人工只能大作业-专家系统综述(共7页)

1、第 卷 第 期 中国图象图形学报 Vol. ,No. 2014 年 5 月 Journal of Image and Graphics .,200 第一作者简介：xx(1991.3-),男,江南大学在读，E-mail: xxxx 中图法分类号：TP301.6 文献(wnxin)标识码：A 文章(wnzhng)编号：1006-8961(200 ) - - 论文(lnwn)引用格式： 专家系统综述xx1，2 （江南大学 物联网工程学院，江苏省 无锡市 214122）摘 要：目的：专家系统是人工智能中的一个重要分支，它是用有关问题领域中的专家知识进行推理，并具有能与专家同等水平来解决十分复杂问题能力

2、的智能程序系统。方法：它是人工智能从一般思维规律探索走向实际系统设计，从实验进入现实世界的典范、转折点和突破口。结果：以专家知识为基础开发的专家系统在许多领域里获得成功，如电力、农业、地质勘探、医学等领域。结论：专家系统的这些成功，充分表明知识是智能的基础，人工智能的研究必须以知识为中心来进行。关键词 ： 专家知识；突破口；专家系统；应用领域Review of Expert System (ES)Zhanghenan1,2( Jiangnan University , jiangsu province, 214122) Abstract: This paper provides the rea

3、der with a brief discussion on Expert System ,This technologies and their applications in others engineering in general design and management in specific.Objective: The expert system is an important branch of artificial intelligence, which is used for reasoning about the problem domain expert knowle

4、dge, and have the same level with the experts to solve very complex problems intelligent programming system capacity.Method: It is artificial intelligence from the general law of thought to the actual system design exploration, into the real world from the experimental model, the turning point and b

5、reakthrough. Result: Expert knowledge-based expert system developed to succeed in many fields, such as electricity, agriculture, geological exploration, and medicine. Conclusion: The success of the expert system, fully demonstrates that knowledge is the basis of intelligence, artificial intelligence

6、 research must be carried out as the center of knowledge.Key words: Expert knowledge；Breach；Expert Systems ；Applications 0 引 言本文介绍专家系统的特点及其优点，专家系统的简单结构及专家系统的建造，使人们更加了解专家系统原理，通过介绍专家系统的应用及目前的研究方向(fngxing)，更加明确了专家系统在人们生活中的广大应用及专家系统为人们带来的种种利处，让大家更广泛的认识专家系统，从而激发人们对专家系统研究的兴趣。1 专家系统(zhun ji x tn)概述当人类(rnli

7、)大步向前的迈进21世纪的时候，信息技术的发展也迎来了新的机遇和挑战。在最近的几十年中，人工智能等技术逐渐得到了最大程度的关注和广泛地应用，其中专家系统更是获得了很大程度的普及，应用在各个领域里。其的简单结构和建造方法，使人们更加了解专家系统原理，更加明确了专家系统在人们生活中的广大应用及专家系统为人们带来的种种便利处，让大家更广泛的认识专家系统，从而激发人们对专家系统研究的兴趣。专家系统系其由知识库、推论引擎及接口为基础而组成的计算机化系统，其目的在于对某一特定领域的问题作判断、解释及认知。但由于此特定领域可大可小，且对认知的定义亦有不同的解释，故可有小如某些汽车专家系统只能依照外型等特征辨

8、认十余种车，亦有大如某些医学专家系统可依据十二万个不同的医学表征分辨八千余种疾病。尽管专家系统的定义未尽明确，但基本上当此系统所能处理的问题，其复杂性、对专业知识的需求、以及其执行的信度及效度足可与专家相匹敌时，我们便可称之为专家系统。而由于专家系统能够提供智能型的决策与辅助解决问题、并对求解的过程做某种程度的解释，因而也可以称为“智能型知识库系统”。专家系统简化结构如图我国专家系统的研究起步较晚，大约在80年代初期。最初开发出来的大都是演示系统，达不到实际应用水平。到目前为止，在理论研究和实际应用开发上都已有了丰硕的成果，并已扩展到数学、物理、化学、医学、地质、气象、农业、法律、教育、交通运

