人工智能专家系统ppt课件

1、 专家系统概论专家系统概论1.专家系统的概念专家系统的概念2.专家系统的根本构造专家系统的根本构造3.专家系统的开发专家系统的开发 专家系统的概念专家系统的概念1.什么是专家系统什么是专家系统 专家系统是一个具有大量的专门知识与专家系统是一个具有大量的专门知识与阅历的程序系统，它运用人工智能技术和计阅历的程序系统，它运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算机技术，根据某领域一个或多个专家提供的知识和阅历，进展推理和判别，模拟人类的知识和阅历，进展推理和判别，模拟人类专家的决策过程，以便处理那些需求人类专专家的决策过程，以便处理那些需求人类专家处置的复杂问题，简而言之，专家系

2、统是家处置的复杂问题，简而言之，专家系统是一种模拟人类专家处理领域问题的计算机程一种模拟人类专家处理领域问题的计算机程序系统。序系统。 专家系统的概念专家系统的概念2.专家系统与普通运用程序的区别专家系统与普通运用程序的区别 前者把问题求解的知识隐含地编入程序，前者把问题求解的知识隐含地编入程序，而后者那么把其运用领域的问题求解知识单而后者那么把其运用领域的问题求解知识单独组成一个实体，即为知识库。知识库的处独组成一个实体，即为知识库。知识库的处置是经过与知识库分开的控制战略进展的。置是经过与知识库分开的控制战略进展的。更明确地说，普通运用程序把知识组织为两更明确地说，普通运用程序把知识组织为

3、两级：数据级和程序级；大多数专家系统那么级：数据级和程序级；大多数专家系统那么将知识组织成三级；数据、知识库和控制。将知识组织成三级；数据、知识库和控制。 专家系统的概念专家系统的概念3.专家系统的类型专家系统的类型 对专家系统可以按不同的方法分类。通对专家系统可以按不同的方法分类。通常，可以按运用领域、知识表示方法、控制常，可以按运用领域、知识表示方法、控制战略、义务类型等分类。如按义务类型来划战略、义务类型等分类。如按义务类型来划分，常见的有解释型、预测型、诊断型、调分，常见的有解释型、预测型、诊断型、调试型、维护型、规划型、设计型、监视型、试型、维护型、规划型、设计型、监视型、控制型、教

4、育型等。控制型、教育型等。 专家系统的根本构造专家系统的根本构造 1. 1.专家系统的根本构造专家系统的根本构造 专家系统的根本构造专家系统的根本构造如下图，其中箭头方向如下图，其中箭头方向为数据流动的方向。专家为数据流动的方向。专家系统通常由人机交互界面、系统通常由人机交互界面、知识库、推理机、解释器、知识库、推理机、解释器、综合数据库、知识获取等综合数据库、知识获取等6 6个部分构成。个部分构成。 专家系统的根本构造专家系统的根本构造 系统的主要部分是知识库和推理引擎。系统的主要部分是知识库和推理引擎。根据到目前为止讨论的推理系统，知识库由根据到目前为止讨论的推理系统，知识库由谓词演算现实

5、和有关讨论主题的规那么构成。谓词演算现实和有关讨论主题的规那么构成。 推理引擎由一切支配知识库来演绎用户推理引擎由一切支配知识库来演绎用户要求的信息的过程构成要求的信息的过程构成-如消解、前向链或反如消解、前向链或反向链。用户接口能够包括某种自然言语处置向链。用户接口能够包括某种自然言语处置系统，它允许用户用一个有限的自然言语方系统，它允许用户用一个有限的自然言语方式与系统交互。也可是用带有菜单的图形接式与系统交互。也可是用带有菜单的图形接口界面。解释子系统分析被系统执行的推理口界面。解释子系统分析被系统执行的推理构造，并把它解释给用户。构造，并把它解释给用户。 专家系统的根本构造专家系统的根

6、本构造 在实践运用中在实践运用中,这四个部分构成了一个系这四个部分构成了一个系统统.在一个专家系统构造中在一个专家系统构造中,一个一个知识工程师知识工程师(经常是一个训练过的经常是一个训练过的AI计算机科学家计算机科学家)与与运用领域的一个专家运用领域的一个专家(或几个专家或几个专家)共同任务共同任务以便把专家的相关知识表示成一种方式以便把专家的相关知识表示成一种方式,以使以使它能被输入到知识库它能被输入到知识库.这个过程经常由一个知这个过程经常由一个知识采集子系统协助。和其他情况一样，这个识采集子系统协助。和其他情况一样，这个子系统检查正在增长的知识库的能够不一致子系统检查正在增长的知识库的

