专家系统原理和设计共55页

另外，由于专家系统具有解释功能，系统设计者和领域专家就可方便 地找出系统隐含的错误，便于对系统进行维护。
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5.1 专家系统概述
5.1.4 专家系统的分类
1.按用途分类 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。
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5.1.2 专家系统的性能
(5)具有自学习及自修正能力。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。专家系统还能随时修正已有的知识或归纳出新 的知识，适应新情况的需要，这一点是传统系统所无法 比拟的。
(6)具有专业和长效性。专家系统大量使用的是专家级
比较方面
传统程序
专家系统
编程思想 编程方法 处理对象 执行过程 可修改性 操作解释
结论
依据某一算法 知识使用和知识本身混合在一起 数值量 顺序方式或批处理方式执行 难修改，需改动整个程序并重新编译
不能 正确，不容许不确定性
依据启发式方式 知识和知识的使用分离 符号量 人机交互方式执行 易修改，只需改动知识库 可能 满意，容许不确定性
水平的专门领域所谓“深知识”来决策，而不是一般系 统那样多使用常识性知识，即所谓“浅知识”；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。
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5.1 专家系统概述
5.1.3 专家系统的特点与研究意义
表5-1 专家系统特点及与传统程序的区别
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5.1 专家系统概述
5.1.5 专家系统与知识工程
2. 专家系统与知识工程

(2) 决策能力强 大多数专家控制系统要求具有不同水平的决策能力。专家控制系统能够处理不确定 性、不完全性和不精确性之类的问题，而这些问题常常难以用常规控制方法来解决。
(3) 应用通用性好 包括易于开发、示例多样性、便于混合知识表示、多种推理机制（如假想推理、非 单调推理和近似推理）以及开放式的可扩充结构等。
5.1 专家系统的基本概念
1．专家系统的定义
定义5.1 专家系统
专家系统是一个智能计算机程序系统，其内部含 有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用 人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问题, 以人类专家的水平完成特别困难的某一专业领域的任 务。
专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计 算机程序系统。
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(d) 规则模型
产生式规则的基本形式为： ＩＦ （条件） ＴＨＥＮ （操作或结论）
（5.1）
(e) 基于模型的模型
• 对于基于模型的专家系统，其知识库含有不同的模型，其中包括物理模型和心理模型 （如神经网络模型和视觉知识模型等），而且通常是定性模型。
• 这种方法能够通过离线预计算来减少在线计算，产生简化模型使之与所执行的任务 逐一匹配。
(4) 解释器（Explainator） • 解释器能够向用户解释专家系统的行为，包括解释推理结论的正确性以及系统输 出其它候选解的原因。 (5) 接口（Interface） • 接口又称界面，它能够使系统与用户进行对话，使用户能够输入必要的数据、提出 问题和了解推理过程及推理结果等。
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(5.3)
E = {e1 , e2 , ... , em }为控制器输入集；
K = {k1 , k2 , ... , kn }为知识库中的经验数据与事实集；

源程序 （符号串）
（并翻译成 二进制程序）
编译程序将符合计算机语言文法的任意程序编译成遵 循其含义的二进制（机器语言）程序。
六、编译系统对专家系统的启迪

编译程序对不符合文法的源程序给予报错，不予编译。

专家系统只能解决知识范围内的任意变化问题。

医生只能诊断和治疗他所具有的知识范围内的疾病。
结
表达式识别例

识别表达式 a*(b+c)的推导过程
E →T →T*F →T*P →F*P →P*P → i*P →i*(E) →i*(E+T) → i*(T+T) → i*(F+T) → i*(P+T) → i*(i+T) → i*(i+F) → i*(i+P) → i*(i+i)


其中 i表示变量，可以代替a，b，c，即i*(i+i) 代替 a*(b+c)

四、语法分析




程序中变化最大的 句子是表达式语句。 表达式的文法为： 表达式 E →T | E+T | E-T 项 T →F | T*F | T/F 因子 F →P | F P 初等量 P →i | ( E )
其中，i表示任意变量，（）表示括号。表示指数运算。 ＋、－、*、/表示加、减、乘、除，它们都是终结符。
防治方法=人工防治 then 防治方法=化学防治 then
if 防治方法=病毒or防治方法=细菌or防治方法=白僵菌 then 推理进入施药方法树 推理结束 推理结束
MR7 MR8 MR9
if 防治时期=任一目标值 if 施药方法=任一目标值 if 预测=任一目标值 then

