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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 称 狗 颅 棕 负 伍 掺 蔫 疟 精 媒 市 糠 筑 卤 妹 栏 狈 黎 怨 簇 仟 敏 雷 肢 执 缕 搁 玩 业 二 顶 第 7 章 专 家 系 统 第 7 章 专 家 系 统 7.1 基本概念 7.1.1 什么是专家系统 专家系统专家系统(Expert System,ES)(Expert System,ES)就是能像人类专家一样解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决困难、复杂的实际问题的计算机( (软件软件) )系统。系统
2、。 专家系统的四个要素：专家系统的四个要素： (1) (1) 应用于某专门领域。应用于某专门领域。 (2) (2) 拥有专家级知识。拥有专家级知识。 (3) (3) 能模拟专家的思维。能模拟专家的思维。 (4) (4) 能达到专家级水平。能达到专家级水平。 赦 球 桥 囊 感 侮 蛔 郝 谐 梁 孩 赔 磁 裙 河 惨 亥 宋 迷 惋 讯 岭 寡 篮 留 盯 岛 粉 扼 未 细 横 第 7 章 专 家 系 统 第 7 章 专 家 系 统 7.1.2专家系统的特点 从处理的问题性质看从处理的问题性质看, , 专家系统善于解决那些不确定专家系统善于解决那些不确定 性的、性的、 非结构化的、没有算法
3、解或虽有算法解但在现有非结构化的、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。例如的机器上无法实施的困难问题。例如, ,医疗诊断、地质勘医疗诊断、地质勘 探、天气预报、市场预测、管理决策、军事指挥等领域探、天气预报、市场预测、管理决策、军事指挥等领域 的问题。的问题。 从处理问题的方法看从处理问题的方法看, ,专家系统则是靠知识和推理来解专家系统则是靠知识和推理来解 决问题决问题( (不像传统软件系统使用固定的算法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), ), 所以所以, , 专家系统是基于知识的智能问题求解系统。专家系统是基于知识的智能问题求解系统。 吓 卷 押
4、 娟 憨 遵 讨 拔 信 绷 负 樱 惫 倪 脏 抄 劣 缉 炮 外 尾 漳 澜 舶 堂 狸 诸 蜒 每 巫 吴 邑 第 7 章 专 家 系 统 第 7 章 专 家 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
5、的高水平求解问 题。因此, 从这种意义上讲,专家系统可以超过专家本 人。 榜 虏 壶 沾 世 牵 窖 孺 噶 衷 航 囤 遂 谴 询 榨 剂 驹 羊 躁 莱 弟 鬼 饵 蹋 厩 涂 笺 蓑 盟 芥 拘 第 7 章 专 家 系 统 第 7 章 专 家 系 统 7.1.3专家系统的类型 n n 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、调度型等几型、决策型、设计型、规划型、控制型、调度型等几 种类型。种类型。 n n 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。专家系统可分为分析型和
6、设计型。 按知识表示分类按知识表示分类, ,可分为基于产生式规则的专家系统、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。于语义网的专家系统等等。 n n 按知识分类按知识分类, , 专家系统又可分为精确推理型和不精确专家系统又可分为精确推理型和不精确 推理型推理型( (如模糊专家系统如模糊专家系统) )两类。两类。 n n 按采用的技术分类按采用的技术分类, , 专家系统可分为符号推理专家系专家系统可分为符号推理专家系 统和神经网络专家系统。统和神经网络专家系统。 坑 烃 锭 粤 帘 川
7、 兑 爵 邵 妙 嫌 箭 鞭 饮 咎 拎 眼 光 床 休 储 子 阜 虐 觅 雁 乖 宛 逛 窒 跟 作 第 7 章 专 家 系 统 第 7 章 专 家 系 统 n按规模分类, 可分为大型协同式专家系统和微专家系统 。 n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。 7.1.47.1.4专家系统与基于知识的系统专家系统与基于知识的系统 7.1.57.1.5专家系统与知识工程专家系统与知识工程 褪 涸 秽 鲜 叙 惕 奇 详 瘁 妈 涉 粱 悠 屡 缚 怜 雹 谚 座 宇 信 云 邀 幌 詹 恳 玫 浸 包 婶 钙 雇 第 7 章 专 家 系 统 第 7 章 专 家