9、输、机械、艺术以及计算机科学本身，甚至渗透到政治、经济、军事等重大决策部门，产生了巨大的社会效益和经济效益，同时也促进了人工智能基本理论和基本技术的发展。 知识库知识库系统的主要工作是搜集人类的知识，将之有系统地表达或模块化，使计算机可以进行推论、解决问题。知识库中包含两种型态：一是知识本身，即对物质及概念作实体的分析，并确认彼此之间的关系；二是人类专家所特有的经验法则、判断力与直觉。知识库与传统数据库在信息的组织、并入、执行等步骤与方法均有所不同，概括来说，知识库所包含的是可做决策的知识，而传统数据库的内容则是未经处理过的数据，必须经由检索、解释等过程才能实际被应用。1.2 推理机推理机是专

10、家系统中实现基于知识推理的部件，是基于知识的推理在计算机中的实现，主要包括推理和控制二个方面，是知识系统中不可缺少的重要组成部分。其由算法或决策策略来进行与知识库内各项专门知识的推论，依据使用者的问题来推得正确的答案。推理方式，传统的形式化推理技术是以经典逻辑为基础的。谓词逻辑中由一组已知事实，根据公理系统推出某些结构的演绎过程，称为演绎推理方式。演绎是人类思维的一种主要表现形式，但由于人工智能研究的特点，严格的演绎方式不能够处理所有的问题，各种非经典逻辑推理方式的研究已成为专家系统和人工智能各个领域研究的重要内容之一。1.3 人机接口接口的主要功能(gngnng)是提供相关数据的输入与输出，

11、 可分为3个主要部分：发展者接口：目的在方便协助系统发展者进行知识粹取、知识库与推论器的编辑(binj)与修订，并能对专家系统进行测试、记录，并说明系统运作的过程、状态与结果；使用者接口：即专家系统(zhun ji x tn)与使用者之间的沟通桥梁，强调系统使用的亲和性与简易性，提供多种的操作方法，并指示正确的行为模式；系统接口：为系统与其它软硬件设备的整合管邈，例如连接其它数据库系统、外部档案、绘图软件或传感器等，均需透过此系统接口来进行。1.4 综合数据库数据库又称“黑板”、“综合数据库”或“动态数据库”，主要用于存放用户提供的初始事实、问题描述及系统运行过程中得到的中间结果、最终结果等信

12、息。同时又是推理机不可缺少的工作场地，同时由于它可记录推理过程中的各种有关信息，又为解释机构提供了回答用户咨询的依据。1.5 知识获取知识获取是专家系统的瓶颈，是建设和设计专家系统的关键。其基本任务是为专家系统获取知识，建立起健全、完善、有效的知识库，以满足求解领域问题需要。1.6 解释程序解释程序作用是：解答用户问题、了解运行步骤、验证推理的合理性和正确性。专家系统技术覆盖了计算机应用的许多领域，按其所完成的任务性质和特征，可以分为解释专家系统、预测专家系统、设计专家系统、规划专家系统、诊断专家系统、控制专家系统、决策专家系统、咨询专家系统等几类。专家系统的工作原理根据知识库中的知识和用户提

13、供的事实进行推理，不断地由已知的前提推出未知的结论即中间结果，并将中间结果放到数据库中，作为已知的新事实进行推理，从而把求解的问题由求知状态转换为已知状态。在专家系统的运行过程中，会不断地通过人机接 口与用户进行交互，向用户提问，并向用户作出 解释。知识的获取过程如图：3.专家系统的优势专家系统的优点具体地说，包括下列八个方面： （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

14、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，具有巨大的经济效分益和社会效益。 （8）研究专家系统能够促进整个科学技术的发展。4.专家系统(zhun ji x tn)的特点专家系统概括起来(q li)主要有三大特点：（1）启发性。专家系统能够运用专家的知识与经验进行推理、判断和决策。世界上的大部分工作和知识都是非数学性的，只有一小部分人类活动是以公式和数字计算为核心的（约占8%）。即使是化学和物理学科，大部分也是靠推理进行思考(sko)的；对于生物学、大部分医学和全部法律，情况也是这样。企业