专家系统控制概述、原理
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（4）解释接口
解释接口又称人一机界面，它把用户输入的信 息转换成系统内规范化的表示形式，然后交给 相应模块去处理，把系统输出的信息转换成用 户易于理解的外部表示形式显示给用户，回答 用户提出的“为什么？”“结论是如何得出 的？”等问题。
另外，能对自己的行为做出解释，可以帮助系 统建造者发现知识库及推理机中的错误，有助 于对系统的调试。这是专家系统区别于一般程 序的重要特征之一。
第3章专家系统控制概述、原理
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（3）专家系统的透明性和灵活性
透明性是指它能够在求解问题时，不仅能得到 正确的解答，还能知道给出该解答的依据；
灵活性表现在绝大多数专家系统中都采用了知 识库与推理机相分离的构造原则，彼此相互独 立，使得知识的更新和扩充比较灵活方便。
系统运行时，推理机可根据具体问题的不同特 点选取不同的知识来构成求解序列，具有较强 的适应性。
浅层知识一般表示成产生式规则的形式，即如 果（前提>，那么<结论>。
这种形式的浅层知识之所以具有启发性，是因 为它从观测到的数据（前提）联想到中间事实 或最终结论，
这种逻辑推理过程短、效率高。
第3章专家系统控制概述、原理
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新一代的专家系统
但事实证明，只靠经验知识是不够的，当人类 遇到新问题时，只能利用掌握的深入表示事物 的结构、行为和功能等方面的基本模型等深层 知识得出新的启发式浅层知识。
第3章专家系统控制概述、原理
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3.1.3 专家系统的特征及类型
1. 专家系统的基本特征
（1）具有专家水平的专门知识 （2）能进行有效的推理 （3）专家系统的透明性和灵活性 （4）具有一定的复杂性与难度
第3章专家系统控制概述、原理

第8章 专家系统的原理与设计
第8章 专家系统的原理与设计
敖志刚 编制
第8章 专家系统的原理与设计
第8章 专家系统的原理与设计
敖志刚 编制
第8章 专家系统的原理与设计
第8章 专家系统的原理与设计
• • • • • • • • • 8．1 专家系统的基本知识 8．1．1 何谓专家系统 8．1．2 专家系统的特点 8．1．3 专家系统的分类 8．1．4 新一代专家系统 8．1．5 专家系统的主要研究课题 8．2 专家系统的设计 8．2．1 开发专家系统的需求分析 8．2．2 知识获取
第8章 专家系统的原理与设计
8．1
专家系统的基本知识 1. 何谓专家
是专门家，是具有解决某一专门领域 问题的行家里手，具有超凡的能力、素 质和水平。这是因为专家逐步积累了丰 富的专业知识和实践经验，具有独特的 思维方式，独特的分析问题、解决问题、 避开失误的方法、策略和诀窍，能从许 多不相关的信息中发现本质。
第8章 专家系统的原理与设计
第8章 专家系统的原理与设计
• • • • • • • • 8．2．3 专家系统构造者间的关系 8．2．4 专家系统的设计结构 8．2．5 专家系统的开发阶段与过程 8．2．6 专家系统的设计要素 8．3 专家系统的评价 8．3．1 评价方法 8．3．2 专家系统的技术评价 8．3．3 专家系统的性能评价
第8章 专家系统的原理与设计
9. 新一代专家系统
三、协同式ES 协同式ES也即群ES。它能综合若干个相近领域或一个 领域的多个方面的分ES相互协作，共同解决一个更广领域 的问题。 协同式ES和分布式ES有一定的共性，它们都涉及到多个 分ES。但分布式强调的是处理的分布和知识的分布，它要 求系统必须在多个处理机上运行；而协调式强调的是分系 统之间的协同合作，各分ES也可以在同一个处理机上运行。 设计协同式ES，一般需要解决以下问题： • ⑴ 任务的分解。 • ⑵ 公共知识的导出。 • ⑶ 讨论方式。 • ⑷ 裁决问题。 • ⑸ 驱动方式。

z
z
z
z
医学专家系统──MYCIN
6. 知识获取
z
(6) 检查新规则与其他旧规则之间的矛盾。 (7) 如果有必要，可调用辅助分类规则对新规则分类。 (8) 把规则加入LOOKHEAD表。 (9) 把规则加入CONTAIED-IN表、UPDATED-BY表。 (10) 告诉专家系统新规则已是规则库中的一部分了。
医学专家系统──MYCIN
1. 系统结构

MYCIN系统由斯坦福大学1972年开始建造，1978年 最终完成。 系统用INTER LISP语言编写。 知识库有二百多条规则，可识别51种病菌，正确处 理23种抗生素。
确定细 菌类型 确定用于 治疗的菌 素药物 优选治 疗处方
确定病人是否 存在需要治疗 的细菌感染
数据库：
数据库是产生式规则注意的中心。执行产生式规则的操 作会引起数据库的变化，这就使得其它产生式规则的条 件可能被满足。
控制器：
其作用是说明下一步应选用什么规则，也就是如何运用规则。 通常从选择规则到执行规则分成三步：匹配、冲突解决和操作。
控制器 匹配 冲突解决
匹配
规则库
检索
数据库
专家系统与传统程序的比较 （1）编程思想：
zzBiblioteka zz专家系统
专家智能控制系统
专家智能控制系统(Expert Intelligent Control System, EICS)是基于知识的智能控制，是人工智能、 专家系统、自动控制、模糊技术相结合的产物。 EICS的设计与实现关键：复杂、多样的控制知识获 取；组织方法；实时推断（理）的技术。 专家系统与控制理论相结合，尤其是启发式推理与 反馈控制理论相结合，形成了专家控制系统。