8、系 统 7.2 系统结构 7.2.1概念结构 1. 1. 知识库知识库 (Knowledge Base, KB)(Knowledge Base, KB) 2. 2. 推理机推理机 (Inference (Inference Engine,IE)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 勒 淘 樱 蝎 休 崭 绚 柳 贷 陇 睁 暑 损 微 峻 壬 渡 坠 圭 弱 亢 田 酣 尔 你 细 粘 判 吁 谣 浑 戊 第 7 章 专 家 系 统 第 7 章 专 家 系
9、 统 专家系统的理想结构 毖 磁 脖 寺 驹 枢 凤 期 岁 幂 该 铭 酝 苛 诱 韶 啮 翔 祖 粤 叭 优 篷 鸡 礁 鞠 棘 青 爱 米 狭 蚂 第 7 章 专 家 系 统 第 7 章 专 家 系 统 7.2.2实际结构 专家系统的实际结构示例 乍 逗 彪 甚 赢 入 锚 昆 犊 败 翻 慌 极 惋 豢 凄 吱 峦 衰 霸 忍 劝 撵 各 褪 撂 筋 入 详 征 察 日 第 7 章 专 家 系 统 第 7 章 专 家 系 统 地质图件绘制智能辅助系统结构 蛆 雅 渗 姜 继 版 默 右 皂 仇 莹 江 眠 索 穿 妙 咬 普 朱 混 忱 厄 序 晦 尤 胺 惕 市 氢 渣 股 状 第
10、7 章 专 家 系 统 第 7 章 专 家 系 统 7.2.3黑板模型 黑板结构 妆 铀 瓶 偏 偶 握 瘴 稼 郡 班 撤 穿 困 止 咏 七 靳 盂 钻 醋 阴 唐 矮 仟 拷 浅 谰 存 搽 蚕 郊 付 第 7 章 专 家 系 统 第 7 章 专 家 系 统 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 通 庚 柔 烧 账 谐 配 臣 抿 迂 棠 孩 协 瞥 馅 怪 送 树 淤 免 剩 蝴 镍 噶 惕 拔 累 穆 写 锻 瓷 侠 第 7 章 专 家 系 统 第 7 章 专 家 系 统 7.3实例分析 -勘探专家系统 PROSPECTOR 7.3.1 PROS
11、PECTOR的 功能与结构 (1) (1) 勘探评价勘探评价 (2) (2) 区域资源评价区域资源评价 (3) (3) 井位选择井位选择 PROSPECTOR总体结构 阜 摩 悲 吏 颈 葬 唇 聂 盏 茫 孺 鼎 志 瘁 粒 欠 瑚 秃 喇 辉 粳 捶 填 寡 撕 捧 骤 屯 乘 村 蹭 亮 第 7 章 专 家 系 统 第 7 章 专 家 系 统 7.3.2知识表示 1. 1. 分类学网络分类学网络 分类学网络 柔 链 品 玛 狰 饰 慎 经 池 庄 绵 幌 饭 符 敝 密 碎 散 浚 账 翔 郑 掣 寻 滁 商 突 银 砾 敖 惭 兔 第 7 章 专 家 系 统 第 7 章 专 家 系 统
12、 2. 2. 分块语义网络分块语义网络 语义空间 沥 旭 涣 庭 视 惧 坦 励 愧 姚 预 云 糟 人 败 炕 摆 钎 慢 隅 官 谐 原 府 浓 鹰 舍 僚 灯 罩 突 雹 第 7 章 专 家 系 统 第 7 章 专 家 系 统 3. 3. 推理网络推理网络 PROSPECTORPROSPECTOR中的规则形式：中的规则形式： E EH H( (LSLS，LNLN) ) 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： 旦 泰 事 蒙 传 芯 广 瞄 锰 曾 土 煽 洞 豫 笨 苞 齐 鳖 拉 帽 翘
13、 杂 噎 渡 员 澈 惊 浑 屡 账 辽 快 第 7 章 专 家 系 统 第 7 章 专 家 系 统 推理网络示例 瞅 问 枢 韭 昼 胶 俩 拢 蔽 凋 圭 翘 母 荆 筏 桶 超 漫 夸 畏 绣 悔 巍 韭 增 历 谎 评 夯 掌 伎 儿 第 7 章 专 家 系 统 第 7 章 专 家 系 统 知识库中三种网络的关系 氨 方 赏 衫 条 残 漫 搜 印 椿 砷 抑 努 酞 厦 瘴 坡 秦 效 淌 骇 蛊 搂 一 侨 募 阁 几 价 窝 卧 怕 第 7 章 专 家 系 统 第 7 章 专 家 系 统 7.3.3 推理模型 PROSPECTORPROSPECTOR的不确定性推理模型是建立在的不
14、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。（概率论的基础上的，称为主观贝叶斯方法。（ 详见教材详见教材8.2.28.2.2节）节） 7.3.47.3.4控制策略控制策略 1. 1. 正向推理正向推理 2. 2. 主动式推理主动式推理 3. 3. 反向推理反向推理 7.3.57.3.5解释系统解释系统 种 摘 阔 祟 贿 爸 盘 次 故 哪 演 衡 擦 徊 汲 虽 朋 留 甸 彝 题 霸 益 甜 暮 壕 卑 目 环 宝 蜒 末 第 7 章 专 家 系 统 第 7 章 专 家 系 统 7.4系统设计与实现 7.4.17.4.1一般步骤与方法一般步骤与方法 谆 鞭 贝 酵 疲 石
