专家系统实验.ppt

2020/11/23
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6.1.2 专家系统的作用和意义
目前，专家系统的应用领域越来越广，在解决 实际问题中所起的作用也越来越大。专家系统 的迅速发展是由于它具有以下作用和意义。
专家系统能够高效、准确、全面、迅速且不疲倦地 工作；
专家系统解决实际问题时不受周围环境的影响； 专家系统使专家的专长不受时间和空间的限制； 专家系统促进了领域的发展； 专家系统汇集许多领域专家的知识与经验。
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6.1.1 专家系统的产生和发展
1970年，匹兹堡大学开发了一个辅助医生诊断 内科疾病的专家系统CADAUCEUS。经过不断的完 善，七年之后，这一系统共有100，000条规则， 约占该领域全部知识的85%。在诊断过程中，该 系统首先用自底向上的策略分析病例，然后转 向自顶向下的策略进行诊断。
专家系统的类型
解释专家系统 预测专家系统 诊断专家系统 设计专家系统 规划专家系统
监视专家系统 控制专家系统 调试专家系统 教学专家系统 修理专家系统
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解释专家系统
任务 通过对过去和现在已知状况的分析，推断未 来可能发生的情况
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6.1.1 专家系统的产生和发展
20世纪70年代后期，斯坦福研究所研制了一 个地质勘探专家系统。这是一个基于规则的 系统，但其数据结构采用了语义网络方法。 同前面介绍的专家系统一样，这个系统是地 质专家和人工智能专家合作的产物。它通 分析地质勘探数据来确定矿藏分布，选择钻 井井位。由于70年代专家系统研究和应用的 成功，20世纪80年代以后，专家系统在众多 的领域得到更为广泛的应用。
用EMYCIN系统作为开发工具而研制的第一个专家系统是PUFF。该 系统是一个肺功能疾病诊断系统。它以EMYCIN作外壳，输入了有 关肺功能疾病的知识。测试仪器测出一个人的肺活量以及肺向血 液释放氧气和从血液回收二氧化碳的功能，这些数据可以帮助肺 功能疾病诊断。系统直接从测试仪器获取数据，并向大夫提供经 过分析后的意见。

7.5 专家系统设计与实现
7.5.5 知识库与知识库管理系统设计
知识库是专家系统的核心。知识库的质量 直接关系到整个系统的性能和效率。因此，知 识库涉及知识的组织与管理。知识的组织决定 了知识库的结构，知识的管理包括知识库的建 立、删除、重组及维护和知识的录入、查询、 更新、优化等，还有知识的完整性、一致性、 冗余性检查和安全保护等方面的工作。知识管 理由知识库管理系统负责。
(4)选择、设计合适的知识表示模式： 充分考虑领域知识的特点，表示模型与推理模型 统筹。
(5)推理应能模拟领域专家求解问题的思维过程。 (6)建立友好的交互环境。 (7)渐增式的开发策略。
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7.5 专家系统设计与实现
7.5.2 一般步骤与方法 由于专家系统也是一种计
算机应用系统，所以，一般说 来，其开发过程也要遵循软件 工程的步骤和原则，即也要进 行系统分析、系统设计等几个 阶段的工作。但又由于它是专 家系统，而不是一般的软件系 统，所以，又有其独特的地方。 如果我们仅就“纯专家系统” 而言，则其设计与实现的一般 步骤可如图所示。
7.5 专家系统设计与实现
7.5.4 知识表示与知识描述语言设计
知识表示与知识描述语言设计是根据所获得知 识的特点，选择或设计某种知识表示形式，并为这种 表示形式设计相应的知识描述语言。所谓知识描述语 言，就是知识的具体语法结构形式。所以，知识描述 语言既要面向人、面向用户，又要面向知识表示、面 向机器，还要面向推理、面向知识运用。这就要求知 识描述语言既能为用户提供一种方便、易懂的外部知 识表达形式，又能将这种外部表示转换成容易存储、 管理、运用的内部形式。
7.5 专家系统设计与实现
7.5.3 知识获取 知识获取是建造专家系统的关键一步，也是较为 困难的一步，被称为建造专家系统的“瓶颈”。