7、能够不一致和不完备信息，然后将它们表示给专家以做和不完备信息，然后将它们表示给专家以做出决议。出决议。 专家系统的根本构造专家系统的根本构造 2.专家系统的任务原理及普通任务过程专家系统的任务原理及普通任务过程 专家系统的根本任务流程是，用户经过专家系统的根本任务流程是，用户经过人机界面回答系统的提问，推理机将用户输人机界面回答系统的提问，推理机将用户输入的信息与知识库中各个规那么的条件进展入的信息与知识库中各个规那么的条件进展匹配，并把被匹配规那么的结论存放到综合匹配，并把被匹配规那么的结论存放到综合数据库中。最后，专家系统将得出最终结论数据库中。最后，专家系统将得出最终结论呈现给用户。呈现

8、给用户。 在这里，专家系统还可以经过解释器向在这里，专家系统还可以经过解释器向用户解释以下问题：系统为什么要向用户提用户解释以下问题：系统为什么要向用户提出该问题出该问题Why？计算机是如何得出最终？计算机是如何得出最终结论的结论的How？ 领域专家或知识工程师经过专门的软件领域专家或知识工程师经过专门的软件工具，或编程实现专家系统中知识的获取，工具，或编程实现专家系统中知识的获取，不断地充实和完善知识库中的知识。不断地充实和完善知识库中的知识。 专家系统的根本构造专家系统的根本构造 专家系统的任务过程是根据知识库中的专家系统的任务过程是根据知识库中的知识和用户提供的现实推理，不断地由知的知识

9、和用户提供的现实推理，不断地由知的前提推出未知的结论，并把这些未知的结论前提推出未知的结论，并把这些未知的结论纳入任务存储空间，作为知的新现实继续推纳入任务存储空间，作为知的新现实继续推理，从而把求解的问题由未知形状转换为知理，从而把求解的问题由未知形状转换为知形状。可见，专家系统的任务过程是专家任形状。可见，专家系统的任务过程是专家任务过程的一种机器模拟。务过程的一种机器模拟。 专家系统的开发专家系统的开发 1.专家系统的开发条件专家系统的开发条件 根底知识型数据库的建立根底知识型数据库的建立 专家系统的中心是知识。专家系统的中心是知识。 面向基层农户和农技人员，面向基层农户和农技人员，MV

10、PES将将蔬菜栽培的领域知识用如下几种类型来表示蔬菜栽培的领域知识用如下几种类型来表示和组织：和组织： 1描画型知识。描画型知识。 2数据型知识。数据型知识。 3规那么型知识。规那么型知识。 专家系统的开发专家系统的开发 1.专家系统的开发条件专家系统的开发条件 计算机实现的推理技术计算机实现的推理技术 推理是在建立知识库、规那么库、数据推理是在建立知识库、规那么库、数据库的根底上，从用户提供的已有现实，推出库的根底上，从用户提供的已有现实，推出新的结果。新的结果。 采用产生式推理方式。多条规那么之间采用产生式推理方式。多条规那么之间普通都有联络，即其中某条规那么的前提是普通都有联络，即其中某

11、条规那么的前提是另一条规那么的结论。可以按逆向推理的思另一条规那么的结论。可以按逆向推理的思想把推理前提与推理目的之间的一系列规那想把推理前提与推理目的之间的一系列规那么展开为一棵树型的构造，构成知识树或推么展开为一棵树型的构造，构成知识树或推理树。理树。 专家系统的开发专家系统的开发 2.专家系统的根本设计思想与根本设计原那专家系统的根本设计思想与根本设计原那么么 (1) 设计系统时，首先集中精神研讨一设计系统时，首先集中精神研讨一小部分假设，以及下述的观测或察看，也就小部分假设，以及下述的观测或察看，也就是说，在设计实验系统时，先不要思索那些是说，在设计实验系统时，先不要思索那些不非常确定

12、的事物。运用一部分结论，只取不非常确定的事物。运用一部分结论，只取那些确实可信的察看和一定的规那么。那些确实可信的察看和一定的规那么。 (2) 挑选那些最有利于区别各个假设的挑选那些最有利于区别各个假设的观测。也就是说，运用这些观测可以把各种观测。也就是说，运用这些观测可以把各种假设完全区分开来。假设完全区分开来。 专家系统的开发专家系统的开发 2.专家系统的根本设计思想与根本设计原那专家系统的根本设计思想与根本设计原那么么 (3) 在许多情况下，为得到许多所需的在许多情况下，为得到许多所需的结论，可以有许多方式来组合观测。在决议结论，可以有许多方式来组合观测。在决议规那么时，首先从确认或区分

