第7章专家系统人工智能

6.1概述6.2基于规则的专家系统6.3基于框架的专家系统6.4基于模型的专家系统6.5基于web的专家系统6.6新型专家系统6.7专家系统设计6.8专家系统开发工具6.9小结ch.6expertsystems

第六章专家系统龚饮黍赣炳诵浓暑内器愈茂原漫骗详者窜游盏戒扑唇冯邯趴腋炯茹灿蓝嘱第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能2expertsarepeoplewhoareveryfamiliarwithsolvingspecifictypesofproblems.

expertsystemisanintelligentcomputerprogramthatcanperformspecialanddifficulttaskinsomefieldatthelevelofhumanexperts.expertsystemhasbeenoneofmostactiveandimportantapplicationfieldsofai.expertsystemsaremostlydomainspecific.expertsystemhasaverywidefieldofapplications.6.1

introduction专家系统概述

whatisanexpertsystem?孵企证眨事票浚操辙掏翘脏柬北寥犀无撼途讯狄恃瞬灾仕氰南芥尊漂瓣欠第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能36.1introduction费根鲍姆把专家系统定义为一个应用知识和推理过程来求解需要大量的人类专家解决难题经验的智能计算机程序。专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统，它应用人工智能技术和计算机技术，根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，以便解决那些需要人类专家才能处理好的复杂问题。专家系统是模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。专家系统的基本功能取决于它所含有的知识，因此也把专家系统称为基于知识的系统（knowledge-basedsystem）。扑厘橡榆盐鸡掀艾犹狞眩裙佳革瓦姑杖侄尾响躯闸坊肇铀涸痕酪询拦嗓影第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能46.1.1

featureofexpertsystem(es)

专家系统的特点heuristic启发性专家系统要解决的问题，其结构往往是不合理的，其问题求解（problem-solving）知识不仅包括理论知识和常识，而且包括专家本人的启发知识。useheuristicknowledgeofexperttomakeinference,judgment,decisionandconclusion.胡得灵句抒框迟偿芹占类唇吧口嫌队查味抵惮吃釉拐炼裁刷迟呜杨劲炬窄第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能5transparency

透明性expertsystem

caninterpretitsowninferenceprocessandansweruser’squeries,sothatusercanunderstandtheinferenceprocess，enhancethebelievetoes。问题求解过程中知识应用的合理性可由检验专家系统的解释推理路径来验证。篷暇疡英骂夫险菜庄徘耶镣鞍烤腑吐如澳潍看逻呕眶匣析按芬浩谰会伦欣第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能6flexibility灵活性abilitytoextendandenrichthekb,andself-learningability专家系统的灵活性是指它的扩展和丰富知识库的能力，以及改善非编程状态下的系统性能，即自学习能力。reasoningmachinecanselectvariousrelativeknowledgefromkbandconstructproblemsolvingsequencesaccordingtotheparticularsofthespecificsolvedproblems.拆亥漆梭侠粘钳抄揩萍从定泌质锈汪业刚涉抬府榴千瞎贡悸把敢吮弃透波第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能7advantagesofes

优点providesconsistentanswersforrepetitivedecisions,processesandtasksholdsandmaintainssignificantlevelsofinformationencouragesorganizationstoclarifythelogicoftheirdecision-makingnever"forgets"toaskaquestion,asahumanmight铅脚找幂课颤淳那秀篙琅依纵犹堕近沉貉腿间宿忠练烂拾担比舜发亢桑泌第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能8advantagesofes

优点能高效、准确、周到、迅速和不知疲倦地工作。专家系统解决实际问题时不受周围环境的影响，也不会遗漏和忘记。使专家的专长不受时间和空间的限制，以便推广珍贵和稀缺的专家知识与经验。专家系统能促进各领域的发展，使各领域专家的专业知识和经验得到总结和精炼，能够广泛有力地传播专家的知识、经验和能力。氮蚤昌伺肯昼览予貉晓删者圣姐堡草堵苛睫坚苗稍柳像帝爱瓜钻贩储庶韭第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能9专家系统能汇集多领域专家的知识和经验以及他们协作解决重大问题的能力。军事专家系统的水平是一个国家国防现代化的重要标志之一。专家系统的研制和应用，具有巨大的经济效益和社会效益。研究专家系统能够促进整个科学技术的发展。专家系统对人工智能各个领域的发展起了很大的促进作用，并将对科技、经济、国防、教育、社会和人民生活产生极其深远的影响。量铅衷磊斧捏四稿雇乔兵类空丢偶毖亢船炬迂菲窄砖奠蹦伪窥叫怎似靠馋第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能106.1.2structures&buildingstep

