页，共35页。目前专家系统存在的五大目前专家系统存在的五大(w d)问题问题v忽视了理论与深层知识在问题忽视了理论与深层知识在问题(wnt)(wnt)求解中的作用求解中的作用v缺少多个系统的协作及综合型的专家系统缺少多个系统的协作及综合型的专家系统v在知识获取方面还缺少自动获取知识的能力在知识获取方面还缺少自动获取知识的能力v在知识表示上缺少多种表示模式的集成在知识表示上缺少多种表示模式的集成v在推理方面不支持多种推理策略在推理方面不支持多种推理策略v针对上述问题针对
2、上述问题(wnt),(wnt),我们开始了新一代专家系统的研究我们开始了新一代专家系统的研究 第二页，共35页。研究新一代专家系统的主要研究新一代专家系统的主要(zhyo)课题课题1 分布协同式的体系结构分布协同式的体系结构2 知识的自动获取知识的自动获取3 深层知识的利用深层知识的利用4 知识表示及推理方法知识表示及推理方法第三页，共35页。研究课题研究课题1 分布分布(fnb)协同式的体系协同式的体系结构结构v所谓分布协同式体系结构是指：把知识库（推理机制）所谓分布协同式体系结构是指：把知识库（推理机制）分布于一个计算机网络的不同节点上分布于一个计算机网络的不同节点上,在求解问题时，它在求
3、解问题时，它们能互通信息，密切合作，共同完成问题求解任务。们能互通信息，密切合作，共同完成问题求解任务。v该体系结构应解决个问题该体系结构应解决个问题v（1 1）任务分布：）任务分布：v把待求解的问题分解为若干子问题把待求解的问题分解为若干子问题,分别交给系统中不分别交给系统中不同的成员去完成。同的成员去完成。v（2 2）合作策略：由于系统中的各成员都只具有部分知识，）合作策略：由于系统中的各成员都只具有部分知识，v而问題的各子问题间存在着种种内在联系而问題的各子问题间存在着种种内在联系,这就要求各成这就要求各成v员必须互相通信，合作地进行问题求解。为实现合作，员必须互相通信，合作地进行问题求
4、解。为实现合作，需需v要解决合作的方式与策略以及要解决合作的方式与策略以及(yj)(yj)通信的手段。通信的手段。第四页，共35页。研究课题研究课题 知识的自动知识的自动(zdng)获取获取知识获取可以划分为两个阶段：知识获取可以划分为两个阶段：一个是在知识库尚未建立起来时，从领域专家及有一个是在知识库尚未建立起来时，从领域专家及有关文献资料那获取知识。关文献资料那获取知识。对于这种情况，为了实现自动知识获取，需要对于这种情况，为了实现自动知识获取，需要解决自然语言的识别解决自然语言的识别(shbi)(shbi)与理解以及从大量与理解以及从大量事例中归纳知识等问题。事例中归纳知识等问题。一个是
5、在系统运行过程中，通过运行实践不断总结一个是在系统运行过程中，通过运行实践不断总结归纳。归纳。对于这一种情况，还需要解决如何从系统的运对于这一种情况，还需要解决如何从系统的运行实践中发现问题以及通过总结经验教训，归纳行实践中发现问题以及通过总结经验教训，归纳出新知识、修改旧知识等问题。出新知识、修改旧知识等问题。第五页，共35页。研究课题研究课题3 深层知识深层知识(zh shi)的利用的利用v深层知识是指：相关领域中的理论性知识、原理深层知识是指：相关领域中的理论性知识、原理(yunl)(yunl)性知识，而专家的经验通常被称为表层性知识，而专家的经验通常被称为表层知识或浅层知识。知识或浅层
6、知识。v对于深层知识的利用存在个问题对于深层知识的利用存在个问题v（1 1）如何确定深层知识的容量与边缘）如何确定深层知识的容量与边缘 v（2 2）非单调性亦是深层知识利用中的一个困难）非单调性亦是深层知识利用中的一个困难问题问题第六页，共35页。研究课题研究课题4 知识知识(zh shi)表示及推理表示及推理方法方法v要使专家要使专家(zhunji)(zhunji)系统能像人类专家系统能像人类专家(zhunji)(zhunji)那样求解领域題，就必须对知识的表那样求解领域題，就必须对知识的表示与处理作进一步的研究示与处理作进一步的研究,使其能真正模拟人类使其能真正模拟人类求解问题的思维过程。
