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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 7.1 基本概念7.1.1 什么是专家系统 专家系统(Expert System,ES)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(软件)系统。专家系统的四个要素：(1)应用于某专门领域。(2)拥有专家级知识。(3)能模拟专家的思维。(4)能达到专家级水平。7.1.2专家系统的特点 从处理的问题性质看,专家系统善于解决那些不确定性的、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,医疗诊断、地质勘探、天气预报、市
2、场预测、管理决策、军事指挥等领域的问题。从处理问题的方法看,专家系统则是靠知识和推理来解决问题(不像传统软件系统使用固定的算法来解决问题),所以,专家系统是基于知识的智能问题求解系统。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。
3、因此,从这种意义上讲,专家系统可以超过专家本人。7.1.3专家系统的类型按用途分类,专家系统可分为：诊断型、解释型、预测型、决策型、设计型、规划型、控制型、调度型等几种类型。按输出结果分类,专家系统可分为分析型和设计型。按知识表示分类,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、基于语义网的专家系统等等。按知识分类,专家系统又可分为精确推理型和不精确推理型(如模糊专家系统)两类。按采用的技术分类,专家系统可分为符号推理专家系统和神经网络专家系统。按规模分类,可分为大型协同式专家系统和微专家系统。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。
4、7.1.4专家系统与基于知识的系统7.1.5专家系统与知识工程 7.2 系统结构7.2.1概念结构 1.1.知识库知识库 (Knowledge Base,KB)2.2.推理机推理机(Inference Engine,IE)3.3.动态数据库动态数据库 4.4.人机界面人机界面5.5.解释模块解释模块 6.6.知识库管理系统知识库管理系统 专家系统的概念结构 专家系统的理想结构7.2.2实际结构 专家系统的实际结构示例 地质图件绘制智能辅助系统结构 7.2.3黑板模型 黑板结构7.2.4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 7.3实例分析-勘探专家系统PROSPECT
5、OR7.3.1 PROSPECTOR的功能与结构(1)勘探评价(2)区域资源评价(3)井位选择 PROSPECTOR总体结构7.3.2知识表示 1.1.分类学网络分类学网络 分类学网络2.2.分块语义网络分块语义网络 语义空间 3.推理网络推理网络 PROSPECTOR中的规则形式：EH(LS，LN)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：推理网络示例 知识库中三种网络的关系7.3.3 推理模型 PROSPECTOR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。（详见教材8.2.2节）7.3
6、.4控制策略1.正向推理 2.主动式推理 3.反向推理7.3.5解释系统7.4系统设计与实现 7.4.1一般步骤与方法7.4.2快速原型与增量式开发7.4.3知识获取1.1.人工获取人工获取2.2.半自动获取半自动获取3.3.自动获取自动获取7.4.4知识表示与知识描述语言设计7.4.5知识库与知识库管理系统设计1.知识库设计 医疗诊断知识库层次结构2.2.知识库管理系统设计知识库管理系统设计1)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、查询和统计等。2)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。r1:if P then Q r2:if P then Q
7、 r1:if P then Q r2:if Q then R r3:if R then P 3)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。7.4.6推理机与解释机制设计 1.1.从哪里着手从哪里着手 2.2.还应考虑些什么还应考虑些什么 3.3.算法设计与程序设计算法设计与程序设计 4.4.解释机制如何实现解释机制如何实现7.4.7系统结构设计7.4.8人机界面设计7.5开发工具与环境 7.5.1开发工具1.1.面向面向AIAI的程序设计语言的程序设计语言 2.2.知识表示语言知识表示语言 3.3.外壳系统外壳系统 4.4.组合式构造工具组合式构造工具 5.5.专家系统工
8、具专家系统工具ESTEST7.5.2开发环境 用EST开发的一个小型专家系统示例：work(main):主程序 make window(1,117,0,d,3,10,4,30),nl,定义主窗口 write(微机故障诊断专家系统),nl,nl,make window(2,27,0,a,9,40,1,16)read char(_),dialog(yes),开人机对话 meta KB(kb0),将元知识调入内存 goal trouble(Y),推理目标 reasoning(backward)启动反向推理机 7.6 专家系统的发展 7.6.1 深层知识专家系统7.6.2 模糊专家系统 模糊控制系统结构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