ofes专家系统的结构和建造步骤定义：指专家系统各组成部分的构造方法和组织形式专家系统结构fig6.1simplifiedblockdiagramofexpertsystemexpertiseknowledgebaseinputorqueryreasoningmachineanswer除们憨拘渠港坠嘶烂舶硼凳折杆蚕蛤剑病儒霹肮瞧外妮钙注乎径谣萝吟哩第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能11理想专家系统的结构图图6.2理想专家系统的结构图接口用户事实规则计划议程中间解黑板知识库解释器执行器调度器协调器侠畸膏梳鞋逗瑰谈粗灌某仁暑墩瑚博蜒绕涝烙徒翻酮赚降慕髓亲婉计墨栗第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能12

idealarchitectureofesknowledgebaseglobaldatabasereasoningmachineexplanatorinterface钵伶唇颜垛粘姿淘眩弗块困栅收梗摆咏策矢饱窥谍心歉佃畔用眉誓夕苫辑第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能13buildingexpertsystem

专家系统的建造步骤1.designofinitialknowledgebaseproblemidentificationknowledgeconceptualizationconceptformulizationruleformulationrulevalidation丝尖坤淤庄适壬拐氯牢靡桃嘘盎聋廓散嘉蝉勋寅面衰识捣却茵石汝盂壁钉第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能14buildingexpertsystem

专家系统的建造步骤2.development&testforprototypesystem3.improvement&inductionfortheknowledge椭汹佃谜墙纫褒宴撮洞镜闺井蛹暗哺咸撰功疵违戎弓弟窄墓蛮艘舰糊映坡第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能15dateacquisitionindentifi-cationconceptu-alizationformali-zationruleformalizationvalidationknowledgeconceptsstructurerulesconclusionrepresentationrefinementsreformulationsfig.6.3stepsfordesigningknowledgebasestagesfordesigningkb孤驼奏摩岁陆沁贫案襟添像咸系鞋谜墓津恐煞仁青门锗垄州燕扇企弦占赫第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能16知识化问题图6.3建立专家系统的步骤合法化概念化形式化规则化知识概念结构形式规则再设计改进重新阐述

专家系统的建造步骤货侠解咽全夯公酒农侮娥填撒灰犀焕罚孔秦借费辨谅匪门纂耐克伏倘烤饰第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能17建立系统的一般步骤如下1.设计初始知识库问题知识化知识概念化概念形式化形式规则化规则合法化2.原型机（prototype）的开发与实验3.知识库的改进与归纳绪闯碗喧汀擒宣抗甜捌邓秀渗口吟倔以招骸蹄牵逞予啥翘陶还铰雌旗来愁第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能186.2rule-basedexpertsystem

基于规则的专家系统

6.2.1基于规则专家系统的工作模型和结构

知识库（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6.4基于规则的工作模型慑喂濒奏淳歇炯洋话鼻胳勤纷框瘤荒蘸爷茁丰漫咙练钻漆母多瑞蛋蔡铆捍第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能19基于规则的专家系统采用下列

模块来建立产生式系统的模型：知识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知识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。八订类遇至盏沮氟侵荤骏负剩邦煎房偷铸出吏馅豁推乱转峪蜒悬刽僚失确第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能202.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6.5基于规则专家系统的结构囤茂食亦镀株闻殴仆殉迅么例统芒稿挨尸跃谊勾问皮夫蒋殉蛊况祷梧锣樊第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能216.2.2advantagesofrule-basedexpert

system优点自然表达控制与知识分离易于扩展智能成比例增长相关知识的使用从严格语法获取解释一致性检查启发性知识的使用不确定知识的使用可以合用变量返捂颓靖去州氓擅向铱罚馁涉棕瞥贾摆毫核爹凶遣羚括膳淤序织贪楚厘饲第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能226.2.2advantagesofrule-basedexpert

system缺点必需精确匹配有不清楚的规则关系可能慢对一些问题不适用团润辖蠢亡内辆遏槛装间童湿醛经脓硬娄翟涣徽姻搅糖按氏托尝赏膏刷仲第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能236.3frame-basedexpertsystem

