人工智能2012(6ES)资料

1、模糊(m hu)逻辑从集合角度：模糊(m hu)集合从逻辑角度：模糊逻辑共六十页第6章 专家系统(zhun ji x tn)6.1 专家系统概述(i sh) 6.5 新型专家系统6.2 基于规则的专家系统 6.6 专家系统设计6.3 基于框架的专家系统 6.7 专家系统开发工具6.4 基于模型的专家系统 6.8 小结共六十页6.1 专家系统(zhun ji x tn)概述专家系统(expert system)是人工智能应用研究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知识与经验智能计算机程序系统，能够利用人类(rnli)专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问题 3共六十

2、页 6.1 专家系统(zhun ji x tn)概述6.1.1 专家系统(zhun ji x tn)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： 启发性透明性灵活性专家系统的优点存在八个方面 4共六十页6.1.2 专家系统(zhun ji x tn)的类型 解释专家系统 预测(yc)专家系统诊断专家系统设计专家系统规划专家系统6.1 专家系统概述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5共六十页1.解释(jish)专家系统(expert system for interpretation)任务 通过对已知信息和数据的分析与解释，确定它们的涵义。特点(tdi

3、n)数据量很大，常不准确、有错误、不完全能从不完全的信息中得出解释，并能对数据做出某些假设推理过程可能很复杂和很长例子 语音理解、图象分析、系统监视、化学结构分析和信号解释等6.1 专家系统概述6共六十页2. 预测(yc)专家系统(expert system for prediction)任务通过对过去和现在已知状况的分析，推断未来可能发生的情况特点系统处理(chl)的数据随时间变化，且可能是不准确和不完全系统需要有适应时间变化的动态模型例子 有气象预报、军事预测等6.1 专家系统概述7共六十页3. 诊断(zhndun)专家系统(expert system for diagnosis)任务 根

4、据观察到的情况(数据)来推断出某个对象机能失常(即故障)的原因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，并从不确切(quqi)信息中得出尽可能正确的诊断 例子 有医疗诊断等 6.1 专家系统概述8共六十页4. 设计(shj)专家系统(expert system for design)任务 寻找出某个能够达到(d do)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需要检索较大的可能解空间能试验性地构造出可能设计，易于修改能够使用已有设计来解释当前新的设计例子 VAX计算机结构设计专家系统等6.1

5、 专家系统概述9共六十页5.规划(guhu)专家系统(expert system for planning)任务 寻找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(guhu)的目标可能是动态的或静态的，需要对未来动作做出预测所涉及的问题可能很复杂 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。6.1 专家系统概述10共六十页6.监视(jinsh)专家系统(expert system for monitoring) 任务(rn wu) 对系统、对象或过程的行为进行不断观察，并把观察到的行为与其应当具有的行为进行比较，以发现异常情况，发出警报特点系统应具

6、有快速反应能力系统发出的警报要有很高的准确性系统能够动态地处理其输入信息例子 粘虫测报专家系统6.1 专家系统概述11共六十页7. 控制(kngzh)专家系统(expert system for control)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(mnz)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。6.1 专家系统概述12共六十页8. 调试(dio sh)专家系统(expert system for debugging) 任务 对失灵的对象给出处理意见和方法特

7、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(bjio)少见6.1 专家系统概述13共六十页9. 教学(jio xu)专家系统(expert system for instruction) 特点同时具有诊断(zhndun)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辅助教学系统等。6.1 专家系统概述14共六十页10. 修理(xil)专家系统(expert system for repair)任务 对发生故障的对象(duxing)(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

8、等功能例子 ACI电话和有线电视维护修理系统6.1 专家系统概述15共六十页6.1.3专家系统(zhun ji x tn)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(zzh)形式专家系统结构图6.1 专家系统概述知识库推理机专家知识输入或提问答案图6.1专家系统结构简图16共六十页图6.2则为理想(lxing)专家系统的结构图接口(ji ku)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6.1 专家系统概述17共六十页一般(ybn)应用程序与专家系统的区别一般(ybn)应用程序专家系统 把问题求解的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

9、用领域的问题求解知识单独组成一个实体。即为知识库。 将知识组织成三级；数据、知识库和控制。6.1 专家系统概述18共六十页知识化问题(wnt)图6.3建立(jinl)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2. 专家系统的建造步骤6.1 专家系统概述19共六十页建立(jinl)系统的一般步骤如下：设计初始(ch sh)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）的开发与实验知识库的改进与归纳 规则6.1 专家系统概述20共六十页6.2基于(jy)规则的专家系统知识库（规则(guz)）工作存储器（事实）推理机1.基于规则

10、的专家系统的工作模型 图6.4 基于规则的工作模型21共六十页基于规则的专家系统采用下列(xili)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(dun q)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 6.2 基于规则的专家系统22共六十页2.基于规则(guz)专家系统的结构6.2 基于(jy)规则的专家系统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23共六十页6.3 基

