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1、第一节 专家系统的概念n专家系统（Expert System,ES）n是一个（或一组）能在某特定领域内，以人类专家水平去求解该领域中困难问题的计算机智能程序系统。n所具备的基本特征：（1）具有专家水平的专门知识（数据级，知识库级和控制（2）能进行有效的推理（3）具有获取知识的能力（4）具有灵活性（5）具有透明性（解释机构）（6）具有交互性（7）具有实用性（8）具有一定的复杂性和难度n专家系统的产生与发展n化学专家系统DENDRAL，能根据化合物的分子式和质谱数据推断化合物的分子结构nMACSYMA,HEARSAY,INTERNIST(CADUCEUS)nMYCIN,PROSPECTOR,CAS
2、NET,AM,PUFFn施肥专家系统，新构造找水专家系统，服装剪裁专家系统等n按专家系统的特性及处理问题的类型分类n解释型，DENDRAL，HEARSAYn诊断型，MYCIN，CLOTn预测型，PLANTS/ds，I$W，TYTn设计型，XCON，KBVLSIn规划型，KNEECAP，CARGn控制型，MUDn监测型，REACTORn维修型，DELTAn教育型，EXCHECKn调试型，TIMM/TUNERn按专家系统的体系结构分类n集中式专家系统n分布式专家系统n神经网络专家系统n符号系统和神经网络相结合的专家系统第二节 专家系统的一般结构n人机接口n菜单方式n命令语言方式n知识获取机构n知识
3、库及其管理系统n推理机n解释机构 n综合数据库人机交互界面推理机解释器综合数据库知识库及其管理系统知识获取专家、知识工程师专家、知识工程师专业知识专业知识机器能理解机器能理解的表达形式的表达形式“why”“how”why”“how”的信息的信息用户用户图1 专家系统结构图第三节 知识获取n7.3.1 知识获取的任务n抽取知识n知识的转换n知识的输入n知识的检测n7.3.2 知识获取方式n非自动知识获取n知识工程师n知识编辑器n自动知识获取n具有识别语音，文字和图像的能力n具有理解，分析，归纳的能力n具有从运行实践中学习的能力对话知识工程师知识库知识编辑器科技文献领域专家阅读7.4知识的检测和求
4、精n7.4.1 知识的一致性和完整性n知识冗余n等价规则R1:IF P AND Q THEN RR2:IF Q AND P THEN R 存在冗余n冗余规则链R1:IF P THEN QR2:IF Q THEN RR3:IF P THEN SR4:IF S THEN Rn冗余条件R1:IF P AND Q THEN RR2:IF P AND Q THEN Rn矛盾n如果有两条产生式规则或规则链在相同的条件下得到的结论是互斥的,或者它们虽然有相同的结论,但规则强度不同,则称它们是矛盾的.R1:IF P THEN Q1R2:IF P THEN Q2如果Q1=Q2，则R1和 R2是矛盾的R1:IF
5、P THEN QR2:IF Q THEN RR3:IF R THEN S1R4:IF P THEN TR5:IF T THEN S2如果S1=S2，则两条规则链是矛盾的R1:IF P THEN Q （CF1）R2:IF P THEN Q （CF2）如果CF1 CF1，则R1和 R2是矛盾的n从属R1:IF P AND Q THEN RR2:IF QTHEN RR1是R2的从属规则n环路R1:IF P THEN QR2:IF Q THEN RR3:IF R THEN SR4:IF S THEN Pn不完整n7.4.2 基于经典逻辑的检测方法n逻辑表达式等价性的检测n冗余的检测n等价规则的检测n冗
6、余规则链的检测n冗余条件的检测n矛盾规则和矛盾规则链的检测n从属规则的检测n环路的检测n7.4.3 知识求精n所谓错判是指对给定的不应产生某一结论的条件，经系统运行却得出了这一结论。n所谓漏判是指在给定的条件下，把本应该推出的结论没有推出来。n知识求精的策略n首先用一批已知结论的实例测出知识库的总体质量，即对每个类分别得到下列数据：实例数：已知属于类C的实例个数正判数：已知属于类C，判断也属于类C的实例个数错判数：本来不属于类C，但被判断为属于类C的实例个数漏判数：已知属于类C，但被判断为不属于类C的实例个数错判率=错判数/实例数漏判率=漏判数/实例数n如果类C的漏判率大于错判率，而且漏判率大
