工学安徽大学高级人工智能课件

人工智能

ArtificialIntelligence

1/11/20231安徽高校计算机科学与技术学院第五章专家系统5.1专家系统概述5.5新型专家系统5.2基于规则的专家系统5.6专家系统设计5.3基于框架的专家系统5.7专家系统开发工具5.4基于模型的专家系统5.8专家系统实例1/11/20232安徽高校计算机科学与技术学院5.1专家系统概述专家系统(expertsystem)是人工智能应用探讨最活跃和最广泛的课题之一定义：是一个含有大量的某个领域专家水平的学问与阅历的智能计算机程序系统，能够利用人类专家的学问和解决问题的方法来处理该领域问题1/11/20233安徽高校计算机科学与技术学院5.1.1专家系统特点专家系统具有一些共同的特点和优点专家系统具有下列3个特点：启发性透亮性灵敏性专家系统的优点存在八个方面(P201)

1/11/20234安徽高校计算机科学与技术学院5.1.2专家系统的类型

说明专家系统预料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限制专家系统调试专家系统教学专家系统修理专家系统1/11/20235安徽高校计算机科学与技术学院1.说明专家系统

(expertsystemforinterpretation)任务通过对过去和现在已知状况的分析，推断将来可能发生的状况特点数据量很大，常不精确、有错误、不完全能从不完全的信息中得出说明，并能对数据做出某些假设推理过程可能很困难和很长例子语音理解、图象分析、系统监视、化学结构分析和信号说明等1/11/20236安徽高校计算机科学与技术学院2.预料专家系统

(expertsystemforprediction)任务通过对已知信息和数据的分析与说明，确定它们的涵义。特点系统处理的数据随时间变更，且可能是不精确和不完全系统须要有适应时间变更的动态模型例子有气象预报、军事预料等1/11/20237安徽高校计算机科学与技术学院3.诊断专家系统

(expertsystemfordiagnosis)任务依据视察到的状况(数据)来推断出某个对象机能失常(即故障)的缘由特点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能够区分一种现象及其所掩盖的另一种现象能够向用户提出测量的数据，并从不精确信息中得出尽可能正确的诊断例子有医疗诊断、故障诊断等1/11/20238安徽高校计算机科学与技术学院4.设计专家系统

(expertsystemfordesign)任务找寻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须要检索较大的可能解空间能试验性地构造出可能设计，易于修改能够运用已有设计来说明当前新的设计例子VAX计算机结构设计、电路设计等1/11/20239安徽高校计算机科学与技术学院5.规划专家系统

(expertsystemforplanning)任务找寻出某个能够达到给定目标的动作序列或步骤特点所要规划的目标可能是动态的或静态的，须要对将来动作做出预料所涉及的问题可能很困难例子军事指挥调度系统、ROPES机器人规划专家系统、汽车和火车运行调度专家系统等。1/11/202310安徽高校计算机科学与技术学院6.监视专家系统

(expertsystemformonitoring)任务对系统、对象或过程的行为进行不断视察，并把视察到的行为与其应当具有的行为进行比较，以发觉异样状况，发出警报特点系统应具有快速反应实力系统发出的警报要有很高的精确性系统能够动态地处理其输入信息例子防空监视、虫害测报专家系统1/11/202311安徽高校计算机科学与技术学院7.限制专家系统

(expertsystemforcontrol)任务自适应地管理一个受控对象或客体的全面行为，使之满足预期要求特点限制专家系统具有说明、预报、诊断、规划和执行等多种功能例子空中交通管制、商业管理、自主机器人限制、作战管理、生产过程限制和生产质量限制等1/11/202312安徽高校计算机科学与技术学院8.调试专家系统

(expertsystemfordebugging)

任务对失灵的对象给出处理看法和方法特点同时具有规划、设计、预报和诊断等专家系统的功能例子在这方面的实例还比较少见。程序调试。1/11/202313安徽高校计算机科学与技术学院9.教学专家系统

