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第六章专家系统
- 1. 第 6 章 家系专 统 6.1 家系 概述专 统 6.5 新型 家系专 统 6.2 基于 的 家系规则 专 统 6.6 家系专 统设计 6.3 基于框架的 家系专 统 6.7 家系 工具专 统开发 6.4 基于模型的 家系专 统 6.8 小结
- 2. 2 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 6.1 家系 概述专 统 家系专 统 (expert system) 是人工智能 用研究应 最活 和最广泛的 之一跃 课题 定 ：是一个含有大量的某个 域 家水平的义 领 专 知 与 智能 算机程序系 ，能 利用人识 经验 计 统 够 家的知 和解决 的方法来 理类专 识 问题 处 该领 域问题
- 3. 3 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 6.1 家系 概述专 统 6.1.1 家系 特点专 统 家系 具有一些共同的特点和 点专 统 优 家系 具有下列专 统 3 个特点： 性启发 透明性 活性灵 家系 的 点存在八个方面专 统 优
- 4. 4 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 6.1.2 家系 的 型专 统 类 解 家系释专 统 家系预测专 统 断 家系诊 专 统 家系设计专 统 家系规划专 统 6.1 家系 概述专 统 家系监视专 统 控制 家系专 统 家系调试专 统 教学 家系专 统 修理 家系专 统
- 5. 5 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 1. 解 家系释专 统 (expert system for interpretation) 任务 通 去和 在已知状况的分析，推过对过 现 断未来可能 生的情况发 特点 数据量很大，常不准 、有 、不完全确 错误 能从不完全的信息中得出解 ，并能 数释 对 据做出某些假设 推理 程可能很 和很过 复杂 长 例子 音理解、 象分析、系 、化学语 图 统监视 分析和信号解 等结构 释 6.1 家系 概述专 统
- 6. 6 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 2. 家系预测专 统 (expert system for prediction) 任务 通 已知信息和数据的分析与解 ，过对 释 定它 的涵 。确 们 义 特点 系 理的数据随 化，且可能是不准 和统处 时间变 确 不完全 系 需要有适 化的 模型统 应时间变 动态 例子 有气象 、 事 等预报 军 预测 6.1 家系 概述专 统
- 7. 7 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 3. 断 家系诊 专 统 (expert system for diagnosis) 任务 根据 察到的情况观 ( 数据 ) 来推断出某个 象机对 能失常 ( 即故障 ) 的原因 特点 能 了解被 断 象或客体各 成部分的特性以够 诊 对 组 及它 之 的 系们 间 联 能 区分一 象及其所掩盖的 一 象够 种现 另 种现 能 向用 提出 量的数据，并从不 切信息中够 户 测 确 得出尽可能正 的 断确 诊 例子 有医 断等疗诊 6.1 家系 概述专 统
- 8. 8 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 4. 家系设计专 统 (expert system for design) 任务 找出某个能 到 定目 的寻 够达 给 标 动 作序列或步骤 特点 从多 束中得到符合要求的种约 设计 系 需要 索 大的可能解空统 检 较 间 能 性地 造出可能 ，易于修改试验 构 设计 能 使用已有 来解 当前新的够 设计 释 设计 例子 VAX 算机 家系 等计 结构设计专 统 6.1 家系 概述专 统
- 9. 9 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 5. 家系规划专 统 (expert system for planning) 任务 找出某个能 到 定目 的 作寻 够达 给 标 动 序列或步骤 特点 所要 的目 可能是 的或静 的，规划 标 动态 态 需要 未来 作做出对 动 预测 所 及的 可能很涉 问题 复杂 例子 事指 度系 、军 挥调 统 ROPES 机器人规 家系 、汽 和火 行 度 家系划专 统 车 车运 调 专 统 等。 6.1 家系 概述专 统
- 10. 10 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 6. 家系监视专 统 (expert system for monitoring) 任务 系 、 象或 程的行 行不断对 统 对 过 为进 察，并把 察到的行 与其 当具有的行观 观 为 应 行比 ，以 常情况， 出警为进 较 发现异 发 报 特点 系 具有快速反 能力统应 应 系 出的警 要有很高的准 性统发 报 确 系 能 地 理其 入信息统 够动态 处 输 例子 粘虫 家系测报专 统 6.1 家系 概述专 统