pБайду номын сангаасospector系统:
1976年Standford大学开始开发的用于根据地质数 据找矿的ES咨询系统.
引言--基本成熟期(3/3)
该时期ES技术的水平评价 知识组织的形式化技术基本确定,如出现SN、框架等;
人机接口已列为重要问题;
解释机制的出现; 对新知识的获取; 不确定推理机的建立; 开始了非计算机专业人员直接建立ES的应用年代; 开发ES通用性研究. 总而言之,这一时期的 ES开发的基本理论与方法已经形成,且 ES技术进一步向其它领域拓展.
匹配过程可能发生如下三种情况：
当前数据库的一个事实描述不能与知识库中的任何规 则的前项匹配成功。
此时说明利用现有事实(当前数据库)和知识(规则 库)不能证明目标命题
若欲证明目标命题,需提示用户提供新的事实描述 和新的推理知识(规则) 。
PS的组成--匹配(2/2)
当前数据库的事实描述恰好只与知识库中的一条规则 的前项匹配成功。 此时可启用该匹配的规则进行推理。 当前数据库的某个事实描述可以与知识库中的多条规 则的前项;或者有多个的事实描述都可与某条规则的 前项;或者有多个的事实描述可与多条规则的前项匹 配成功。 此时需要按一定的策略解决冲突,以便从中优先选 用哪个事实描述与哪条规则来进行当前的推理。
这一解决冲突的过称为冲突消解,解决冲突时所用 的方法称为冲突消解策略。
在复杂的情况下,在数据库和规则的前项之间可能要进行 近似匹配.
PS的组成--冲突解决(1/8)
B. 冲突解决
当有一条以上规则的前项和当前数据库相匹配时,就需要决定 首先使用哪一条规则这称为冲突解决. 例如,设有以下两条关于美式足球的规则.

MessageBox("哎！！第三次世界大战爆发啦","中日战争",MB_OK); if(fact[21]==1&&fact[22]==1&&fact[23]==1&&fact[25]==1&&fact[20]==1&&fact[26]==1)
MessageBox("哎！！日本战败后，第三次世界大战依然爆发啦","中日战争",MB_OK); if(fact[21]==1&&fact[22]==0&&fact[23]==0&&fact[25]==0&&fact[20]==1&&fact[26]==0)
4.3 初始事实（例子）
1、东海问题 2、欧盟调停 3、日本参拜靖国神社 4、中国解放钓鱼岛战役 5、中国攻占日本本土 6、美俄参战 目标条件：日本战败后，第三次世界大战爆发 设动态数据库、冲突集、待测试规则集均为空
4.4 推理图
日本战败后，第三次世界大战爆发
日本战败
中日摩擦
中日会谈
谈判破裂
战争爆发
3、 正向推理的流程图
四、 实验分析
4.1 实验题目
关于中日战争分析的专家系统
4.2 战争分析各阶段
1、产生摩擦 2、各方调停 3、中日会谈 4.1、谈判破裂 4.2（和平解决） 5、战争爆发 6、日本战败 7、第三次世界大战爆发
4.3 产生式规则
R1: if 东海问题 then 中日产生摩擦 R2: if 钓鱼岛危机 then 中日产生摩擦 R3: if 朝核问题 then 中日产生摩擦 R4: if 中日历史问题 then 中日产生摩擦 R5: if 中日产生摩擦∧美国调停 then 中日历史领土会谈 R6: if 中日产生摩擦∧欧盟调停 then 中日历史领土会谈 R7: if 中日产生摩擦∧联合国调停 then 中日历史领土会谈 R8: if 中日产生摩擦∧俄罗斯调停 then 中日历史领土会谈 R9: if 中日历史领土会谈∧(日本不承认历史∨ 参拜靖国神社) then 中日谈判破裂 R10: if 中日历史领土会谈∧（朝核成功 V 日本拒不归还钓鱼岛） then 中日谈判破裂 R11: if 中日历史领土会谈∧日本归还钓鱼岛 then 和平解决，中国收 回钓鱼岛 R12: if 中日历史领土会谈∧（日本退出东海 V 承认历史道歉）then 和平解决，中国收回钓鱼岛 R13: if 中日谈判破裂∧（朝核攻击日本 V 中国解放钓鱼岛战役 V 日 本袭击春晓油田） then 中日战争爆发 R14: if 战争爆发∧（日本钓鱼岛战败 V 中国攻占日本本土） then 日 本战败 R15: if 战争爆发∧ 美俄参战 then 第三次世界大战爆发 R16: if 日本战败∧ 美俄参战 then 日本战败后，第三次世界大战依 然爆发啦 R17: if 中日产生摩擦∧（朝核攻击日本 V 中国解放钓鱼岛战役 V 日 本袭击春晓油田） then 中日直接就开战啦