7、求解问题的思维过程。v首要解决的问题首要解决的问题v（1 1）如何建立一致的知识表示框架，使之能包）如何建立一致的知识表示框架，使之能包含多范例的多种表示模式。含多范例的多种表示模式。v（2 2）如何在时态推理、定性推理、非单调推理）如何在时态推理、定性推理、非单调推理等方面有所突破，在不确定性的表示与处理方面等方面有所突破，在不确定性的表示与处理方面取得新的进展等。取得新的进展等。第七页，共35页。7.9 专家系统(zhun ji x tn)举例广西师范大学计信学院广西师范大学计信学院(xuyun)第八页，共35页。两个两个(lin )例子例子1 动物识别系统动物识别系统2 专家系统专家系统
8、MYCIN第九页，共35页。两个两个(lin )例子例子动物识别系统动物识别系统第十页，共35页。动物动物(dngw)识别系统识别系统这这是是一一个个(y(y)用用以以识识别别虎虎、金金钱钱豹豹等等七七种种动动物物的小型的小型专家系统专家系统 ：1.1.系统结构系统结构2.2.知识表示知识表示3.3.适用知识的选取适用知识的选取4.4.推理的结束条件推理的结束条件5.5.推理过程推理过程第十一页，共35页。动物动物(dngw)识别系统识别系统 系统结构系统结构主控模块主控模块创创建建知知识识库库建建立立数数据据库库推推理理机机解解释释机机构构标志结论性规则标志结论性规则释放规则链表释放规则链表
9、释放事实链表释放事实链表匹配已知事实匹配已知事实第十二页，共35页。动物识别系统动物识别系统 知识知识(zh shi)表示表示v知识用产生式规则知识用产生式规则(guz)(guz)表示，相应的数据结构为：表示，相应的数据结构为：v struct RULE-TYPE struct RULE-TYPEv char*result char*result；v int int lastflag lastflag；v struct CAUSE-TYPE*cause-chain struct CAUSE-TYPE*cause-chain；v struct RULE-TYPE*next struct RULE
10、-TYPE*next；v;v已知事实用字符串描述已知事实用字符串描述,连成链表，其数据结构为：连成链表，其数据结构为：v struct CAUSE-TYPE struct CAUSE-TYPE v char cause;char cause;v struct CAUSE-TYPE*next;struct CAUSE-TYPE*next;v;第十三页，共35页。动物识别系统动物识别系统 适用适用(shyng)知识的选知识的选取取v为了进行推理，就需要为了进行推理，就需要(xyo)(xyo)根据数据库中的根据数据库中的已知事已知事v 实从知识库中选用合适的知识。实从知识库中选用合适的知识。v适用知
11、识：若知识的前提条件所要求的事实在数适用知识：若知识的前提条件所要求的事实在数据库中都存在，就认为它是一条适用知识。据库中都存在，就认为它是一条适用知识。第十四页，共35页。动物动物(dngw)识别系统识别系统 推理的结束条推理的结束条件件当有如下两种情况中的某一种当有如下两种情况中的某一种(y zhn)(y zhn)出现时可终止推理：出现时可终止推理：知识库中再无可适用的知识。知识库中再无可适用的知识。对于这种情况，很容易进行检测，只要检查一下当前知识库对于这种情况，很容易进行检测，只要检查一下当前知识库中是中是 否还有知识的前提条件可被数据库的已知事实满足否还有知识的前提条件可被数据库的已
12、知事实满足,且为未且为未使用过的知识就可得知。使用过的知识就可得知。经推理求得了问题的解。经推理求得了问题的解。扫描知识库的每一条规则，若一条规则的结论在其它规则的扫描知识库的每一条规则，若一条规则的结论在其它规则的前提条件中都不出现，则这条规则的结论部分就是最终结论，前提条件中都不出现，则这条规则的结论部分就是最终结论，此时就可终止推理过程此时就可终止推理过程 。含有最终结论的规则称为结论性规则。对于结论性规则，为含有最终结论的规则称为结论性规则。对于结论性规则，为它作一标志，每当推理机用到带标志的规则进行推理时它作一标志，每当推理机用到带标志的规则进行推理时,推推出的结论必然是最终结论，此
13、时就可终止推理过程。出的结论必然是最终结论，此时就可终止推理过程。第十五页，共35页。动物识别系统动物识别系统 推理推理(tul)过程过程第十六页，共35页。两个两个(lin )例子例子专家系统专家系统MYCINMYCIN第十七页，共35页。专家系统专家系统(zhun ji x tn)MYCINMYCINMYCIN是是一一个个帮帮助助(bngzh)(bngzh)内内科科医医生生诊诊治治感感染染性性疾疾病的专病的专家系统：家系统：1.1.系统结构系统结构2.2.数据表示数据表示3.3.知识表示知识表示4.4.推理的控制策略推理的控制策略5.5.解释功能解释功能第十八页，共35页。专家系统专家系统