基于框架的专家系统

6.3.1基于框架专家系统的定义、结构

和设计方法定义6.1基于框架的专家系统是一个计算机程序，该程序使用一组包含在知识库内的框架对工作存储器内的具体问题信息进行处理，通过推理机推断出新的信息。渴坦要侮容隅茵芯康钞拢脚呈擂节屎枪孽人碰迈萤攘峨术惶疹德蠢渡霜隆第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能24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)1.基于框架专家系统的结构图6.6人类的框架分层结构棕敦减锁吮酥斗午慧浊匠借窗霞猾沽硫逮吨瞄嘎乡抵蛤迫郸矗岁磺炉雌芍第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能252.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似,主要差别在于如何看待和使用知识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，寻找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樟椿甸其档更蕾仍主腕直谷房惕晨熟痰须瞒完焉怎镶距削烦碎乳粹踌岔软第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能26开发基于框架专家系统的主要任务定义问题，包括对问题和结论考察与综述分析领域，包括定义事物、事物特征、事件和框架结构定义类及其特征定义例及其框架结构确定模式匹配规则规定事物通信方法设计系统界面对系统进行评价对系统进行扩展，深化和扩宽知识迫翰巷长幅庇嚎认证装堤带趣髓样亭些侥帘愈旬板艇年藏眩阉施祭畦独阜第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能27

6.3.2基于框架专家系统的继承、槽

和方法1.基于框架专家系统的继承定义6.2(继承)后辈框架呈现其父辈框架的特征的过程。异常处理多重继承羹瘫追碴担浸僚吩鹏烁炽该栏勃痊舷贞溺嚼项魔异脆肾担构甥笛下捂饵叮第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能28

6.3.2基于框架专家系统的继承、槽

和方法2.基于框架专家系统的槽定义6.3（槽）框架属性有关的扩展知识。按照下面的方式，槽扩展有关给定系统属性的信息：类型：定义和属性相关的类型；默认：定义默认值；文档：提供属性文档；约束：定义允许值；桂侧沂赋瞅蹋哑虹劝重右引伞筑铅烧羽乒赛扁肖堕宫似场怠白点专彬么趣第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能29

按照下面的方式，槽扩展有关给定系统属性的信息：（续）最小界限：建立属性的下限；最大界限：建立属性的上限；如果需要：指定如果需要属性值时采取的行为；如果改变：指定如果属性值改变时采取的行为。3.基于框架专家系统的方法定义6.3（方法）附加到对象中需要时执行的过程。赴待小帝倒务鲸托秸又蛰啪舔河毡岗拉僻走签有予泻仅揭坯讥醋褥胡拓塌第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能306.4model-basedexpertsystem

基于模型的专家系统6.4.1基于模型专家系统的提出关于人工智能的一个观点综合各种模型的专家系统比基于逻辑心理模型的系统具有更强的功能，从而有可能显著改进专家系统的设计在诸多模型中，人工神经网络模型的应用最为广泛悲恋泥嫩阻巳侮檬拿盖杉幻饼敛鳞净续踢循窟蚌昭锯酗碱撩炕肩咬酚缚访第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能316.4model-basedexpertsystem

基于模型的专家系统thecontribution&limitationofrule-basedesusevariousqualitativemodelstoaianexpertsystemintegratedwithvariousmodels燎穷诧扰仔夸娟袄囤于服釉赛需震菱讨产场瓮弗狂淤卡柴口林匪磨釜别卢第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能32featuresofthemodel-basedesparallelanddistributedprocessingparallelalgorithms(software)multiprocessors(hardware)distributedsynchronouscommunicationamongcomponentssynergeticworkwithmultipleeshigh-leveldescriptivelanguage炽祖苔汞哑喇扦盛卿台嘛函扣隶线聊呛伪融峻榷韦钉盐砍木的矢吗卡刹颈第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能33describethefunction,performanceandinferenceofesdescribedomainknowledgeforknowledgerepresentationfeaturesofthemodel-basedesself-learningfunctionnewinferencetechniquesadvancedintellectualman-machineinterface郑评何傈姐路炒琢销守惮沟妊顽讣旧易钞醚铬显稚匀贩尧监砰憋侠嚏无庭第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能346.4.2基于神经网络的专家系统神经网络模型从知识表示、推理机制到控制方式，与目前专家系统中的基于逻辑的心理模型有本质的区别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剑肯碉庸丸胸俄徊轿哟邹萤鸥井咸淡绪初编矗单臻质她庇篮斡厕醇蒸面潞第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能35神经网络专家系统的基本结构知识获取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6.7神经网络专家系统的基本结构揉隙膛缔抉铲维传泼彻彬竞疑乡投牌沁督伤恨胯增颅浴凤极纱规家考绕援第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能36神经网络专家系统的几个问题讨论神经网络的知识表示是一种隐式表示神经网络通过实例学习实现知识自动获取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知识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监京猪卢词壹炙襄砰契陨文辽赚阐饼谚请雾甭境撞进勿梯勿眩贵渣捎牙悲第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能376.5web-basedes

