第7章 专家系统

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7.1基本概念7.1.1什么是专家系统◆专家系统(ExpertSystem,ES)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(软件)系统。◆专家系统的四个要素：(1)(2)(3)(4)能达到专家级水平。7.1.2专家系统的特点——从处理的问题性质看,专家系统善于解决那些不确定性的、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,医疗诊断、地质勘探、天气预报、市场预测、管理决策、军事指挥等领域的问题。——从处理问题的方法看,专家系统则是靠知识和推理来解决问题(不像传统软件系统使用固定的算法来解决问题),所以,专家系统是基于知识的智能问题求解系统。——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。7.1.3专家系统的类型按用途分类,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、调度型等几种类型。按输出结果分类,专家系统可分为分析型和设计型。按知识表示分类,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、基于语义网的专家系统等等。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)两类。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。按规模分类,可分为大型协同式专家系统和微专家系统。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。7.1.47.1.57.2系统结构7.2.1概念结构1.知识库(KnowledgeBase,KB)2.推理机(InferenceEngine,IE)3.动态数据库4.5.6.知识库管理系统专家系统的概念结构专家系统的理想结构7.2.2实际结构专家系统的实际结构示例地质图件绘制智能辅助系统结构7.2.3黑板模型黑板结构7.2.4专家系统的客户/服务器结构及浏览器/服务器结构7.3实例分析--勘探专家系统PROSPECTOR7.3.1PROSPECTOR的功能与结构(1)勘探评价(2)区域资源评价(3)井位选择PROSPECTOR总体结构7.3.2知识表示1.分类学网络2.分块语义网络语义空间3.推理网络PROSPECTORE→H(LS，LN)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：)|()|(HEPHEPLS)|()|(HEPHEPLN推理网络示例知识库中三种网络的关系7.3.3推理模型PROSPECTOR的不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。（详见教材8.2.2节）7.3.41.2.3.7.3.5解释系统7.4系统设计与实现7.4.1一般步骤与方法7.4.27.4.3知识获取1.2.3.自动获取7.4.4知识表示与知识描述语言设计7.4.51.知识库设计医疗诊断知识库层次结构2.知识库管理系统设计1)知识操作功能包括知识的添加、删除、修改、查询和统计等。2)知识检查包括知识的一致性、完整性、冗余性等检查。r1:ifPthenQr2:ifPthen﹁Qr1:ifPthenQr2:ifQthenRr3:ifRthenP3)知识库操作包括知识库的建立、删除、分解、合并等。7.4.6推理机与解释机制设计1.2.3.算法设计与程序设计4.解释机制如何实现7.4.77.4.8人机界面设计7.5开发工具与环境7.5.1开发工具1.面向AI的程序设计语言2.知识表示语言3.外壳系统4.组合式构造工具5.专家系统工具EST7.5.2开发环境●用EST开发的一个小型专家系统示例：work(main):{主程序}makewindow(1,117,0,d,3,10,4,30),nl,{定义主窗口}write(微机故障诊断专家系统),nl,nl,makewindow(2,27,0,a,9,40,1,16)readchar(_),dialog(yes),{开人机对话}metaKB(kb0),{将元知识调入内存}goaltrouble(Y),{推理目标}reasoning(backward){启动反向推理机}7.6专家系统的发展7.6.1深层知识专家系统7.6.2模糊专家系统模糊控制系统结构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