高级人工智能课件

人工智能

ArtificialIntelligence

10/10/20231安徽大学计算机科学与技术学院1/43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基于规则专家系统5.6专家系统设计5.3基于框架专家系统5.7专家系统开发工具5.4基于模型专家系统5.8专家系统实例10/10/20232安徽大学计算机科学与技术学院2/435.1专家系统概述专家系统(expertsystem)是人工智能应用研究最活跃和最广泛课题之一定义：是一种具有大量某个领域专家水平知识与经验智能计算机程序系统，能够利用人类专家知识和处理问题办法来处理该领域问题

10/10/20233安徽大学计算机科学与技术学院3/435.1.1专家系统特点专家系统具有某些共同特点和长处专家系统具有下列3个特点：启发性透明性灵活性专家系统长处存在八个方面(P201)

10/10/20234安徽大学计算机科学与技术学院4/435.1.2专家系统类型

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10/10/20235安徽大学计算机科学与技术学院5/431.解释专家系统

(expertsystemforinterpretation)任务

通过对过去和目前已知情况分析，推断将来也许发生情况特点数据量很大，常不精确、有错误、不完全能从不完全信息中得出解释，并能对数据做出某些假设推理过程也许很复杂和很长例子

语音理解、图象分析、系统监视、化学构造分析和信号解释等10/10/20236安徽大学计算机科学与技术学院6/432.预测专家系统

(expertsystemforprediction)任务

通过对已知信息和数据分析与解释，确定它们涵义。特点系统处理数据随时间变化，且也许是不精确和不完全系统需要有适应时间变化动态模型例子

有气象预报、军事预测等10/10/20237安徽大学计算机科学与技术学院7/433.诊断专家系统

(expertsystemfordiagnosis)任务

根据观测到情况(数据)来推断出某个对象机能失常(即故障)原因特点能够理解被诊断对象或客体各组成部分特性以及它们之间联系能够辨别一种现象及其所掩盖另一种现象能够向顾客提出测量数据，并从不确切信息中得出尽也许正确诊断例子

有医疗诊断、故障诊断等10/10/20238安徽大学计算机科学与技术学院8/434.设计专家系统

(expertsystemfordesign)任务

寻找出某个能够达成给定目标动作序列或步骤特点从多种约束中得到符合要求设计系统需要检索较大也许解空间能试验性地构造出也许设计，易于修改能够使用已有设计来解释目前新设计例子

VAX计算机构造设计、电路设计等10/10/20239安徽大学计算机科学与技术学院9/435.规划专家系统

(expertsystemforplanning)任务

寻找出某个能够达成给定目标动作序列或步骤特点所要规划目标也许是动态或静态，需要对将来动作做出预测所包括问题也许很复杂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。10/10/202310安徽大学计算机科学与技术学院10/436.监视专家系统

(expertsystemformonitoring)任务对系统、对象或过程行为进行不停观测，并把观测到行为与其应当具有行为进行比较，以发觉异常情况，发出警报特点系统应具有迅速反应能力系统发出警报要有很高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10/10/202311安徽大学计算机科学与技术学院11/437.控制专家系统

(expertsystemforcontrol)任务

自适应地管理一种受控对象或客体全面行为，使之满足预期要求特点

控制专家系统具有解释、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、自主机器人控制、作战管理、生产过程控制和生产质量控制等10/10/202312安徽大学计算机科学与技术学院12/438.调试专家系统

(expertsystemfordebugging)

任务

对失灵对象给出处理意见和办法特点

同步具有规划、设计、预报和诊断等专家系统功能例子在这方面实例还比较少见。程序调试。10/10/202313安徽大学计算机科学与技术学院13/439.教学专家系统

(expertsystemforinstruction)任务

根据学生特点，以合适办法对学生进行教学和辅导特点同步具有诊断和调试等功能具有良好人机界面例子

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辅助教学系统等10/10/202314安徽大学计算机科学与技术学院14/4310.修理专家系统

(expertsystemforrepair)

任务

对发生故障对象(系统或设备)进行处理，使其恢复正常工作功能

有诊断、调试、计划和执行等功能例子

电视维护修理系统10/10/202315安徽大学计算机科学与技术学院15/435.1.3专家系统构造和建造步骤专家系统构造定义：指专家系统各组成部分构造办法和组织形式知识库推理机专家知识输入或提问答案图5.1专家系统构造简图10/10/202316安徽大学计算机科学与技术学院16/43抱负专家系统图5.2则为抱负专家系统构造图接口顾客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10/10/202317安徽大学计算机科学与技术学院17/43一般应用程序与专家系统区分：一般应用程序

专家系统把问题求解知识隐含地编入程序。把知识组织为两级：数据级和程序级。把其应用领域问题求解知识单独组成一种实体。即为知识库。将知识组织成三级；数据、知识库和控制。10/10/202318安徽大学计算机科学与技术学院18/43知识化问题图5.3建立专家系统步骤合法化概念化形式化规则化知识概念构造形式规则再设计改善重新论述2.专家系统建造步骤10/10/202319安徽大学计算机科学与技术学院19/43建立系统一般步骤如下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原型机（prototype）开发与试验知识库改善与归纳

规则10/10/202320安徽大学计算机科学与技术学院20/435.2基于规则专家系统知识库（规则）工作存放器（事实）推理机1.基于规则专家系统工作模型图5.4基于规则工作模型10/10/202321安徽大学计算机科学与技术学院21/43基于规则专家系统采取下列

