专家系统 (2)

1、.科 技 学 院智能控制结课论文名 称： 智能控制专家系统 院 系： 动力工程系 班 级： 自动化12 学 号： 学生姓名： 指导教师： 牛成林 成 绩： 日期： 2016 年 1月 10 日一、前言将人工智能理论和专家系统技术很好的融合，可充分利用现代计算机技术模 拟专家的推理和思维过程, 得出正确的判断和解决方案，他们的应用广泛，前景美好。2 1世纪是智能科学、生命科学及其信息集成并融合的时代，作为现代信息技术的精髓，人工智能技术自然成为了新世纪科学技术的前沿和焦点，专家系统是从人工智能领域的研究发展而来的。专家控制系统是新兴的一门学科，它是以知识为基础，把人工智能领域的专家系统技术与控制

2、理论方法相结合，进行灵活的控制并实现复杂问题的控制，专家控制涉及低层控制和高层控制两个方面专家系统。可以说是应用于某一专门领域，拥有该领域相当数量的专家级知识，能模拟专家的思维，能达到专家级水平，能像专家一样解决困难和复杂的实际问题的计算机(软件)系统。自从1968年世界上第一个专家系统DENDRAL问世以来，专家系统技术的发展非常迅速，在短短的30年内已经应用到了数学、物理、化学、医学、气象、法律、教育、机械以及计算机科学等等部门。特别是20世纪80年代中期以后，随着知识工程技术的日渐丰富和成熟，各种各样的实用专家系统如雨后春笋般地在世界各地不断涌现。二、专家系统的结构专家系统是一种计算机应

3、用系统。由于应用领域和实际问题的多样性，所以，专家系统的结构也就多种多样。但抽象地看，一般有基本结构和一般结构。专家系统一般结构图专家系统的核心是知识库和推理机，其工作过程是根据知识库中的知识和用户提供的事实进行推理，不断地由已知的事实推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未知状态转换为已知状态。在专家系统的运行过程中，会不断地通过人机接口与用户进行交互，向用户提问，并向用户做出解释。2.1知识库知识库主要用来存放领域专家提供的有关问题求解的专门知识。知识库中的知识来源于知识获取机构，同时它又为推理机提供求解问题所需的知识。知识表示方法

4、的选择要建立知识库，首先选择合适的知识表达方法。对同一知识，一般可用多种方法进行表示，但其效果却不同。可按第二章介绍的原则选择知识表达方法，即从能充分表示领域知识、能充分有效地进行推理、便于对知识的组织维护和管理、便于理解与实现等四个方面进行考虑。2.1.1知识库的管理知识库管理系统负责对知识库中的知识进行组织、检索、维护等。专家系统中任何部分要与知识库发生联系，都必须通过该管理系统来完成。在进行知识维护的同时，还要保证知识的安全性。必须建立严格的安全保护措施，比如设置口令验证，对不同操作者设置不同的操作权限等，来防止操作失误等主管原因破坏知识库，造成严重后果。2.2推理机推理机的功能是模拟领

5、域专家的思维过程，控制并执行对问题的求解。它能根据当前已知的事实，利用知识库中的知识，按一定的推理方法和控制策略进行推理，直到得出相应的结论为止。推理机包括推理方法和控制策略两部分。推理方法有确定性推理和不确定性推理。控制策略主要指推理方法的控制及推理规则的选择策略。推理包括正向推理、反向推理和正反向混合推理。推理策略一般还与搜索策略相关。推理机的性能与构造一般与知识的表示方法有关，但与知识的内容无关，这有利于保证推理机与知识库的独立性，提高专家系统的灵活性。2.3知识获取机构 知识获取是建造和设计专家系统的关键，也是目前建造专家系统的瓶颈。基本任务是为专家系统获取知识，建立起健全、完善、有效

6、的知识库，以满足求解领域问题的需要。知识获取通常由知识工程师和知识获取机构共同完成。知识工程师负责从领域专家那里抽取知识，并用合适的方法把知识表达出来。知识获取机构把知识转换为为计算机可存储的内部形式，然后把它们存入知识库。存储过程中要对知识进行一致性、完整性的检测。2.4人机接口是专家系统与领域专家、知识工程师、用户之间交互的界面，由一组程序及相应的硬件组成，用于完成输入输出工作。在输入输出过程中，人机接口需要进行表示形式的转换。输入时，将外部信息换成系统的内部表示形式，然后交给相应机构去处理。输出时，将内部信息转化为人们易于理解的外部形式显示给用户。知识获取机构通过人机接口与专家、工程师、