15、管理的思考几乎是靠符号推理，而不是以数值计算。（2）透明性。专家系统能够解释本身的推理过程和回答用户提出的问题，以便让用户了解过程，提高专家系统的信赖感。例如，一个医疗诊断专家系统诊断某病人患有肺炎，而且必须用某种抗生素治疗，那么，一位专家系统将会向病人解释为什么他患有肺炎，而且必须用某种抗生素治疗，像一位医疗专家一样。（3）灵活性。专家系统能不断的增长知识，修改原有知识，不断的更新。5.专家系统的研究意义专家系统是人工智能应用研究最活跃和最广泛的课题之一，是一种具有代表性的智能应用系统，它旨在研究如何模拟人类专家的决策过程，解决那些需要专家才能解决的复杂问题。专家系统是人工智能中较为成熟的、

16、最活跃的一个分支，是人工智能发展最主要的发展动力。它是人工智能从一般思维规律探索走向实际系统设计，从实验进入现实世界的典范、转折点和突破口。专家系统的成功开发应用，对实现脑力劳动自动化具有特别重要的意义。专家系统研究的意义可以从以下几个主要方面来讨论。5.1专家系统研究是计算机科学与技术的应用和发展的需要专家系统作为人工智能的一个应用领域，它使人工智能从实验走向现实世界，成为检测人工智能基本理论和基本技术的一个重要实验场所，同时也向人们不断提出新的研究课题，推动了新的计算机体系的研究。各种专家系统的研制和使用扩大了计算机应用的领域，促进了计算机科学与技术的进一步发展。5.2专家系统为人类保存、

17、传播、使用和评价只是提供了一种有效的手段知识是一种宝贵的资产，尤其是专家的专门知识。人类社会最昂贵的是人类专家，培养专家需要耗费大量的资金和时间，专家的数量和质量是一个国家强盛程度的一个标志。社会对专家的需求是迫切的，即使是技术先进的国家也会感到专家的紧缺。专家的知识能否得到很好的继承关系到该领域的工作效率和领域发展的水平，因此保存和传播专家的专门知识无疑是一项重要的意义的工作，它有助于遏制社会最珍贵财富的流失，而且还可以把专家从知识传播中部分的解脱出来，是他们有更多的时间和精力去研究本领域中一些规律性的实质问题，同时，通过专家系统的解释机制，还能显示其知识库的已有知识和解释问题求解的推理路径

18、，使非专家用户可以通过计算机来检索具有权威性的专家知识，这种解释可以增强专家系统的可接受性，从教育的角度来说，它提供了较为直观的知识传播手段。 知识在专家系统中的形式组织，可以把专家大脑中一些启发式的知识显示地归纳出来，这个归纳过程也促进了专家本人对自身知识的认识和评价。他可以从中发现他的个性知识的不足和缺陷，以便于修改和精炼这些知识，也便于他人的理解和评价。由于领域内的不同专家只是可以采用统一的形式描述，一个专家系统的知识库可以集合多个专家的共同知识，便于比较和评价各个专家知识的优劣、克服单个专家的局限性。5.3专家系统的研究可以产生巨大的经济效益专家系统的研究使得人工智能同国民经济、科学技

19、术需要解决的实际问题联系起来，研制出一些急需专家的领域的专家系统，直接产生经济效益，从而使专家系统研究取得了明显的社会效益。6.专家系统(zhun ji x tn)的应用自从1965年第一个专家系统DENDRAL在美国斯坦福大学问世以来，经过20年的研究开发(kif)到八十年代中期，各种专家系统已遍布在各个专业领域，取得很大成功。现在专家系统得到更为广泛的应用，并在应用开发中得到广泛应用。下面按照用途介绍几种专家系统。6.1诊断(zhndun)性专家系统。其任务是据观察到的结果和情况推断出系统的故障及其原因。典型的应用是有医疗诊断、电子或机械故障诊断以及材料失效诊断等。例如ABEL 专家系统A