模块来建立产生式系统模型：知识库

以一套规则建立人长期存放器模型工作存放器

建立人短期存放器模型，寄存问题事实和由规则激发而推断出新事实推理机

借助于把寄存在工作存放器内问题事实和寄存在知识库内规则结合起来，建立人推理模型，以推断出新信息10/10/202322安徽大学计算机科学与技术学院22/432.基于规则专家系统构造解释器顾客界面开发界面外部程序工作存放器推理机知识库顾客知识工程师图5.5基于规则专家系统构造10/10/202323安徽大学计算机科学与技术学院23/435.3基于框架专家系统1.面向目标编程与基于框架设计基于框架专家系统建立在框架基础之上基于框架专家系统采取面向目标编程技术基于框架设计和面向目标编程共享许多特性在设计基于框架系统时，专家系统设计者们把目标叫做框架10/10/202324安徽大学计算机科学与技术学院24/43特性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.基于框架专家系统构造图5.6人类框架分层构造10/10/202325安徽大学计算机科学与技术学院25/433.基于框架专家系统一般设计办法基于框架专家系统主要设计步骤与基于规则专家系统相同。主要差异在于如何看待和使用知识在设计基于框架专家系统时，把整个问题和每件事想像为编织起来事物在辨识事物之后，寻找把这些事物组织起来办法对于任何类型专家系统，其设计是个高度交互过程10/10/202326安徽大学计算机科学与技术学院26/435.4基于模型专家系统1.基于模型专家系统提出有关人工智能一种观点:人工智能是对多种定性模型取得、体现和使用计算办法进行研究学问。基于逻辑心理模型、人工神经网络模型、定性物理模型、可视知识模型在很多模型中，人工神经网络模型应用最为广泛10/10/202327安徽大学计算机科学与技术学院27/432.基于神经网络专家系统神经网络模型从知识表达、推理机制到控制方式，与目前专家系统中基于逻辑心理模型有本质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神经网络专家系统10/10/202328安徽大学计算机科学与技术学院28/43神经网络专家系统基本构造知识获取学习示例网络构造学习算法解释器专家神经网络顾客知识库推理机图5.7神经网络专家系统基本构造10/10/202329安徽大学计算机科学与技术学院29/43神经网络专家系统几个问题讨论神经网络知识表达是一种隐式表达神经网络通过实例学习实现知识自动获取神经网络推理是个正向非线性数值计算过程，同步也是一种并行推理机制同一知识领域几个独立专家系统可组合成更大神经网络专家系统10/10/202330安徽大学计算机科学与技术学院30/435.5新型专家系统5.5.1新型专家系统特性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推理机制具有自纠错和自完善能力

先进智能人机接口10/10/202331安徽大学计算机科学与技术学院31/435.5.2分布式专家系统主要目标：把一种专家系统功能经分解后来分布到多种处理器上去并行地工作，从而在总体上提升系统处理效率。能够工作在紧耦合多处理器系统环境中，也可工作在松耦合计算机网络环境里，因此其总体构造在很大程度上依赖于其所在硬件环境。10/10/202332安徽大学计算机科学与技术学院32/43设计和实现分布式专家系统，需要处理问题：功能分布

把分解得到系统各部分功能或任务合理均衡地分派到各处理节点上去知识分布

根据功能分布情况把有关知识经合理划分后来分派到各处理节点上。接口设计

各部分间接口设计目标是要达成各部分之间互相通讯和同步容易进行系统构造

一方面依赖于应用环境与性质，另一方面依赖于其所处硬件环境驱动方式

可供选择几个驱动方式(1)控制驱动(2)数据驱动(3)需求驱动(4)事件驱动10/10/202333安徽大学计算机科学与技术学院33/435.5.3协同式专家系统一般专家系统解题领域面很窄协同式多专家系统是克服一般专家系统不足一种主要途径。协同式多专家系统亦可称“群专家系统”10/10/202334安徽大学计算机科学与技术学院34/43设计与建立一种协同式多专家系统，

需要处理问题：任务分解公共知识导出讨论方式：黑板裁决问题：如少数服从多数、加权法等驱动方式10/10/202335安徽大学计算机科学与技术学院35/435.6专家系统设计分为下列两部分介绍以设计一种基于规则维修咨询系统为例，说明专家系统设计过程。这一过程包括描述专家知识、应用知识和解释决策等。专家知识描述知识使用和决策解释10/10/202336安徽大学计算机科学与技术学院36/435.6.1专家知识描述结论表达结论要求了所包括专门知识范围观测表达观测是得到结论所需要观测或量测成果推理规则表达产生式规则是决策规则最为常用表达形式可根据观测和假设之间逻辑关系提成3类：1)从观测到观测规则（FF规则）FactFF规则要求那些可从已确定观测直接推导出来观测真值。由于通过把观测和假设相组合能够描述功能更强产生式规则形式。2)从观测到假设规则（FH规则）Hypothesis在许多用于分类专家系统中，产生式规则可对产生式结论可信程度进行量度。3)从假设到假设规则（HH规则）HH(从假设到假设)规则用来要求假设之间推理。10/10/202337安徽大学计算机科学与技术学院37/435.6.2知识使用和决策解释结论分级与选择问询问题策略固定次序根据详细情况作出某种选择决策解释对系统设计者解释对系统使用者解释10/10/202338安徽大学计算机科学与技术学院38/435.7专家系统开发工具专家系统工具是一种更高级计算机程序设计语言现有专家系统工具，主要分为:骨架型工具：知识库以外部分；语言型工具：OPS5、CLIPS构造辅助工具：设计辅助工具、知识获