(expertsystemforinstruction)任务依据学生的特点，以适当的方法对学生进行教学和辅导特点同时具有诊断和调试等功能具有良好的人机界面例子MACSYMA符号积分与定理证明系统，计算机程序设计语言和物理智能计算机帮助教学系统等1/11/202314安徽高校计算机科学与技术学院10.修理专家系统

(expertsystemforrepair)

任务对发生故障的对象(系统或设备)进行处理，使其复原正常工作功能有诊断、调试、支配和执行等功能例子电视维护修理系统1/11/202315安徽高校计算机科学与技术学院5.1.3专家系统的结构和建立步骤专家系统的结构定义：指专家系统各组成部分的构造方法和组织形式学问库推理机专家知识输入或提问答案图5.1专家系统结构简图1/11/202316安徽高校计算机科学与技术学院志向专家系统图5.2则为志向专家系统的结构图接口用户事实规则支配议程中间解黑板学问库说明器执行器调度器协调器1/11/202317安徽高校计算机科学与技术学院一般应用程序与专家系统的区分：一般应用程序

专家系统把问题求解的学问隐含地编入程序。把学问组织为两级：数据级和程序级。把其应用领域的问题求解学问单独组成一个实体。即为学问库。将学问组织成三级；数据、学问库和限制。1/11/202318安徽高校计算机科学与技术学院学问化问题图5.3建立专家系统的步骤合法化概念化形式化规则化学问概念结构形式规则再设计改进重新阐述2.专家系统的建立步骤1/11/202319安徽高校计算机科学与技术学院建立系统的一般步骤如下设计初始学问库问题学问化学问概念化概念形式化形式规则化规则合法化原型机（prototype）的开发与试验学问库的改进与归纳

规则1/11/202320安徽高校计算机科学与技术学院5.2基于规则的专家系统学问库（规则）工作存储器（事实）推理机1.基于规则的专家系统的工作模型图5.4基于规则的工作模型1/11/202321安徽高校计算机科学与技术学院基于规则的专家系统接受下列