- 11. 11 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 7. 控制 家系专 统 (expert system for control) 任务 自 地管理一个受控 象或客体的全适应 对 面行 ，使之 足 期要求为 满 预 特点 控制 家系 具有解 、 、 断、专 统 释 预报 诊 和 行等多 功能规划 执 种 例子 空中交通管制、商 管理、自主机器人业 控制、作 管理、生 程控制和生 量战 产过 产质 控制等 6.1 家系 概述专 统
- 12. 12 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 8. 家系调试专 统 (expert system for debugging) 任务 失 的 象 出 理意 和方法对 灵 对 给 处 见 特点 同 具有 、 、 和 断等时 规划 设计 预报 诊 专 家系 的功能统 例子 在 方面的 例 比 少这 实 还 较 见 6.1 家系 概述专 统
- 13. 13 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 9. 教学 家系专 统 (expert system for instruction) 特点 同 具有 断和 等功能时 诊 调试 具有良好的人机界面 例子 MACSYMA 符号 分与定理 明系 ，积 证 统 算机程序 言和物理智能 算机 助计 设计语 计 辅 教学系 等统 6.1 家系 概述专 统
- 14. 14 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 10. 修理 家系专 统 (expert system for repair) 任务 生故障的 象对发 对 ( 系 或统 设备 ) 行进 理，使其恢 正常工作处 复 功能 有 断、 、 和 行等功能诊 调试 计划 执 例子 ACI 和有 修理系电话 线电视维护 统 6.1 家系 概述专 统
- 15. 15 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 6.1.3 家系 的 和建造步专 统 结构 骤 定 ：指 家系 各 成部分的 造方法和义 专 统 组 构 形式组织 家系专 统结构图 6.1 家系 概述专 统 知识库知识库 推理机推理机 专家知 识 输入或提 问 答案 图 6.1 家系专 统结构简图
- 16. 16 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 图 6.2 理想 家系 的则为 专 统 结构 图 接口接口用户 事实 规则 事实 规则 计划计划 议程议程 中间解中间解 黑板 知识库解释器 执行 器 执行 器 调度 器 调度 器 协调器协调器 6.1 家系 概述专 统
- 17. 17 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 一般 用程序与 家系 的区 ：应 专 统 别 一般 用程序应 家系专 统 把 求解的知问题 含地 入程序识隐 编 。 把知识组织为两 ：数据 和程序级 级 。级 把其 用 域的应 领 问 求解知 独 成题 识单 组 一个 体。即 知实 为 识 。库 将知 成三识组织 级 ；数据、知 和控识库 制。 6.1 家系 概述专 统
- 18. 18 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 知识 化 问题 图 6.3 建立 家系 的专 统 步骤 合法 化 概念 化 形式 化 规则 化 知识 概念 结构 形式 规则 再设 计 改进 重新阐述 2. 家系 的建造步专 统 骤 6.1 家系 概述专 统
- 19. 19 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 建立系 的一般 如下统 步骤 初始知设计 识库 知 化问题 识 知 概念化识 概念形式化 形式 化规则 合法化规则 原型机（ prototype ）的 与开发 实验 知 的改 与识库 进 归纳 6.1 家系 概述专 统
- 20. 20 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 6.2 基于 的 家系规则 专 统 知识库 （ ）规则 工作存 器储 （事 ）实 推理机 1. 基于 的 家系 的工作模型规则 专 统 图 6.4 基于 的工作模型规则
- 21. 21 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 基于 的 家系 采用下列规则 专 统 模 来建立 生式系 的模型块 产 统 ： 知识库 以一套 建立人的 期存 器模型规则 长 储 工作存 器储 建立人的短期存 器模型，存放储 问 事 和由 激 而推断出的新事题 实 规则 发 实 推理机 借助于把存放在工作存 器内的 事储 问题 和存放在知 内的 合起来，建立人实 识库 规则结 的推理模型，以推断出新的信息 6.2 基于 的 家系规则 专 统