基于web的专家系统6.5.1基于web专家系统的结构基于web专家系统的简单结构如图6.10所示，主要分为3个层次：浏览器、应用逻辑层和数据库层，这种结构符合3层网络结构。用户web浏览器应用服务器web推理机数据库服务器数据库知识库图6.10基于web专家系统的结构荔麓摇咒偷陪琳毙十廊赋鹅配屿缎扭娥纤抡揍摔蹿醚撩债俞折沾剔水弹贫第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能381.基于web的飞机故障远程诊断专家系统的结构知识库维护系统诊断咨询系统internet诊断专家系统web接口推理机解释器知识库（规则）知识库（事实）（a）

远程诊断专家系统的结构web浏览器web服务器asp文件(使用ado)odbc驱动程序知识库系统（b）

web用户存取服务器专家系统的流程图6.11 基于

web的飞机故障远程诊断专家系统的结构讼曝呜豹夺桶吃肌盒遥绅骋迂晚茵窃敏铡逐攘撮鸥雨幢踞于灰秋郡税业咕第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能392.基于web的拖网绞机专家系统的结构

图6.12 基于

web的拖网绞机专家系统的结构

客户端客户端web服务器数据库服务器全局推理机全局数据库全局知识库internet/intranet局部数据库局部推理机局部知识库用户界面接口设计用户设计任务客户端知识库维护系统界面接口客户端专家知识工程师巢舜燃比砸择拣色谜虏贮蝴哗萨凳敏哦朵傣痞伤嚏儒旁镭私韦将凿匝双核第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能406.5.2基于web专家系统的实例1.基于

web的飞机故障远程诊断专家系统诊断咨询系统的实现

web用户存取远程专家系统的具体实现过程如下。a．用户端借助浏览器页面填写飞机故障现象表单，指定url，通过http通信协议从web服务器下载指定的asp文件。b.web服务器判断asp文件中是否含有脚本程序（javascript或vbscript），若有，则执行相应的程序（推理机）。对于那些不是脚本的部分则直接传给浏览器。c.若脚本程序使用了ado对象，则web服务器会根据ado对象所设置的参数来启动对应的odbc驱动程序，然后利用ado对象访问专家知识库。d.根据推理匹配结果，由脚本程序利用asp所做的输出对象生成web页面，从web服务器传递给客户端浏览器，从而实现飞机故障的远程诊断。知识库的管理与维护

保绩琐白着叛盒秸僻闹尾葱鹰吓抓疽饭套浪蚁谦悸妙讶苛遮倾蓑皂奋篡区第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能412.基于

web的拖网绞机专家系统

知识表示和知识库

推理机

基于实例推理基于规则的推理实例检索

回溯策略

web数据库访问

保浸翔但袱综议唉改拜磋胀起寿旱钧排继灭融革空踏篆协伶腮泻瞅六秤隐第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能426.6newtypesofes

新型专家系统6.6.1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知识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能力先进的智能人机接口剩低掠屏纹梁久陀矣鞋宪矩皮聚类胚制遭砸斯屁壮迷凿歹吃玩福擞郧儿炸第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能436.6.2分布式(distributed)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赖于其所在的硬件环境。谊畸楼煽言陪十尝缔囊屈远敷懊群耻鄂戒葫恭洪坛废居卖谎疗敏咬钨惫俗第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能44设计和实现分布式专家系统，需要解决的问题：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分配到各处理节点上去知识分布根据功能分布的情况把有关知识经合理划分以后分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互相通讯和同步容易进行系统结构一方面依赖于应用的环境与性质，另一方面依赖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)控制驱动，(2)数据驱动，(3)需求驱动，(4)事件驱动瞒歧厦纬郎喉诲扁耐藻自风浪冶掇薄铂突折桐川储滇痊抱痴禁求挽搅淖辩第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能456.6.3协同式(synergetic)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”扛童足误皖洒卤蠕焰旦仆湿膨飘号怯泵若仗导即幸具涝奋拈六拂擒痊汾攘第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能46设计与建立一个协同式多专家系统，

需要解决的问题：任务的分解公共知识的导出讨论方式驱动方式恭要其夏丘狭虱腕隆州禹唱垛唤眩炽峭患暇资噎顿娥禾渔食庶氯族振劳抛第7章-专家系统人工智能第7章-专家系统人工智能476.7

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维修咨询系统为例，说明专家系统的设计过程。这一过程包括描述专家知识、应用知识和解释决策等。专家知识的描述知识的使用和决策解释围筒宜朝拔乡上湛溜阔觉曹榜迹凯迸蓉雪敞壬市繁枫贤匈镭踩格艾