14、(zhun ji x tn)MYCIN 系统结构系统结构用户（医生）用户（医生）咨询子系统咨询子系统数据库数据库DDB解释子系统解释子系统知识获取子系统知识获取子系统知识库知识库SDB专家、知识工程师专家、知识工程师第十九页，共35页。专家系统专家系统(zhun ji x tn)MYCIN 数据表示数据表示v数据库中的数据都用如下形式的三元组描述：数据库中的数据都用如下形式的三元组描述：v (对象对象 属性属性 值）值）v1.“1.“对象对象”又称为上下文，它是系统要处理的又称为上下文，它是系统要处理的实体，实体，例如：例如：PERSON(PERSON(病人）病人）v2.“2.“属性属性”又称
15、临床参数又称临床参数(cnsh),(cnsh),用于描述相用于描述相应对象的特征，例如应对象的特征，例如“病人病人”的姓名、年龄、性的姓名、年龄、性别。别。v3.“3.“值值”是指相应属性的值，根据属性的不同是指相应属性的值，根据属性的不同类别，其值可以是一个或多个。类别，其值可以是一个或多个。第二十页，共35页。专家系统专家系统MYCIN 数据表示数据表示 属性属性(shxng)分分类类vMYCINMYCIN中有中有6565种属性，这些属性按其所描述的对象不同种属性，这些属性按其所描述的对象不同v分为六类。分为六类。v例例如如：用用于于描描述述“病病人人”情情况况的的作作为为一一类类(y(y
16、 li)li)，用用于于描述描述“培养物培养物”情况的作为一类情况的作为一类(y li)(y li)，等等。，等等。v对每一类对每一类(y li)(y li)属性都有专门的名字。属性都有专门的名字。v例如：用例如：用PROMPTPROMPT作为描述作为描述“病人病人”的属性集的名字。的属性集的名字。v v属性又按其取值的性质不同分为七种类别。属性又按其取值的性质不同分为七种类别。v例如：单值的，多值的，可问的，可导出的等例如：单值的，多值的，可问的，可导出的等 第二十一页，共35页。专家系统专家系统(zhun ji x tn)MYCIN 数据表示数据表示 可信度因子可信度因子v每每个个属属性性
17、的的值值可可以以带带有有一一个个(y(y)可可信信度度因因子子CF,CF,用用以以指指出出对相应属性值的信任程度。对相应属性值的信任程度。vCFCF在在-1,1-1,1上取值。上取值。v 当当CF0CF0时，表示相信该属性取相应值的程度；时，表示相信该属性取相应值的程度；v 当当CF0CF0时时,表示不相该属性取相应值的程度；表示不相该属性取相应值的程度；v 当当CFCF为为1 1，-1-1或或0 0时时,分别表示完全相信、完全不相信、分别表示完全相信、完全不相信、v 不能确定该属性取相应的值。不能确定该属性取相应的值。第二十二页，共35页。专家系统专家系统(zhun ji x tn)MYCI
18、N 数据表示数据表示 例子例子 v下面给出三个用三元组描述下面给出三个用三元组描述(mio sh)(mio sh)数据的例子：数据的例子：对象对象属性属性值值病人-1性别(男 1.0)病人-1药物过敏(青霉素1.0)(氣苄青霉素1.0)病原体-1鉴别名(链球菌0.6)(葡萄球菌0.4)第二十三页，共35页。专家系统专家系统(zhun ji x tn)MYCIN 数据表示数据表示vMYCINMYCIN采用上下文树采用上下文树(Context tree)(Context tree)来表示问题来表示问题,一棵上一棵上v下文树构成了对一个下文树构成了对一个(y)(y)病人的完整描述。病人的完整描述。第
19、二十四页，共35页。专家系统专家系统(zhun ji x tn)MYCIN 知识表示知识表示vMYCINMYCIN的的知知识识库库主主要要用用于于存存储储领领域域知知识识，同同时时还还存存放放了了一一些些静静态态知知识识（参参数数的的特特性性(txng)(txng)表表、清单、词典等清单、词典等 ）。）。v领域知识的表示领域知识的表示v静态知识的表示静态知识的表示第二十五页，共35页。专家系统专家系统MYCIN 知识知识(zh shi)表示表示v领域知识(zh shi)的表示第二十六页，共35页。专家系统专家系统MYCIN 知识知识(zh shi)表示领域知识表示领域知识(zh shi)的表示