20、BEL 20世纪80年代早期由麻省理工学院(MIT)的Ramesh S.Pail及其研究团队开发，应用于关于疾病及其症状的问题，协助门诊医生诊断病人的酸、碱和电解质紊乱疾病的专家系统。利用病人可能的疾病因果关系模型对门诊医生提出疑问，并指导诊断推理过程。这个模型包含关于病人的数据和关于不同病理状态间关系的知识，诊断推理过程有浅度推理和深度推理。深度推理已建立临床诊断与疾病之间的联系；深度推理建立疾病的生理模型，可以同时考虑多种疾病。ABEL包含两种知识：医疗（含有等级制度）和因果（含有节点和因果的多层及其关联连接关系）。还有ACE专家系统 Automated Cable Expertise 一

21、种电话电报网络故障检修并能推荐适当的策略的专家系统。在没有人工输入的情况下，ACE能根据电报维修管理程序（CRAS）生成的细节数据分析维修报告。当CAE发现电话电缆故障时，它决定电缆是否需要维修，并且选择最有效的维修步骤。ACE还能将其做出的建议存储到数据库中提供给用户。为了利用有关CRAS提供的维修报告、线缆中心，以及网络分析策略等知识，ACE使用基于正向规则的知识表示方法做决策。ACE使用开发软件OPS4以及FRANZ LISP语言开发的，并运行在位于电缆分析部门的AT&T公司的3B-2型微机上。6.2监视型专家系统。其任务在于对系统、对象、过程的行为进行不断观察，并把观察到的行为与其应当

22、具有的行为进行比较，以发现异常状况，发出警报。典型的应用有核电站的安全监视、防控监视与报警、国家财政的监控及农作物病虫害的监视与报警等。例如LES专家系统 LES 在肯尼迪航天中心监控航天飞机中液氧装载的专家系统。LES的输入数据为从发射处理系统和控制液氧装载的处理控制器的到的一系列实时测量数据。LES检测温度、压力、流速、阀门位置的等测量数据，并决定发射处理系统是否接受传感器的有效数据。当LES不能判明问题所在，它将提供一份列出受怀疑的部件和执行测试去隔离失灵部件的指令一览表。LES用ZETALISP实现，由MITRE公司和肯尼迪航天中心联合开发，已达到实验原型水平。此外还有NAV专家系统

23、NAVEX 是navigation expert的缩写，一个专家系统用于监视雷达站数据，原理是估计一个空间飞行器的速度和位置，找出误差。当误差被检测出来或是被预测到了时，向发射中心操作人员发出警告。当程序检测到误差时，会采取一些命令行动，例如，排除一些雷达站的数据或者重新启动当前数据的分析。程序是基于规划和面向框架的，并且实时运行，基于规划和面向框架的，并且实施运行，基于实际雷达站而发出命令。6.3设计性专家系统。其任务是根据设计要求，求出满足设计问题约束的目标配置，形成所需的方案或图形描述。典型的应用主要有电路设计、土木建筑设计、机械产品设计、生产工艺设计等。例如，AGE专家系统 AGE一种

24、用来帮助人工智能工程师设计，建立和测试各种专家系统框架的工具。它可以帮助建造者选用一个构架，设计一个规则语言，并把各部分组合成一个完整的专家系统。AGE有一个构造块集合，包括正向或逆向推理的推理机和表达黑板结构的结构，以及一个构架，能够支持多种专家系统结构。此外还有预测行专家系统、控制型专家系统、教学型专家系统、修理型专家系统等等7.专家系统(zhun ji x tn)发展趋势在进入90年代后，人们对专家系统的研究转向了与知识工程(gngchng)、模糊技术、实时操作技术、神经网络技术、数据库技术等相结合的专家系统，这也是专家系统今后的研究方向和发展趋势。71 专家系统与其他(qt)先进技术的