此外，还有决策专家系统和咨询专家系统等。
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6.1.3 专家系统的结构和建造步骤
专家系统的结构是指专家系统各组成部分的构造方法和 组织形式。
MYCIN系统的任务是疾病诊断与解释，其问题的特点是需 要较小的可能空间、可靠的数据及比较可靠的知识，这 就决定了它可采用穷尽检索解空间和单链推理等较简单 的控制方法和系统结构。
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6.1.2 专家系统的类型
(8) 调试专家系统 调试专家系统的任务是对失灵的对象给出
处理意见和方法。调试专家系统的特点是同时 具有规划、设计、预报和诊断等专家系统的功 能。调试专家系统可用于新产品或新系统的调 试，也可用于维修站进行被修设备的调整、测 量与试验。在这方面的实例还很少见。
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第六章 专家系统
第6章 专家系统
专家系统的先驱费根鲍姆(Feigenbaum)说：专家系统的 力量是从它处理的知识中产生的，而不是从某种形式主 义及其使用的参考模式中产生的。
专家系统实质上为一计算机程序，它能够以人类专家的 水平完成特别困难的某一专业领域的任务。
在设计专家系统时，知识工程师的任务就是使计算机尽 可能模拟人类专家解决某些实际问题的决策和工作过程， 即模仿人类专家如何运用他们的知识和经验来解决所面 临问题的方法、技巧和步骤。
从概念来讲，知识库和推理机是两个最基本的 模块。 1.知识库（KnowledgeBase) 所谓知识库，就是以某种表示形式存储于计算 机中的知识的集合。知识库通常是以一个个文 件的形式存放于外部介质上，专家系统运行时 将被调入内存。知识库中的知识一般包括专家 知识、领域知识和元知识。
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1.4 专家系统的类型
关于专家系统的分类，目前还无定论。仅从几个不 同的侧面对此进行讨论。 1.按用途分类 按用途分类，专家系统可分为：诊断型、解释型、
预测种类型。 2.按输出结果分类 按输出结果分类，专家系统可分为分析型和设计型。
3.按知识表示分类 目前所用的知识表示形式有：产生式规则、一阶谓 词逻辑、框架、语义网等。 4.按知识分类 知识可分为确定性知识和不确定性知识，所以，按
1.知识库设计
知识库设计主要是设计知识库的结构，即知识的 组织形式。专家系统（或知识工程）中所涉及的知识 库，一般取层次结构或网状结构模式。这种结构模式 是把知识按某种原则进行分类，然后分块分层组织存 放，如按元知识、专家知识、领域知识等分层组织； 而每一块和每一层还可以再分块分层。这样，整个知 识库就呈树型或网状结构。例如，下图所示的就是一
题求解系统。
(3) 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。 (4) 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。 (5) 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。
专家系统原理与设计
专家系统原理与设计
1.专家系统的概念
2.专家系统的结构
3.专家系统设计与实现
4.专家系统开发工具与环境
1、 专家系统的概念
1 .1什么是专家系统 亦称专家咨询系统，它是一种具有大量专门知识 与经验的智能计算机系统，通常，主要指软件系统。 它把专门领域中人类专家的知识和思考解决问题的方 法、经验和诀窍组织整理且存储在计算机中，不但能 模拟领域专家的思维过程，而且能让计算机宛如人类 专家那样智能地解决实际问题。 狭义地讲，专家系统就是人类专家智慧的拷贝，是人类 专家的某种化身。 广义地讲，专家系统也泛指那些具有“专家级”水平的 知识系统，从总体上达到专家级水平。

知识获取机构 知识库
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专家系统的一般结构
专 家 系 统 核 心
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第7章 专家系统
7.2.2专家系统的工作原理 上图给出了一般专家系统的各个组成部分以及各个
部分之间的相互关系。它的核心是知识库和推理机。 其工作过程就是根据知识库中的知识和用户提供的事 实进行推理，不断的从已知的前提推断出未知的结论 即中间结果，并将中间结果放到数据库中，作为已知 的新事实进行推理，从而把求解的问题由求知状态转 换为已知状态。下面对每个功能模块进行简单介绍：
(6)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。
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第7章 专家系统
7.1.3 专家系统的类型
关于专家系统的分类，目前还无定论。我们仅从几个不同 的侧面对此进行讨论。
1.按用途分类
按用途分类，专家系统可分为：解释型、诊断型、预测型、决策型、 设计型、规划型、控制型、监督型、修理型、教学型、调试型等几 种类型。
2.按输出结果分类
按输出结果分类，专家系统可分为分析型和设计型
3.按知识表示分类
目前所用的知识表示形式有：产生式规则、一阶谓词逻辑、框架、语
义网等。
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专家系统种类 解释 诊断 预测 设计 规划 控制 监督 修理 教学 调试
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专家系统的类型
第7章 专家系统
解决的问题
知识获取过程需要专家、知识工程师通过反复交互、共 同合作完成。
领域专家
数据 问题 提问
知识 概念 解答
知识工程师
形式化结 构化知识