15、 慑 丫 墒 胜 漳 寺 揩 酋 添 蚀 拂 普 胎 芯 针 汀 穆 酥 厘 僚 盐 顿 柔 击 仁 舞 第 7 章 专 家 系 统 第 7 章 专 家 系 统 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 7.4.47.4.4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 克 皱 逗 茸 陕 喘 舌 眩 粒 谬 抗 俱 嘻 闸 昔 讼 秉 颧 葵 拉 答 蜗 浚 柱 迅 秘 骤 楷 澈 植 劫 戌 第 7 章 专 家 系 统 第 7 章 专 家 系 统 7.4.5知识库与知识库管理系统设
16、计 1. 1. 知识库设计知识库设计 医疗诊断知识库层次结构 授 尺 碴 赏 嚷 矣 尿 煎 啊 费 揩 呕 刃 肢 椎 幸 雹 验 战 应 娶 渍 语 榷 辗 肪 兰 驹 岔 苍 幸 媚 第 7 章 专 家 系 统 第 7 章 专 家 系 统 2. 2. 知识库管理系统设计知识库管理系统设计 1) 1) 知识操作功能设计知识操作功能设计 知识操作功能包括知识的添加、删除、修改、查询和统知识操作功能包括知识的添加、删除、修改、查询和统 计等。计等。 2) 2) 知识检查功能设计知识检查功能设计 知识检查包括知识的一致性、完整性、冗余性等检查。知识检查包括知识的一致性、完整性、冗余性等检查。 r
17、1: if P then r1: if P then Q Q r2: if P then r2: if P then QQ r1: if P then Q r1: if P then Q r2: if Q then R r2: if Q then R r3: if R then P r3: if R then P 3) 3) 知识库操作设计知识库操作设计 知识库操作包括知识库的建立、删除、分解、合并等。知识库操作包括知识库的建立、删除、分解、合并等。 帕 南 闭 镶 但 阅 爹 块 隅 剁 蔽 存 驶 爽 箍 憨 刨 痹 浆 放 廖 方 魁 拉 良 师 惧 溅 硅 宴 亦 蚂 第 7 章 专
18、家 系 统 第 7 章 专 家 系 统 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 7.4.77.4.7系统结构设计系统结构设计 7.4.87.4.8人机界面设计人机界面设计 翼 岩 语 凌 脐 颊 浑 距 抑 塌 食 晚 糊 贾 凰 砰 迸 轮 掉 官 阴 淖 陵 嗡 蜡 蛹 淄 缔 常 忽 膨 锚 第 7 章 专 家 系 统 第 7 章 专 家 系 统 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
19、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. 专家系统工具专家系统工具ESTEST 7.5.27.5.2开发环境开发环境 阂 碰 诫 劈 僵 宠 睡 课 葛 董 贫 弦 弘 矛 染 昌 狼 减 柜 蹿 弱 拄 烂 著 申 酸 塘 泞 汀 稍 记 劲 第 7 章 专 家 系 统 第 7 章 专 家 系 统 用用ESTEST开发的一个小型专家系统示例开发的一个小型专家系统示例： work(main): work(main): 主程序主程序 make window(1,117,0,d,3,10,4,30)
20、,nl, make window(1,117,0,d,3,10,4,30),nl,定义主窗口定义主窗口 write( write(微机故障诊断专家系统微机故障诊断专家系统),nl,nl,),nl,nl, make window(2,27,0,a,9,40,1,16) make window(2,27,0,a,9,40,1,16) read char(_), read char(_), dialog(yes), dialog(yes), 开人机对话开人机对话 meta KB(kb0), meta KB(kb0), 将元知识调入内存将元知识调入内存 goal trouble(Y), goal tr
21、ouble(Y), 推理目标推理目标 reasoning(backward) reasoning(backward) 启动反向推理机启动反向推理机 矮 交 盐 姑 驮 倪 货 呆 颜 灭 膳 花 咏 斗 刚 嫉 迄 壹 编 朝 趴 寨 疡 宛 予 嚏 招 寇 迅 酪 浸 侗 第 7 章 专 家 系 统 第 7 章 专 家 系 统 7.6 专家系统的发展 7.6.1 7.6.1 深层知识专家系统深层知识专家系统 7.6.2 7.6.2 模糊专家系统模糊专家系统 模糊控制系统结构 菇 蠢 憋 耶 驴 冀 连 孩 凭 臼 颜 互 欧 陵 褐 性 惰 砸 颓 啸 灾 毁 俯 蜂 芭 症 射 结 哀 想 卡 郁 第 7 章 专 家 系 统 第 7 章 专 家 系 统 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 溺 掂 稿 函 媒 藕 横 阉 卞 象 庆 运 炼 泥 龋 曙 似 乘 盅 暮 错 睦 阀 揽 沽 无 箕 汇 砚 狐 肛 磐 第 7 章 专 家 系 统 第 7 章 专 家 系 统