- 22. 22 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 2. 基于 家系 的规则专 统 结构 6.2 基于 的 家系规则 专 统 解 器释 用 界面户 界面开发 外部程序工作存 器储 推理机 知识库 用户 知 工程识 师 图 6.5 基于 家系 的规则专 统 结构
- 23. 23 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 6.3 基于框架的 家系专 统 1. 面向目 程与基于框架标编 设计 基于框架的 家系 建立在框架的基 之上专 统 础 基于框架的 家系 采用面向目 程技专 统 标编 基于框架的 和面向目 的 程共享 多设计 标 编 许 特征 在 基于框架系 ， 家系 的 者设计 统时 专 统 设计 把目 叫做框架们 标
- 24. 24 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 特征 名称 值 面侧 规则 目 程表标议 人类 男人 女人 翰约 李勇 丽达 王红 类（ class ） 槽 (Slots) 子类（ subclass) 例子 (instances) 规则 (rules) 目 程表标议 (goal agenda) 2. 基于框架 家系 的专 统 结构 6.3 基于框架的 家系专 统 图 6.6 人类的框架分层结构
- 25. 25 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 3. 基于框架 家系 的一般 方专 统 设计 法 基于框架 家系 的主要 步 与基于 的专 统 设计 骤 规则 家系 相似。主要差 在于如何看待和使用知专 统 别 识 在 基于框架的 家系 ，把整个 和每设计 专 统时 问题 件事想像 起来的事物为编织 在辨 事物之后， 找把 些事物 起来的方识 寻 这 组织 法 于任何类型的 家系 ，其 是个高度交互对 专 统 设计 的 程过 6.3 基于框架的 家系专 统
- 26. 26 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 6.4 基于模型的 家系专 统 1. 基于模型 家系 的提出专 统 于人工智能的一个 点关 观 合各 模型的 家系 比基于 心理综 种 专 统 逻辑 模型的系 具有更强的功能，从而有可能统 著改 家系 的显 进专 统 设计 在 多模型中，人工神 网 模型的 用诸 经 络 应 最 广泛为
- 27. 27 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 2. 基于神 网 的 家系经 络 专 统 神 网 模型从知 表示、推理机制到控制方式，与经 络 识 目前 家系 中的基于 的心理模型有本 的区专 统 逻辑 质 别 三 神 网 模型与 家系 集成模式种 经 络 专 统 神 网 支持 家系经 络 专 统 家系 支持神 网专 统 经 络 同式的神 网 家系协 经 络专 统 6.4 基于模型的 家系专 统
- 28. 28 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 神 网 家系 的基本经 络专 统 结构 6.4 基于模型的 家系专 统 知 取识获 学习 示例 网络 结构 学习 算法 解 器释 家专 神 网经 络 用户 知识库 推理机 图 6.7 神 网 家系 的基本经 络专 统 结构
- 29. 29 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 神 网 家系 的几个经 络专 统 问题讨论 神 网 的知 表示是一 式表示经 络 识 种隐 神 网 通 例学 知 自 取经 络 过实 习实现 识 动获 神 网 的推理是个正向非 性数 算 程，经 络 线 值计 过 同 也是一 并行推理机制时 种 同一知 域的几个独立的 家系 可 合成更识领 专 统 组 大的神 网 家系经 络专 统 6.4 基于模型的 家系专 统
- 30. 30 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 6.5 新型 家系专 统 6.5.1 新型 家系 的特征专 统 并行与分布 理处 多 家系 同工作专 统协 高 言和知 言描述级语 识语 具有自学 功能习 引入新的推理机制 具有自 和自完善能力纠错 先 的智能人机接口进
- 31. 31 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 6.5.2 分布式 家系专 统 主要目的：把一个 家系 的功能 分解以后分专 统 经 布到多个 理器上去并行地工作，从而在 体上处 总 提高系 的 理效率。统 处 可以工作在 耦合的多 理器系 境中，也可紧 处 统环 工作在松耦合的 算机网 境里，所以其 体计 络环 总 在很大程度上依 于其所在的硬件 境。结构 赖 环 6.5 新型 家系专 统