11、于框架(kun ji)的专家系统1. 面向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采用面向目标编程技基于框架的设计和面向目标的编程共享许多特征在设计基于框架系统(xtng)时，专家系统(xtng)的设计者们把目标叫做框架24共六十页特征(tzhng)名称(mngchng)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 (goal agenda)2. 基于框架专家系统的结构6.3 基于框架的专家系统图6.6 人类的框架分层结构25共六十页3. 基于

12、(jy)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(shyng)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6.3 基于框架的专家系统26共六十页6.4 基于模型(mxng)的专家系统1. 基于模型专家系统(zhun ji x tn)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27共六十页2.

13、 基于(jy)神经网络的专家系统神经网络模型从知识(zh shi)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6.4 基于模型的专家系统28共六十页神经网络专家系统的基本(jbn)结构6.4 基于模型(mxng)的专家系统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29共六十页神经网络专家系统的几个(j )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

14、值计算过程，同时也是一种并行推理机制(jzh)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6.4 基于模型的专家系统30共六十页6.5 新型(xnxng)专家系统6.5.1 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(wnshn)能力 先进的智能人机接口31共六十页6.5.2 分布式专家系统(zhun ji x tn)主要目的：把一个专家系统的功能(gngnng)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

15、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。6.5 新型专家系统32共六十页设计和实现(shxin)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(hu fn)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6.5 新型专家系统33共六十页6.5.3 协同式专家系

16、统(zhun ji x tn)一般专家系统解题(ji t)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”6.5 新型专家系统34共六十页设计与建立(jinl)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(fngsh) 驱动方式6.5 新型专家系统35共六十页6.6 专家系统(zhun ji x tn)设计 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(mio sh)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36共六十页6.6.1专家(zhunji)

17、知识的描述结论的表示 结论规定了所涉及专门知识的范围观测的表示 观测是得到结论所需要的观察或量测结果推理规则的表示 产生(chnshng)式规则是决策规则最为常用的表示形式可根据观测和假设之间的逻辑关系分成3类： (1) FF规则)(2) FH规则 (3) HH规则6.6 专家系统设计37共六十页6.6.2 知识(zh shi)的使用和决策解释结论的分级与选择询问问题的策略固定的顺序(shnx)根据具体情况作出某种选择决策的解释对系统设计者的解释对系统使用者的解释6.6 专家系统设计38共六十页6.7 专家系统(zhun ji x tn)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

18、的专家系统工具，主要分为骨架(gji)型工具、语言型工具、构造辅助工具和支撑环境等4类39共六十页1. 骨架(gji)型开发工具定义： 只保留原系统独立于问题领域知识的推理机部分形成的工具称为骨架优点 ：使用方便，节省在开发系统的过程结构上的时间(shjin)，提高开发效率，交互性好，提供很强的对结果进行解释的功能问题及缺点：实例 EMYCIN 6.7 专家系统开发工具40共六十页2. 语言(yyn)型开发工具与骨架型的对比 优点 结构变化范围广泛，表示灵活，所适应的范围广泛问题(wnt)及缺点 功能上的通用性与使用上的方便性的矛盾造成一些问题(wnt)和缺点实例 OPS5、CLIPS等6.7

19、 专家系统开发工具41共六十页3. 构造(guzo)辅助工具主要(zhyo)分两类 设计辅助工具，知识获取辅助工具实例 AGE系统 、TEIRESIAS6.7 专家系统开发工具4. 支撑环境支撑设施是指帮助进行程序设计的工具四个典型组件：调试辅助工具、输入输出设施、解释设施和知识库编辑器42共六十页第五章 专家系统(zhun ji x tn)信息科学与技术(jsh)学院2008.843共六十页一、专家系统(zhun ji x tn)的基本概念1.什么是专家系统（Expert System)ES其实质是一类程序系统从功能上可把它定义为：一个在某领域(ln y)具有专家水平解题能力的程序系统。它能

20、象领域(ln y)专家一样工作，能运用专家们多年来积累的工作经验与专门知识，在很短的时间内对问题得出高水平得解答。从结构上可把ES定义为：由一个专门领域的知识库，以及一个能获取和运用知识的推理机构成的解题程序系统ES的定义：专家系统是具有大量专门知识与经验、模拟人类专家的思维方式就某一复杂问题进行决策的程序系统。44共六十页2.专家系统的特点启发性：专家系统能运用专家的知识与经验进行推理、判断和决策。透明性：专家系统能够解释本身的推理过程(guchng)和回答用户提出的问题，以便让用户能够了解推理过程(guchng)，提高对专家系统的信赖感。灵活性：专家系统能不断地增长知识，修改原有知识，不断