7、用户进行交互；推理机通过人机接口与用户交互。推理过程中，专家系统不断向用户提问，已得到相应的数据，推理结束后会将结果通过人机接口显示给用户。2.6解释机构主要是回答用户提出的问题，解释系统的推理过程，由一组程序组成。专家系统应该能以用户便于接受的方式解释自己的推理过程。三、专家系统优缺点3.1专家系统的优点（1）专家系统能够高效率、准确、及时和不知疲倦地工作。（2）专家系统解决实际问题时不受周围环境的影响，也不可能遗漏忘记。（3）专家系统使人类专家的经验不受时空的限制，以便推广和交流。（4）专家系统的研制和应用具有巨大的社会效益和经济效益。（5）研制专家系统能促进各个领域科学技术的发展。3.1

8、专家系统的缺陷（1）知识获取的“瓶颈”问题 不仅要求知识工程师应具备一定的领域知识，而且还得具备较高的计算机水平知识。（2）知识的“窄台阶”问题 一个专家系统一般只能应用在某个相当窄的知识领域内，去求解预定的专门问题、一旦超出预定范围，专家系统就无法求解。（3）不具备并行分布功能 集中式专家系统只能在单个处理机上运行，不具备把一个专家系统的功能分解后，分布到多个处理机上去并行工作的能力。（4）不具备多专家协同能力 单专家式专家系统只能模拟单一领域的单个专家的功能，不能实现相近领域或同一领域不同方面的多个分专家系统的协作问题求解。（5）系统适应能力较差 一般不具备自我学习能力和在系统运行过程中的

9、自我完善、发展和创新能力。（6）处理不确定问题的能力较差 专家系统尽管可采用可信度、主观Bayes方法等处理不精确问题，但在归纳推理、模糊推理、非完备推理等方面的能力较差。（7）与主流信息技术脱节 专家系统基本上是一种信息孤岛，与主流信息技术，如Web技术、数据库技术等脱节。四、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：诊断型、解释型、预测型、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

10、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）。5.按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统和神经网络专家系统。6.按规模分类按规模分类，可分为大型协同式专家系统和微专家系统。7.按结构分类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)。五、专家系统与知识系统我们知道，专家系统能有效地解决问题的主要原因在于它拥有知识，因为“知识就是力量”。但专家系统拥有的知识是专家知识，而且主要是经验性知识。近年来，由专家系统的出现和发展而发展起来的一种

11、称为知识系统（KnowledgeBasedSystem)的智能系统，其中的知识已不限于人类专家的经验知识，而可以是领域知识或通过机器学习所获得的知识等。所以，对于这种广义的知识系统来说，专家系统就是一种特殊的知识系统。特别是一般知识库系统的建立，更加促进了这些技术的发展。所以，现在关于知识处理的技术和方法已形成一个称为“知识工程”（KnowledgeEngineering）的学科领域。这就是说，专家系统促使了知识工程的诞生和发展，知识工程又是为专家系统服务的。正是由于这二者的密切关系，所以，现在的“专家系统”与“知识工程”几乎已成为同义语。六、专家系统与传统程序专家系统本身是一个程序，但它又与

12、传统程序不同。主要体现在以下几个方面：1. 从编程思想来看，传统程序是依据某个确定的算法和数据结构来求解某个确定的问题，而专家系统求解的许多问题没有可用的数学方法，而是依据知识和推理来求解，即 传统程序=数据结构+算法 专家系统=知识+推理2. 传统程序把关于问题求解的知识隐含与程序中，而专家系统则将知识与运用知识的过程即推理机分离。灵活性3. 从处理对象来看，传统程序主要是面向数值计算和数据处理，而专家系统面向符号处理。传统程序处理的数据是精确的，而专家系统处理的数据和知识大多是不精确的、模糊的。4. 传统程序一般不具有解释功能，而专家系统一般具有解释机构解释自己的行为。因为专家系统依赖于推

13、理，它必须能够解释这个过程。5. 传统程序依据算法解决问题，每次都能产生正确的答案，而专家系统则象人类专家那样，一般能产生正确的答案。但专家系统有能力从错误中吸取教训，改进自己的能力。 6.从体系结构来看，传统程序与专家系统具有不同的结构，后面将专门介绍。七、专家系统与人工智能 ;专家系统是智能计算机系统。从学科范畴讲，专家系统属人工智能的一个分支，而且是应用性最强、应用范围最广的一个重要分支。所以，现在“专家系统”这一名词既是系统名称又是一个学科名称。专家系统已是当前计算机应用的一个热门研究方向八、总结现阶段国内外专家系统应用停留在相对狭义的以规则推理为基础的阶段，应用也更多针对的是实验室研究以及一些轻量级应用，远不能满足大型商业应用的需求，实现对实时智能推理以及大数据处理的需求。专家系统的发展下一步的将以模型推理为主，以规则推理为辅，并切合商业应用需求，满足对实时以及大数据量处理的需求。同时专家系统将朝更为专业化方向发展，针对具体方向性的需求提供针对性模型与产品，如基于因果有向图CDG的