- 32. 32 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 和 分布式 家系 ，需要解决的设计 实现 专 统 问 ：题 功能分布 把分解得到的系 各部分功能或任 合理均衡统 务 地分配到各 理 点上去处 节 知 分布识 根据功能分布的情况把有 知 合理 分以关 识经 划 后分配到各 理 点上。处 节 接口设计 各部分 接口的 目的是要 到各部分之间 设计 达 间 互相通 和同步容易 行讯 进 系统结构 一方面依 于 用的 境与性 ，另一方面依赖 应 环 质 于其所 的硬件 境赖 处 环 方式驱动 可供 的几 方式选择 种驱动 (1) 控制驱动 (2) 数 据驱动 (3) 需求驱动 (4) 事件驱动 6.5 新型 家系专 统
- 33. 33 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 6.5.3 同式 家系协 专 统 一般 家系 解 的 域面很窄专 统 题 领 同式多 家系 是克服一般 家系 的局协 专 统 专 统 限性的一个重要途径。 同式多 家系 亦可称“群 家系 ”协 专 统 专 统 6.5 新型 家系专 统
- 34. 34 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 与建立一个 同式多 家系 ，设计 协 专 统 需要解决的 ：问题 任 的分解务 公共知 的 出识 导 方式讨论 方式驱动 6.5 新型 家系专 统
- 35. 35 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 6.6 家系专 统设计 分 以下 部分介为 两 绍 以 一个基于 的 修咨 系 例设计 规则 维 询 统为 ， 明 家系 的 程。 一 程包括描说 专 统 设计过 这 过 述 家知 、 用知 和解 决策等。专 识 应 识 释 家知 的描述专 识 知 的使用和决策解识 释
- 36. 36 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 6.6.1 家知 的描述专 识 的表示结论 定了所涉及 知 的范结论规 专门 识 围 的表示观测 是得到 所需要的 察或量 果观测 结论 观 测结 推理 的表示规则 生式 是决策 最 常用的表产 规则 规则 为 示形式可根据 和假 之 的 系分成观测 设 间 逻辑关 3 类： (1) FF 规则 )(2) FH 规则 (3) HH 规则 6.6 家系专 统设计
- 37. 37 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 6.6.2 知 的使用和决策解识 释 的分 与结论 级 选择 的策略询问问题 固定的 序顺 根据具体情况作出某种选择 决策的解释 系 者的解对 统设计 释 系 使用者的解对 统 释 6.6 家系专 统设计
- 38. 38 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 6.7 家系 工具专 统开发 家系 工具是一 更高 的 算机程专 统 种 级 计 序 言设计语 有的 家系 工具，主要分 骨架型现 专 统 为 工具、 言型工具、 造 助工具和支语 构 辅 境等撑环 4 类
- 39. 39 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 1. 骨架型 工具开发 定义 只保留原系 独立于 域知统 问题领 的推理机部分形成的工具称 骨架识 为 点优 使用方便， 省在 系 的 程节 开发 统 过 结构 上的 ，提高 效率，交互性好，提供时间 开发 很强的 果 行解 的功能对结 进 释 及缺点问题 例实 EMYCIN 6.7 家系 工具专 统开发
- 40. 40 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 2. 言型 工具语 开发 与骨架型的 比对 点优 化范 广泛，表示 活，所适结构变 围 灵 的范 广泛应 围 及缺点问题 功能上的通用性与使用上的方便 性的矛盾造成一些 和缺点问题 例实 OPS5 、 CLIPS 等 6.7 家系 工具专 统开发
- 41. 41 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 3. 造 助工具构 辅 主要分 类两 助工具，知 取 助工设计辅 识获 辅 具 例实 AGE 系 、统 TEIRESIAS 6.7 家系 工具专 统开发 4. 支 境撑环 支 施是指帮助 行程序 的工具撑设 进 设计 四个典型 件： 助工具、 入组 调试辅 输 输 出 施、解 施和知 器设 释设 识库编辑
- 42. 42 CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU CSUCSU 6.8 小结 首先研究了 家系 的基本专 统 问题 接着 了基于不同技 建立的讨论 术 家系专 统 第五 的新型 家系节归纳 专 第六 介 了 家系 的节 绍 专 统 设计 第七 介了节简 4 主要 工具种 开发