模块来建立产生式系统的模型：学问库以一套规则建立人的长期存储器模型工作存储器建立人的短期存储器模型，存放问题事实和由规则激发而推断出的新事实推理机借助于把存放在工作存储器内的问题事实和存放在学问库内的规则结合起来，建立人的推理模型，以推断出新的信息1/11/202322安徽高校计算机科学与技术学院2.基于规则专家系统的结构解释器用户界面开发界面外部程序工作存储器推理机知识库用户知识工程师图5.5基于规则专家系统的结构1/11/202323安徽高校计算机科学与技术学院5.3基于框架的专家系统1.面对目标编程与基于框架设计基于框架的专家系统建立在框架的基础之上基于框架的专家系统接受面对目标编程技术基于框架的设计和面对目标的编程共享很多特征在设计基于框架系统时，专家系统的设计者们把目标叫做框架1/11/202324安徽高校计算机科学与技术学院特征名称值侧面规则目标议程表人类男人女人约翰李勇丽达王红类（class）槽(Slots)子类（subclass)例子(instances)规则(rules)目标议程表(goalagenda)2.基于框架专家系统的结构图5.6人类的框架分层结构1/11/202325安徽高校计算机科学与技术学院3.基于框架专家系统的一般设计方法基于框架专家系统的主要设计步骤与基于规则的专家系统相像。主要差别在于如何看待和运用学问在设计基于框架的专家系统时，把整个问题和每件事想像为编织起来的事物在辨识事物之后，找寻把这些事物组织起来的方法对于任何类型的专家系统，其设计是个高度交互的过程1/11/202326安徽高校计算机科学与技术学院5.4基于模型的专家系统1.基于模型专家系统的提出关于人工智能的一个观点:人工智能是对各种定性模型的获得、表达和运用的计算方法进行探讨的学问。基于逻辑心理模型、人工神经网络模型、定性物理模型、可视学问模型在诸多模型中，人工神经网络模型的应用最为广泛1/11/202327安徽高校计算机科学与技术学院2.基于神经网络的专家系统神经网络模型从学问表示、推理机制到限制方式，与目前专家系统中的基于逻辑的心理模型有本质的区分三种神经网络模型与专家系统集成模式神经网络支持专家系统专家系统支持神经网络协同式的神经网络专家系统1/11/202328安徽高校计算机科学与技术学院神经网络专家系统的基本结构学问获得学习示例网络结构学习算法解释器专家神经网络用户知识库推理机图5.7神经网络专家系统的基本结构1/11/202329安徽高校计算机科学与技术学院神经网络专家系统的几个问题探讨神经网络的学问表示是一种隐式表示神经网络通过实例学习实现学问自动获得神经网络的推理是个正向非线性数值计算过程，同时也是一种并行推理机制同一学问领域的几个独立的专家系统可组合成更大的神经网络专家系统1/11/202330安徽高校计算机科学与技术学院5.5新型专家系统5.5.1新型专家系统的特征并行与分布处理多专家系统协同工作高级语言和学问语言描述具有自学习功能引入新的推理机制具有自纠错和自完善实力先进的智能人机接口1/11/202331安徽高校计算机科学与技术学院5.5.2分布式专家系统主要目的：把一个专家系统的功能经分解以后分布到多个处理器上去并行地工作，从而在总体上提高系统的处理效率。可以工作在紧耦合的多处理器系统环境中，也可工作在松耦合的计算机网络环境里，所以其总体结构在很大程度上依靠于其所在的硬件环境。1/11/202332安徽高校计算机科学与技术学院设计和实现分布式专家系统，须要解决的问题：功能分布把分解得到的系统各部分功能或任务合理均衡地支配到各处理节点上去学问分布依据功能分布的状况把有关学问经合理划分以后支配到各处理节点上。接口设计各部分间接口的设计目的是要达到各部分之间相互通讯和同步简洁进行系统结构一方面依靠于应用的环境与性质，另一方面依靠于其所处的硬件环境驱动方式可供选择的几种驱动方式(1)限制驱动(2)数据驱动(3)需求驱动(4)事务驱动1/11/202333安徽高校计算机科学与技术学院5.5.3协同式专家系统一般专家系统解题的领域面很窄协同式多专家系统是克服一般专家系统的局限性的一个重要途径。协同式多专家系统亦可称“群专家系统”1/11/202334安徽高校计算机科学与技术学院设计与建立一个协同式多专家系统，

须要解决的问题：任务的分解公共学问的导出探讨方式：黑板裁决问题：如少数听从多数、加权法等驱动方式1/11/202335安徽高校计算机科学与技术学院5.6专家系统设计分为以下两部分介绍以设计一个基于规则的修理询问系统为例，说明专家系统的设计过程。这一过程包括描述专家学问、应用学问和说明决策等。专家学问的描述学问的运用和决策说明1/11/202336安徽高校计算机科学与技术学院5.6.1专家学问的描述结论的表示结论规定了所涉及特地学问的范围观测的表示观测是得到结论所须要的视察或量测结果推理规则的表示产生式规则是决策规则最为常用的表示形式可依据观测和假设之间的逻辑关系分成3类：1)从观测到观测的规则（FF规则）FactFF规则规定那些可从已确定的观测干脆推导出来的观测的真值。因为通过把观测和假设相组合可以描述功能更强的产生式规则形式。2)从观测到假设的规则（FH规则）Hypothesis在很多用于分类的专家系统中，产生式规则可对产生式结论的可信程度进行量度。3)从假设到假设的规则（HH规则）HH(从假设到假设)规则用来规定假设之间的推理。1/11/202337安徽高校计算机科学与技术学院5.6.2学问的运用和决策说明结论的分级与选择询问问题的策略固定的依次依据具体状况作出某种选择决策的说明对系统设计者的说明对系统运用者的说明1/11/202338安徽高校计算机科学与技术学院5.7专家系统开发工具专家系统工具是一种更高级的计算机程序设计语言现有的专家系统工具，主要分为:骨架型工具：学问库以外的部分；语言型工具：OPS5、CLIPS