13、各种假设所需规那么时，首先从确认或区分各种假设所需的数量最少的观测组合开场。的数量最少的观测组合开场。(4) 把那些并不具有很强的预测或区别把那些并不具有很强的预测或区别才干的观测组合起来，以便经过观测或结论才干的观测组合起来，以便经过观测或结论之间的依赖关系来改善这些观测的区别才干。之间的依赖关系来改善这些观测的区别才干。 专家系统的开发专家系统的开发 2.专家系统的根本设计思想与根本设计原那专家系统的根本设计思想与根本设计原那么么 (5) 建立中间假设。引入中间假设的目建立中间假设。引入中间假设的目的是为了减少规那么数量和简化推理过程。的是为了减少规那么数量和简化推理过程。例如，由观测的组

14、合可以产生中间假设组合例如，由观测的组合可以产生中间假设组合H1、H2和和H3。利用这些中间假设的组合合。利用这些中间假设的组合合取取(H1H2H3)可以减少产生式规那么组可以减少产生式规那么组合的增长率。同时，还可以采取以下的做法：合的增长率。同时，还可以采取以下的做法：先独立地确定中间假设先独立地确定中间假设H，然后在进一步的推，然后在进一步的推理中，利用理中，利用H的一定或否认，而不是一直以现的一定或否认，而不是一直以现实来推理。实来推理。 专家系统的开发专家系统的开发 2.专家系统的根本设计思想与根本设计原那专家系统的根本设计思想与根本设计原那么么 (6) 以各种事例来实验所设计的系统

15、。以各种事例来实验所设计的系统。研讨那些产生不准确结论的事例，并且确定研讨那些产生不准确结论的事例，并且确定系统可以做些什么修正以校正错误。修正系系统可以做些什么修正以校正错误。修正系统后要检验系统对这些事例产生的结果以及统后要检验系统对这些事例产生的结果以及系统的这些修正对其它事例的影响。系统的这些修正对其它事例的影响。 专家系统的开发专家系统的开发 2.专家系统的根本设计思想与根本设计原那专家系统的根本设计思想与根本设计原那么么 各类专家系统之间具有一些共同的问题。各类专家系统之间具有一些共同的问题。对于一些义务类似的专家系统，由于问题特对于一些义务类似的专家系统，由于问题特征不同而具有不

16、同的求解方法；而另一些义征不同而具有不同的求解方法；而另一些义务不同的专家系统，由于问题性质相近而具务不同的专家系统，由于问题性质相近而具有类似的求解方法。显然，从问题的普通特有类似的求解方法。显然，从问题的普通特征出发来思索建立模型的方法，可以更易于征出发来思索建立模型的方法，可以更易于抓住问题的本质。抓住问题的本质。 专家系统的开发专家系统的开发 3.专家系统的开发工具专家系统的开发工具 目前国外出现了许多公用的专家系统工目前国外出现了许多公用的专家系统工具，开发某领域的专家系统根本上是运用开具，开发某领域的专家系统根本上是运用开发工具来实现的，如发工具来实现的，如1986HalLemmo

17、n等人开发的等人开发的Comax棉花消费管理专家系统。棉花消费管理专家系统。 我国也出现不少专家系统工具，如我国也出现不少专家系统工具，如“天天马专家系统开发工具、马专家系统开发工具、ASCS农业专家咨农业专家咨询系统开发平台、国家询系统开发平台、国家863方案研讨成果方案研讨成果农农业专家系统开发平台业专家系统开发平台PAID：Platform for Agricultural Intelligence-system Development等。等。 专家系统的开发专家系统的开发 3.专家系统的开发工具专家系统的开发工具 现有的专家系统工具，主要分为骨架型现有的专家系统工具，主要分为骨架型工具

18、工具(又称外壳又称外壳)、言语型工具、构造辅助工、言语型工具、构造辅助工具和支撑环境等具和支撑环境等4类。类。 专家系统的开发专家系统的开发 3.专家系统的开发工具专家系统的开发工具 1骨架型开发工具骨架型开发工具专家系统普通都有推理机和知识库两部专家系统普通都有推理机和知识库两部分，而规那么集存于知识库内。在一个理想分，而规那么集存于知识库内。在一个理想的专家系统中，推理机完全独立于求解问题的专家系统中，推理机完全独立于求解问题领域。系统功能上的完善或改动，只依赖于领域。系统功能上的完善或改动，只依赖于规那么集的完善和改动。由此，借用以前开规那么集的完善和改动。由此，借用以前开发好的专家系统