21、更新。45共六十页3.专家系统的优点(1)专家系统能够高效率、准确、周到、迅速和不知疲倦地进行工作。(2)专家系统解决实际问题(wnt)时不受周围环境的影响，也不可能遗漏忘记。(3)可以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。(4)专家系统能促进各领域的发展。(5)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。(6)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。(7)专家系统的研制和应用，具有巨大的经济效益和社会效益。(8)研究专家系统能够促进整个科学技术的发展。46共六十页4.专家系统(zhun ji x tn)的类型（1）解释专家

22、系统任务 ：通过对已知信息和数据的分析与解释，确定它们的涵义。特点： 数据量很大，常不准确、有错误、不完全,能从不完全的信息中得出解释，并能对数据做出某些假设，推理过程可能很复杂和很长例： 语音理解、图象分析、系统监视、化学结构分析和信号解释等。（2）预测专家系统任务：通过对过去和现在已知状况的分析，推断未来可能发生的情况特点： 系统处理的数据随时间变化，且可能是不准确和不完全，系统需要有适应时间变化的动态模型例： 有气象预报、军事预测、人口预测、交通预测、经济预测和谷物产量预测等47共六十页（3）诊断专家系统任务： 根据观察到的情况(数据)来推断出某个对象机能失常(即故障)的原因特点： 能够

23、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，并从不确切信息中得出尽可能正确的诊断例： 医疗诊断、电子机械和软件故障诊断以及材料失效诊断等。（4）设计专家系统任务：根据设计要求,求出满足设计问题约束的目标(mbio)配置特点 ：从多种约束中得到符合要求的设计；系统需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；能够使用已有设计来解释当前新的设计。 例： VAX计算机结构设计专家系统等。48共六十页（5）规划专家系统任务: 寻找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

24、态的，需要对未来动作做出预测，所涉及的问题可能很复杂 。 例: 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。(6) 监视专家系统任务: 对系统、对象或过程的行为进行不断观察，并把观察到的行为与其应当具有(jyu)的行为进行比较，以发现异常情况，发出警报。特点: 系统具有快速反应能力，发出的警报要有很高的准确性，能够动态地处理其输入信息。例: 防空监视与报警,农作物病虫害的监视与报警。49共六十页（7)控制专家系统任务:自适应地管理一个受控对象或客体的全面行为(xngwi)，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:

25、空中交通管制、商业管理、自主机器人控制、作战管理、生产过程控制和质量控制等。(8)调试专家系统任务: 对失灵的对象给出处理意见和方法。特点: 同时具有规划、设计、预报和诊断等专家系统的功能。50共六十页（9）教学专家系统 任务:教学专家系统的任务是根据学生的特点、弱点和基础知识，以最适当的教案和教学方法对学生进行教学和辅导。特点:(1)同时具有诊断和调试等功能。 (2)具有良好的人机界面。例: 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以及聋哑人语言训练专家系统等。（10）修理专家系统任务: 对发生故障的对象(系统或设备)进行处理(chl)，使其恢复正

26、常工作。修理专家系统具有诊断、调试、计划和执行等功能。例: 美国贝尔实验室的ACI电话和有线电视维护修理系统。51共六十页二、专家系统(zhun ji x tn)的基本结构 专家系统的结构是指专家系统各组成部分的构造方法和组织形式。 一个最基本(jbn)的专家系统应由知识库、数据库、推理机、解释机构、知识获取机构和用户界面6个部分组成。 用 户 界 面用户领域专家AI专家解释机构推理机知识获取部分数据库知识库52共六十页1.知识库 是专家系统的知识存储器，用来存放求解问题的领域知识。知识库中的知识通常(tngchng)分为两类：一类是领域中的事实，称为事实性知识，是写在书本上的知识和常识。另一

27、类是启发性知识，是领域专家积累起来的经验总结。2.数据库（动态存储器，黑板） 是用来(yn li)存储有关欲求解问题的事实、数据、初始状态（证据）和推理过程中得到的各种中间状态及目标等。3.推理机 是一组用来控制、协调整个专家系统的程序。它根据数据库当前输入的数据，利用知识库中的知识，按照一定的推理策略，去求解当前的问题、解释外部输入的事实和数据，推导出结论并向用户提示等。 推理机主要有两个任务：一是推理，二是控制搜索过程。53共六十页4.解释(jish)机构 解释系统本身的推理结果，回答用户的提问，使用户能够了解推理的过程及所运用的知识和数据的一组程序，包括系统提示、人机对话、能书写规则的语言以及解释部分程序。5.知识获取机构 是建立知识库的重要基础。辅助知识工程师和专家进行(jnxng)知识获取，将知识加入到知识库中，并负责维持知识的一致性及完整性，建立起性能良好的知识库。6.用户界面 是专家系统与外界的接口，用于系统和外界之间的通讯与信息交换。54共六十页三、知识(zh shi)获取 1.知识获