20、的表示v领域知识用规则表示领域知识用规则表示,其一般形式为：其一般形式为：v RULE*IF RULE*IF THEN THEN v v1.*1.*是规则的编号。是规则的编号。v2.2.前提的一般形式是：前提的一般形式是：v ($AND ($AND )-n)v v3.3.行为部分行为部分(b fen)(b fen)由行为函数表示由行为函数表示,MYCIN,MYCIN中有三个专门中有三个专门用于表示动作的行为函数用于表示动作的行为函数:CONCLUDE,CONCLIST:CONCLUDE,CONCLIST和和TRANLISTTRANLIST。其中以其中以CONCLUDECONCLUDE用得最多，
21、其形式为：用得最多，其形式为：v (CONCLUDE C P V TALLY CF)(CONCLUDE C P V TALLY CF)第二十七页，共35页。专家系统专家系统MYCIN 知识表示领域知识表示领域(ln y)知识的表知识的表示举例示举例v例如对如下规则：例如对如下规则：vRULE 047RULE 047v如果：（如果：（1 1）病原体的鉴别名不确定，且）病原体的鉴别名不确定，且v （2 2）病原体来自血液，且）病原体来自血液，且v （3 3）病原体的染色是革兰氏阴性，且）病原体的染色是革兰氏阴性，且v （4 4）病原体的形态是杆状的，且）病原体的形态是杆状的，且v （5 5）病原体
22、呈赭色）病原体呈赭色v那么：该病原体的鉴别名是假单胞细菌，可信度为那么：该病原体的鉴别名是假单胞细菌，可信度为0.40.4。v它在它在MYCINMYCIN中的表示形式是：中的表示形式是：vRULE 047RULE 047vPREMISE($AND(NOTDEFINITE CNTXT IDENT)PREMISE($AND(NOTDEFINITE CNTXT IDENT)v(SAME CNTXT SITE BLOOD)(SAME CNTXT SITE BLOOD)v(SAME CNTXT STAIN GRAMNEG)(SAME CNTXT STAIN GRAMNEG)v(SAME CNTXT MO
23、RPH ROD)(SAME CNTXT MORPH ROD)v(SAME CNTXT BURNT)(SAME CNTXT BURNT)vACTION(CONCLUDE CNTXT IDENT PSEUDOMONAS TALLY.4)ACTION(CONCLUDE CNTXT IDENT PSEUDOMONAS TALLY.4)v其中，其中，NOTDEFINITE SAMENOTDEFINITE SAME是是MYCINMYCIN中专门用于表示条件中专门用于表示条件(tiojin)(tiojin)的函数的函数第二十八页，共35页。专家系统专家系统(zhun ji x tn)MYCIN 知识表示知识
24、表示v静态知识(zh shi)的表示（属性特性的表示）第二十九页，共35页。专家系统专家系统MYCIN 知识表示知识表示(biosh)静态知识的表静态知识的表示示(biosh)v从临床参数（属性）的角度来看，可认为每个临床参数都具很多种特性。主从临床参数（属性）的角度来看，可认为每个临床参数都具很多种特性。主要特性有：要特性有：vMEMBEROF:MEMBEROF:按所描述的对象不同迸行分类时，临床参数所属的类型名，例如按所描述的对象不同迸行分类时，临床参数所属的类型名，例如:PRO-PTo:PRO-PTovVALUTYPE:VALUTYPE:临床参数是单值、二值还是多值。临床参数是单值、二值
25、还是多值。vEXPECT:EXPECT:可问参数的许可值。用可问参数的许可值。用(Y/N)(Y/N)表示要求表示要求(yoqi)(yoqi)回答回答yes/no yes/no vPROMPT:PROMPT:用于向用户提问一个单值或二值参数的值。用于向用户提问一个单值或二值参数的值。vPROMPT1PROMPT1：用于向用户提问一个多值参数的值。：用于向用户提问一个多值参数的值。vLABDATALABDATA：用于指出相应参数的值是否可从用户那里获得。：用于指出相应参数的值是否可从用户那里获得。v 第三十页，共35页。专家系统专家系统MYCIN 知识表示静态知识表示静态(jngti)知识的表示举