专家系统的开发
2.专家系统的基本设计思想与基本设计原则
(6) 以各种事例来试验所设计的系统。 研究那些产生不准确结论的事例，并且确定 系统可以做些什么修改以校正错误。修改系 统后要检验系统对这些事例产生的结果以及 系统的这些修改对其它事例的影响。
专家系统的开发
2.专家系统的基本设计思想与基本设计原则
各类专家系统之间具有一些共同的问题。 对于一些任务相似的专家系统，由于问题特 征不同而具有不同的求解方法；而另一些任 务不同的专家系统，由于问题性质相近而具 有类似的求解方法。显然，从问题的一般特 征出发来考虑建立模型的方法，能够更易于 抓住问题的本质。
专家系统的开发
3.专家系统的开发工具 目前国外出现了许多专用的专家系统工
•
6、无论你正遭遇着什么，你都要从落魄中站起来重振旗鼓，要继续保持热忱，要继续保持微笑，就像从未受伤过一样。
•
7、生命的美丽，永远展现在她的进取之中;就像大树的美丽，是展现在它负势向上高耸入云的蓬勃生机中;像雄鹰的美丽，是展现在它搏风击雨如苍天之魂的翱翔中;像江
河的美丽，是展现在它波涛汹涌一泻千里的奔流中。
专家系统的开发
3.专家系统的开发步骤
(1) 设计初始知识库。知识库的设计是 建立专家系统最重要和最艰巨的任务。初始 知识库的设计包括：
(c) 概念形式化，即确定用来组织知 识的数据结构形式，应用人工智能中各种知 识表示方法把与概念化过程有关的关键概念 、子问题及信息流特性等变换为比较正式的 表达，它包括假设空间、过程模型和数据特 性等。
•
4、心中没有过分的贪求，自然苦就少。口里不说多余的话，自然祸就少。腹内的食物能减少，自然病就少。思绪中没有过分欲，自然忧就少。大悲是无泪的，同样大悟

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设计专家系统
任务 寻找出某个能够达到给定目标的动作序列或 步骤。
特点 从多种约束中得到符合要求的设计；系统需 要检索较大的可能解空间；能试验性地构造出可 能设计；易于修改；能够使用已有设计来解释当 前新的设计。
例子 VAX计算机结构设计专家系统等。
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6.2 专家系统的结构
6.2.1 专家系统的一般结构 6.2.2 黑板结构
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6.3 知识表示
6.3.1 知识表示的基本问题 6.3.2 一阶谓词逻辑 6.3.3 产生式系统 6.3.4 框架理论 6.3.5 语义网络 6.3.6 元知识
透明性：由于专家系统所求解的问题具有多义性及不确定性，所 以需要专家系统能解释本身的推理过程，回答用户对结论所提出 的问题。
灵活性：人类专家的知识的经验不是静止的，而是不断丰富，不 断增长的。专家系统也是一样，它通过其知识获取机制，能不断 地丰富、校正知识，从而更好地工作。
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黑板结构是一种模拟人类专家解决问题过程的方法。人 类在解决复杂问题时，往往需要多名来自不同领域的专 家，这些专家聚集在一起，对问题的某一方面发表各自 的看法，每个专家可以把自己的解决方案写在黑板上。 这样，其他专家都可看到，并能参与讨论，使用有关的 结果。最后，通过综合每个专家对局部问题的求解，最 终解决整个问题。
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6.1.1 专家系统的产生和发展
1978年前后，从MYCIN系统中逐渐发展出了 EMYCIN (Empty MYCIN) 系统，它包括全部了MYCIN中的逻辑结构，但没有专门的知识。因 而，它是一个通用的专家系统。从此，专家系统外壳，这一专家 系统的开发工具产生了。专家系统外壳包含有全部的逻辑结构和 推理策略，但没有具体的领域知识。