7、于20%，则对以C为结论的规则做泛化处理n如果类C的错判率大于漏判率，而且错判率大于20%，则对以C为结论的规则做特化处理n如果类C的漏判率等于错判率，而且大于20%，则对以C为结论的规则做泛化处理n所谓泛化处理就是减弱规则作判断时的条件减少规则前提中的主要条件或次要条件的数目删去前提中某一个或某几个附加条件增大规则的可信度n所谓特化处理就是增强规则作判断时的条件增加规则前提中的主要条件或次要条件的数目在规则前提中增加附加条件降低规则的可信度7.5 知识的组织与管理n7.5.1 知识的组织n选用的组织方式应使知识具有相对的独立性n便于对知识的搜索n便于对进行维护和管理n便与内存和外存的交换n便
8、于在知识库中同时存储多种模式表示的知识n尽量节省存储空间n7.5.2 知识的管理n知识库的重组n记录系统运行的实例n记录系统的运行史n记录知识库的发展史n知识库的安全与保护7.6 专家系统的建造与评价n7.6.1 专家系统的建造原则n恰当的划定求解问题的领域n获取完备的知识n知识库与推理机分离n选择设计合适的知识表示模式n推理应能模拟领域专家求解问题的思维过程n建立友好的交互环境n渐增式的开发策略n7.6.2 专家系统的开发过程n需求分析n专家系统的目标和任务n对系统功能，性能的要求n领域专家的情况及其求解问题的模式n专家系统将要面对的用户情况n硬件，软件环境n系统的开发时间及进度要求n系统设
9、计n总体设计确定专家系统的类型确定系统的体系结构确定知识的表示模式及知识库的结构确定问题的求解策略确定与用户的接口方式软硬件配置及工具的选择n知识获取n与领域专家交流，提取专家的经验知识n查阅文献，获得有关概念的描述及参数n对知识进行分析，比较，归纳，整理，找出知识的内在联系及规律n将整理出的知识交专家审查n把确定下来的知识用知识表示模式表示出来n编程，调试n原型测试n可靠性n知识的一致性n运行效率n解释能力n修正与扩充n找出问题并进行修正n系统扩充n系统包装及总调n系统维护n专家系统的评价n知识的完备性n表示方法及组织方法的适当性n求解问题的质量n系统的效率n人机交互的便利性n系统的可维护性
10、n解释能力n系统的研制时间与效益7.6.4 专家系统MYCINn系统结构数据库DDB咨询子系统知识获取子系统解释子系统知识库SDB用户（医生）专家，知识工程师n数据的表示n数据库中的数据用如下形式的三元组描述：（对象 属性 值）例如：对象属性值病人-1性别（男 1.0）病人-2药物过敏（青霉素 1.0）（氨苄青霉素 1.0）病原体-1鉴别名（链球菌 0.6）（葡萄球菌 0.4）nMYCIN采用上下文树来表示问题病人-1培养物-1(当前)培养物-2(当前)培养物-3(先前)病原体-1病原体-2病原体-4病原体-3手术-1药物-6药物-4药物-5药物-3药物-2药物-1n知识的表示nMYCIN知识
11、库中以领域知识为主，用规则表示，其一般形式为：RULE*IF前提THEN 行为*表示规则的编号RULE047如果:病原体的鉴别名不确定，且 病原体来自血液，且 病原体的染色是革兰氏阴性，且 病原体的形态是杆状的，且 5病原体呈赭色那么:该病原体的鉴别名是假单胞细菌，可信度为0.4RULE047PREMISE($AND(NOTDEFINITE CNTXT IDENT)(SAME CNTXT SITE BLOOD)(SAME CNTXT STAIN GRAMNEG)(SAME CNTXT MORPH ROD)(SAME CNTXT BURNT)ACTION(CONCLUD CNTXT IDENT PSEUDOMONAS TALLY.4)n推理的控制策略nMYCIN采用逆向推理及深度优先的搜索策略n目标规则 RULE092 如果：1 有一种需要治疗的病原体，且 2 可能还有其他需要治疗的病原体，尽管他们没有从当前的培养物中分离出来 那么：1 给出能有效抑制需治疗的病原体的治疗方案 2 选择出最佳治疗方案 否则：指出病人不需治疗n解释