26、知识的表示举例例v属性的特性属性的特性(txng)(txng)都用三元组的形式表示出来存于知都用三元组的形式表示出来存于知识库中识库中v例如例如BURNBURN属性的属性特性属性的属性特性(txng)(txng)表为：表为：对象对象属性属性值值BURNMEMBEROFPRO-PTBURNVALUTYPEBINARYBURNEXPECT(Y/N)BURNPROMPTIs*a burn patient?BURNLABDATA1BURNLOOKAHEAD(RULE 047)BURNTRANS(*HAS BEEN SERIOUSLY BURNED)第三十一页，共35页。专家系统专家系统(zhun ji
27、 x tn)MYCIN 推理的控制推理的控制策略策略vMYCINMYCIN采用逆向推理采用逆向推理(tul)(tul)及深度优先的搜索策略。及深度优先的搜索策略。v系系统统首首先先在在数数据据库库中中建建立立一一棵棵上上下下文文树树的的根根节节点点,并并为为该该裉裉节节点点指指 定定一个名字一个名字PATIENT-1(PATIENT-1(病人病人-1)-1)，其类型为，其类型为PERSONPERSON。vPERSONPERSON的的属属性性为为(NAME(NAME AGE AGE SEX SEX REGIMEN),REGIMEN),其其中中前前三三项项都都具具LABDATALABDATA特特性
28、，即可通过向用户询问得到其值。于是系统向用户提出询问。性，即可通过向用户询问得到其值。于是系统向用户提出询问。v用用户户输输人人病病人人的的姓姓名名、年年龄龄及及性性别别，并并以以三三元元组组形形式式存存入入数数据据中中。REGIMENREGIMEN不是不是LABDATALABDATA属性，必须由系统推出。属性，必须由系统推出。v为为了了得得到到REGIMEN,REGIMEN,系系统统将将开开始始推推理理(tul)(tul)过过程程。推推理理(tul)(tul)时时首首先先运用的一条规则是运用的一条规则是 RULE 092 RULE 092。v规规则则092092的的前前提提部部分分涉涉及及到
29、到临临床床参参数数TREATFORTREATFOR，它它是是一一个个NONLABDATA,NONLABDATA,因而系统调用因而系统调用TREATFORTREATFOR的的UPDATEI-BYUPDATEI-BY特性所指出的第一条规则。特性所指出的第一条规则。v检检查查它它的的前前提提是是否否为为真真，此此时时如如果果该该前前提提所所涉涉及及到到的的值值是是可可向向用用户户询询问问的的，就就直直接接询询问问用用户户,否否则则再再找找出出可可推推出出该该值值的的规规则则。如如此此反反复复进进行行，直到最后推出直到最后推出PATIENT-1PATIENT-1的主要临床参数的主要临床参数 REGIM
30、EN REGIMEN为止。为止。第三十二页，共35页。专家系统专家系统(zhun ji x tn)MYCIN 推理的控制策略推理的控制策略推理中注意的推理中注意的2 2个地方：个地方：在此过程中，每当得到一个值时在此过程中，每当得到一个值时,都要加人到上下文树中。都要加人到上下文树中。在在推推理理中中，规规则则前前提提条条件件是是否否成成立立取取决决于于数数据据库库中中是是否否已已有有相相应应的的证证据据(来来自自于于用用户户或或者者是是由由系系统统推推出出的的）以以及及它它是否满足阈值条件。是否满足阈值条件。CF0.2 CF0.2时则调用该规则结论时则调用该规则结论(jiln)(jiln)中的函数中的函数 CF=0.2 CF=0.2时则放弃该规则时则放弃该规则第三十三页，共35页。专家系统专家系统MYCIN 解释解释(jish)功能功能vMYCINMYCIN具具有有较较强强的的解解释释功功能能,能能回回答答(hud)(hud)咨咨询询过过程程中中用用户户提提出出的各种问题：的各种问题：v 用户可询问系统：用户可询问系统：v “为什么要问病人的性别？为什么要问病人的性别？”v 系统将回答系统将回答(hud)(hud)说：说：v “性别与确定能否在某一部位找到病原体有关性别与确定能否在某一部位找到病原体有关”第三十四页，共35页。第三十五页，共35页。