2024/10/16
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专家系统的特点
（1）从处理问题的性质看：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。
（2）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，专家系统是基于知识的智能问题求 解系统。
（3）从系统的机构来看：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。
和发展。 专家系统的形式也是普及科技知识的好
形式。
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专家系统的应用
（1）应用范围和应用领域不受限制 （2）专家系统的广泛应用产生了良好的
经济效益和社会效益。 （3）专家系统的应用实例以及在生产制
造领域中的广泛应用。
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专家系统的发展概况
20世纪60年代，DENDRAL的建成标志着专家系统的 诞生。
块
块
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m
（1）实际问题错综复 杂，可能需要多次推 理，所以知识库是多 层的或多块的。 （2）实际问题往往 不仅需要推理，而且 还需要做一些处理， 所以增加处理模块。
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多 媒体 人 机界 面
方法 选择
参数 确定
图件 绘制
图形 评价
I
O 接口
方法 知识 库
动态 数据库
参数 知识 库
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专家系统的结构
概念结构 实际结构 网络与分布式结构 黑板模型
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概念结构
人机界面
推理机
解释模块
知识库
动态数据库
知识库管理系统 自学习模块

专家系统的基本组成
由上图可知
知识库
推理机
推理机的运行策略：
正向推理:是由原始数据出发，按一定的策略运用知识库中专家的知识，推 断出所需要的结论；
反向推理：是先提出结论，然后去寻找这个结论的证据，这种由结论到前 提数据策略称为“目标驱动策略”；
双向推理：综合利用正向推理和反向推理的优点，在实际使用过程中把正 向推理、反向推理混合运用。
门关闭,外阀门打开,系统排湿。
控制变量的选取 将偏差量化为 7个等级 , E = { ENB , ENM ,ENS , EO , EPS , EPB },表示
偏差值为负大、负中、负小、0、正小,正大的概念。 将偏差变化率量化为 5个等级, EC = { ECNB , ECNM , ECNS , ECO ,
综合数据库（全局数据库）
解释接口（人机界面）
知识获取
2.1.3 专家系统的类型及特征
具有专家的专业知识 能进行有效推理 专家系统的透明性和灵活性 具有一定的复杂性与难度
具有专家的专业知识
一个专家系统为了象人类专家那样工作，必须表现专 家的技能和高度的技巧以及有足够的鲁棒性
能进行有效的推理
专家系统的类型
对专家系统可以按不同的方法分类。可以按应用领域、知识表 示方法、控制策略、任务类型等分类。如按任务类型（解决问题） 来划分，常见的有解释型、预测型、诊断型、调试型、维护型、规 划型、设计型、监督型、控制型、教育型等。
专家系统所要解决的问题一般没有算法解，并且经常要在不完 全、不精确或不确定的信息基础上做出结论。
ECP },表示吸湿快速、中等速度、慢速、0、反吸。 输出时间 T = { TB ,TM , TS },表示时间为长、中、短。

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6.1.2 专家系统的类型
(1) 解释专家系统 ……
作为解释专家系统的例子有语音理解、图象分 析、系统监视、化学结构分析和信号解释等。 例如，卫星图象(云图等)分析、集成电路分析、 DENDRAL化学结构分析、ELAS石油测井数据分 析、染色体分类、PROSPECTOR地质勘探数据解 释和丘陵找水等实用系统。
的MACSYMA符号积分与定理证明系统，我国一些大学开发 的计算机程序设计语言和物理智能计算机辅助教学系统以 及聋哑人语言训练专家系统等。
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6.1.2 专家系统的类型
(10) 修理专家系统 修理专家系统的任务是对发生故障的对象(系
统或设备)进行处理，使其恢复正常工作。修理专 家系统具有诊断、调试、计划和执行等功能。美 国贝尔实验室的ACI电话和有线电视维护修理系统 是修理专家系统的一个应用实例。
预测专家系统的例子有气象预报、军事预测、人口预 测、交通预测、经济预测和谷物产量预测等。例如，恶劣 气候(包括暴雨、飓风、冰雹等)预报、战场前景预测和农 作物病虫害预报等专家系统
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6.1.2 专家系统的类型
(3) 诊断专家系统 诊断专家系统的任务是根据观察到的情况(数据)来推
问题求解过程就是一个推理过程，所以专家系统 必须有推理机构。
ES的核心是知识库和推理机。
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6.1.1 专家系统的特点—特点
(3) 具有启发性 ES除要利用大量专业知识外，还必须利用经
验的判断知识来对求解问题作出多个假设。 依据某些条件选定一个假设，使推理继续
进行。
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(3) 诊断专家系统 ……