19、，将描画领域知识的规那么发好的专家系统，将描画领域知识的规那么从原系统中从原系统中“挖掉，只保管其独立于问题领挖掉，只保管其独立于问题领域知识的推理机部分，这样构成的工具称为域知识的推理机部分，这样构成的工具称为骨架型工具。这类工具因其控制战略是预先骨架型工具。这类工具因其控制战略是预先给定的，运用起来很方便，用户只须将详细给定的，运用起来很方便，用户只须将详细领域的知识明确地表示成为一些规那么就可领域的知识明确地表示成为一些规那么就可以了。以了。 专家系统的开发专家系统的开发 3.专家系统的开发工具专家系统的开发工具 2言语型开发工具言语型开发工具言语型工具提供应用户的是建立专家系言语型工具

20、提供应用户的是建立专家系统所需求的根本机制，其控制战略也不固定统所需求的根本机制，其控制战略也不固定于一种或几种方式，用户可以经过一定手段于一种或几种方式，用户可以经过一定手段来影响其控制战略。因此，言语型工具的构来影响其控制战略。因此，言语型工具的构造变化范围广泛，表示灵敏，所顺应的范围造变化范围广泛，表示灵敏，所顺应的范围要比骨架型工具广泛得多。要比骨架型工具广泛得多。 专家系统的开发专家系统的开发 3.专家系统的开发工具专家系统的开发工具 3构造辅助工具构造辅助工具系统构造辅助工具由一些程序模块组成，系统构造辅助工具由一些程序模块组成，有些程序能协助获得和表达领域专家的知识，有些程序能协

21、助获得和表达领域专家的知识，有些程序能协助设计正在构造的专家系统的有些程序能协助设计正在构造的专家系统的构造。它主要分两类，一种是设计辅助工具，构造。它主要分两类，一种是设计辅助工具，另一种是知识获取辅助工具。另一种是知识获取辅助工具。 专家系统的开发专家系统的开发 3.专家系统的开发工具专家系统的开发工具 4支撑环境支撑环境支撑设备是指协助进展程序设计的工具，支撑设备是指协助进展程序设计的工具，它常被作为知识工程言语的一部分。工具支它常被作为知识工程言语的一部分。工具支撑环境仅是一个附带的软件包，以便运用户撑环境仅是一个附带的软件包，以便运用户界面更友好。它包括四个典型组件：调试辅界面更友好

22、。它包括四个典型组件：调试辅助工具、输入输出设备、解释设备和知识库助工具、输入输出设备、解释设备和知识库编辑器。编辑器。 专家系统的开发专家系统的开发 3.专家系统的开发步骤专家系统的开发步骤 (1) 设计初始知识库。知识库的设计是设计初始知识库。知识库的设计是建立专家系统最重要和最艰巨的义务。初始建立专家系统最重要和最艰巨的义务。初始知识库的设计包括：知识库的设计包括： (a) 问题知识化，即区分所研讨问题问题知识化，即区分所研讨问题 的本质，如要处理的义务是什么，它是如何的本质，如要处理的义务是什么，它是如何定义的，可否把它分解为子问题或子义务，定义的，可否把它分解为子问题或子义务，它包含

23、哪些典型数据等。它包含哪些典型数据等。 (b) 知识概念化，即概括知识表示所知识概念化，即概括知识表示所需求的关键概念及其关系，如数据类型、知需求的关键概念及其关系，如数据类型、知条件条件(形状形状)和目的和目的(形状形状)、提出的假设以及、提出的假设以及控制战略等。控制战略等。 专家系统的开发专家系统的开发 3.专家系统的开发步骤专家系统的开发步骤 (1) 设计初始知识库。知识库的设计是设计初始知识库。知识库的设计是建立专家系统最重要和最艰巨的义务。初始建立专家系统最重要和最艰巨的义务。初始知识库的设计包括：知识库的设计包括： (c) 概念方式化，即确定用来组织知概念方式化，即确定用来组织知识的数据构造方式，运用人工智能中各种知识的数据构造方式，运用人工智能中各种知识表示方法把与概念化过程有关的关键概念、识表示方法把与概念化过程有关的关键概念、子问题及信息流特性等变