25、结合7.1.1 与数据库技术的结合随着所涉及工程复杂性的提高，需要处理的数据也越来越多，知识库越来越大，专家系统的知识管理也更加困难。专家系统可借鉴数据库中关于信息存贮、共享、并发控制和故障恢复技术，对其知识库进行管理、设计，从而实现大型知识库、共享知识库和分布式知识库，改善专家系统的特征。7.1.2 与神经网络技术相结合专家系统的瓶颈问题就是知识的无限性和系统能力有限性的矛盾。专家系统与神经网络技术可以有机地结合起来。在常规专家系统中，随着知识量的增加，程序的运行会变得很慢；到一定程度时，系统将不能工作，这是由于常规的计算机适合于逻辑性计算，常规的专家系统全是采用逻辑性推理，而逻辑性推理的时

26、空消耗很大，因此引入神经网络的直观性思维进入专家系统是解决这一问题的有效方案。和数学计算机相比，神经网络系统具有集体运算的能力和自适应的能力，有很强的容错性，善于联想、综合和推广。7.1.3 与Web技术相结合以往的专家系统大多数都是在单机上实现的，未能充分地利用日益发展的Web网络资源， 因而不能及时地更新领域知识，为此，结合先进的Web技术，开发出网络专家系统，拓展专家系统的可移植性和可维护性。考虑到Internet的运行方式，系统一般采用三层的C/S结构，该结构具有速度快、功能强、易维护、可移植、开放性较好等特点。7.1.4 与多媒体技术相结合要把文字、数值、图形、图像以及声音等各种信息

27、结合起来，并引入到专家系统中，需要采用多媒体智能信息的接口技术。实现语音、文字、图形和图像的直接输入输出是对新一代专家系统提出的要求。多媒体技术应用到专家系统中，可以使专家系统变得更加直观，方便与用户之间互动交流。7.2 发展多专家系统7.2.1 多专家系统的协同化尽管专家系统已经在各个领域得到了广泛地应用，并收到良好的效果，但它们解决问题的范围常常受到限制，主要是因为：知识不足；解决问题的方法不妥。目前，大部分的专家系统都是针对某一特定领域建立的， 一旦越出这一特定领域，系统就有可能无法再有效地运行，因此发展协同式多专家系统就是克服一般专家系统局限性的一个重要途径。协同式多专家系统涉及多个专

28、家系统如图2所示。通过多个子专家系统的协同工作扩大了专家系统的解决问题的整体能力。每一子专家系统仅有一种问题求解方法，但却充分了解自身的局限性以及协作专家的长处，从而知道何时和怎样传递问题。7.2.2 分布式专家系统由于工程领域专家系统中知识复杂，需要多种问题求解的方法，以适应不同子任务的需要，分布式专家系统是在分布式人工智能的基础上发展起来的，各子系统相互协作，共同完成一个或多个控制作业任务的技术。网络通讯技术的成熟，硬件的发展、处理速度的提高为分布式专家系统提供了可能。研究分布式专家系统，可以考虑将复杂的大问题分解为简单的小问题，先确定小问题的推力策略和相关的知识源， 然后再考虑如何使各个

29、子系统之间相互协调，相互合作；同时将一个复杂模块分解成相对独立的模块，便于系统调试和维护，并且能使系统对软件及硬件的错误具有容错能力，使系统更具可靠性。分布式专家系统具有分布处理的特征，把一个专家系统的功能经分解以后分布到多个处理器上工作，总体上提高了专家系统的处理效率。但是目前其基本理论、体系结构、协作策略、开发工具还处于研究和开发中。7.3 新型专家系统的特征（1）并行与分布处理(chl)。基于各种并行算法，采用各种并行推理和执行技术，适合在多处理器的硬件环境中工作，即具有分布处理的功能。（2）多专家系统(xtng)协同工作。在这种系统中，有多个专家系统协同合作。（3）高级(goj)语言和知识语言描述。专家系统生成系统就能自动或半自动地生成所要的专家系统。（4）具有学习功能。新