报等。
专家系统的研究过程及前景
过去
现在
未来
专家系统的研究历程
初创期
孕育期
成熟期
发展期
孕育期
1937年，图灵(Turing)发表了理想计算器的论文
1943年，Post产生式规则
1954年，控制规则执行的Markov算法 1956年，人工智能（Artificial Intelligence , AI）
➢预测专家系统 预测专家系统是通过对过去和现在已知状况的分析，推断未来 可能发生的情况。 特点：
1. 处理的数据随时间变化，而且是不准确和不完全的。 2. 系统需要有适应时间变化的动态模型。
➢规划专家系统 规划专家系统在于寻找出某个能够达到给定目标的动作序列或步骤。 特点：
1. 所要规划的目标可能是动态的或静态的，需要对未来动作 做比预测。
行修改。 5. 能够使用已被证明是正确的设计来解释当前的(新的)设计。
➢监视专家系统 监视专家系统对系统、对象或过程的行为进行不断观察，进行 比较，以发现异常情况，发出警报。 特点：
1. 应具有快速反应能力，在造成事故之前及时发出警报。 2. 发出的警报要有很高的准确性。 3. 系统能够随时间和条件的变化而动态地处理其输入信息。 4. 监视专家系统可用于核电站的安全监视、防空监视与警
➢ 具有灵活性:在专家系统中，其体系结构通常采用知识库与推 理机相分离的构造原则，它们彼此独立又相互联系。 ➢ 使用于特定领域：当问题的知识牵涉较广，或是没有一定的 处理程序时，就必须靠人类专家的智慧来
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专家系统类型
➢ 解释专家系统 解释专家系统是通过对已知信息和数据的分析与解释。 特点：
1. 处理的数据量大，往往不准确、有错误 。 2. 能够从不完全的信息中得出解释、假设等。 3. 推理过程可能很复杂和很长，并对推理过程做出解释

专家系统（Expert System)亦称专家咨询系统，它是一种 智能计算机(软件)系统。顾名思义，专家系统就是能像人类 专家一样解决困难、复杂的实际问题的计算机(软件)系统。
换一角度来说，专家系统应具备四个要素： (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。
CIE
第6章专家系统
第6章专家系统
教学内容：内容包括专家系统的定义、结 构、特点和类型、开发与设计 、评价 、 开发工具、分布式专家系统与协同式专家 系统。 教学重点：专家系统的定义、结构、特点 和类型、开发与设计 。
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第6章专家系统
教学难点：专家系统的开发与设计 教学要求：重点掌握专家系统的基本概念 和设计，了解新型专家系统的一些概念和 类型，一般了解专家系统的开发工具以及 评价方法。
准确的信息中，得出预报，并达到要求的时效性。 例如：气象预报、军事预测、人口预测、交通预测、经济预
测和作物产量预测等。
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6.1专家系统概述
6.1.6专家系统的类型
３.诊断型专家系统（expert system for diagnosis） 它的任务是根据观察到的情况来推断出某个对象机能
失常的原因。例如病人的临床症状，机器故障的声光 现象等，推断出该对象机能失常或发生故障的原因。 诊断专家系统具有下列特点： ⑴ 能够了解被诊断对象或客体各组成部分的特性以及 它们之间的联系。
的或不完全的。
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6.1专家系统概述
6.1.6专家系统的类型
２.预测型专家系统（expert system for prediction）
它的任务是通过对过去或现在知识状况的分析，推断未来可 能发生的情况。其特点为：