人工智能专家系统论文

专家系统应用分析与设计学院专业研究方向学生姓名学号任课教师姓名任课教师职称2013年6月22日#.具有专家水平的专业知识：专家系统中的知识按其在问题求解中的作用可分为三个层次，既数据级、知识库级、控制级。数据级知识是指具体问题所提供的初始事实及在问题求解过程中所产生的中间结论、最终结论。数据级知识通常存放与数据库中。知识库知识是指专家的知识。这一类知识是构成专家系统的基础。控制级知识也称为元知识，是关于如何应用前两种知识的知识，如在问题求解中的搜索策略、推理方法等。具有专家专业水平是专家系统的最大特点。专家系统具有的知识越丰富，质量越高，解决问题的能力就越强。.能进行有效的推理：专家系统要利用专家知识来求解领域内的具体问题，必须有一个推理机构，能根据用户提供的已知事实，通过应用知识库中的知识，进行有效的推理，以实现问题的求解。.启发性：专家系统能利用经验的判断知识来对求解的问题作出多个假设。依据某些条件选定一个假设，是推理继续进行。.透明性：专家系统能够解释推理过程和回答用户提出的问题。.灵活性：专家系统的知识库与推理机制既相互联系，又相互独立。使系统易于扩充，具有较强的灵活性。.交互性：专家系统一般都是交互式系统，具有较好的人机界面。一方面它需要与领域专家和知识工程师进行对话以获取知识，另一方面它也需要不断地从用户处获得所需的已知事实并回答用户的询问。专家系统的一般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。专家系统一般包括人机接口、推理机、知识库、动态数据库、知识获取机构和解释机构六部分。各部分的关系如图1所示。图1专家系统的一般结构1.3专家系统的类型若按专家系统的特性及功能分类，专家系统可分为10类，如下：1、解释型专家系统：根据感知数据，经过分析、推理，从而给出相应解释。2、诊断型专家系统：根据取得的现象、数据或事实推断出系统是否有故障，并能找出产生故障的原因，给出排除故障的方案。3、预测型专家系统：根据过去和现在的信息推断可能发生和出现的情况。如气象预报、人口预测、水文预报、经济形势预测等。4、设计型专家系统：根据给定的产品要求设计产品的一类系统。5、规划型专家系统：能按给定目标拟定总体规划、行动计划、运筹优化等，适用于机器人动作控制、工程规划、军事规划、城市规划、生产规划等。6、控制型专家系统：能根据具体情况，控制整个系统的行为，适用于对各种大型设及系统进行控制。7、监督型专家系统：能完成实时的监控任务，并根据监测到的现象做出相应的分析和处理。8、修理型专家系统：用于制定排除某类故障的规划并实施排除。9、教学型专家系统：适用于辅助教学，并能根据学生在学习过程中所产生的问题进行分析、评价、找出错误原因，有针对性地确定教学内容或采取其他有效的教学手段。10、调试型专家系统：能根据相应的标准检测被检测对象存在的错误，并能从多种纠错方案中选出适用于当前情况的最佳方案，排除错误。1.4专家系统的开发过程1.4.1项目管理从大的方面来讲，专家系统的开发依赖于所提供的的资源。和别的项目一样，开发业依赖于组织和管理。项目管理包括下列部分一一事实上，项目管理已成为专家系统方法的主题：♦活动管理丄计划确定活动内容A规定活动的优先次序资源需求阶段目标持续时间责任丄进度规定开始和结束时间>解决同等优先权任务之间的冲突丄记事监督项目性能丄分析分析计划、进度和已记事的活动♦产品配置管理丄产品管理

>管理产品不同版本丄变更管理>管理变更建议及其影响评估♦资源管理预测资源需求获取资源规定合理使用资源的责任提供紧要资源以减少瓶颈对于专家系统的开发来讲，活动就是建造系统的工作，下图从系统所经步骤的角度给出了开发一个系统所需的高层活动。可行性研究*快速原型精炼系统（可行性研究*快速原型精炼系统（a-测试）现场测试（B-测试）

¥商业化系统说明项目可行的论证报告快速建立专家系统模型来证明设想、激发热情和加强高层管理人员的印象由知识工程师和专家通过现实问题在实验室验证系统挑选一般的用户来测试系统证实与测试培训用户文档通过电话/电子邮件提供快捷用户支持维护和升级维护和升级修补漏洞1.4.2详细生命周期模型一个大型高质量专家系统，有很多因素都必须考虑。对于那些不打算作为一般用途的小型研究原型来说，并非所有任务或每个阶段都是必须的。不过，又有多少设计作为个人或研究用途开发的软件获得许可，进入了一般用途呢？计戈I」计划阶段的目的在于产生一个专家系统开发的正式工作计划（workplan），该工作计划是用来指导和评估开发的一套文档。下图列出了该阶段的任务。计划阶斟的任务资澤管理任费删堆度初曲功他说计昏层隔求抉定廨輔是否值樁竝，如掘Mr是否婆用圖专強帝统技术怙计新器的人力、对间和软畏件.集何醍取刑曾理捕需惴涕貝并说聊各任箱和在前母中的展序掛宦备阱段申在务前并晞和克战日期迪蚊為码慕軌高层功凝集世翼黑统龙现克曲什虫，这牛任爭悦吗了系址的目的肌祐层的猶度描楚系统功着愎如何实现可行性分析是生命周期中最重要的任务。它必须回答这个项目是否值得做以及相应的选用专家系统是否合适。这两个问题的答案决定了项目是否应用专家系统方法进行。可行性分析设计许多因素，正如上图中讨论的那样，这些因素包括选择一个合适的专家系统问题领域、成不和收益问题等等。知识定义知识定义阶段(Knowledgedefinitionstage)的目的是定义专家系统的知识需求，包括下面的连个主要任务：知识来源鉴别与选择知识获取、分析与提炼每个主要任务均由其他任务组成。表中描述了知识来源鉴别与选择的任务。知讽来源蹇别与选择枉务来0?嘛别来游置要性来淙可用挫来ar盘揮覽识来洱丁谄、来麵于什金・不看山可用性U开发的直要挫抉声岸员知识崇濛口可用ft诽列覽识来諒、书幡和算他文比专氨知识可用性强規据覽愛性利可用性说裤来鶴機取惓略知识出分鉴别知溟分类累戟弄蝴憶明知旧如何获眩的方进.知廿閒寺9L・01丈出、拯则归酗逊撞■阳暮誓从来操中拱选出在生命周期附谨衣反复屮有用的特别轴识时知《?琲行并董和亂现以需助哥发甘验疋和理翼，尽可觀f用屈次仃険社详阳功能设汁初血控制辄程刑盼用户爭册需求世明知识茁拔详豹覗駅累隊的功軀这是从更为技术前原衣・而祖始功能进计是从管理的层点描址专赢廉址擠行的一般貳段.这些辭密对摊于那些通注懣孫f下《(活来控制执疗就瑕的瓊辑抿則从用户油皮描址系as*这迪系議殆魏禅但常詰社報朗的〜牛郵分.应按旱询用"与以憧得到丘饬宿息.進是至关蛋耍的.如黑根的不便用理统.那虫所僦也都是徒描跑准确定义系址誉團.专宝簾査粽権摒谊些需或来进石址实甥従系毓的知识基毘・此时任何改变祁豁鎖疳一牛正式的改变箱求"此时所碍聲的离层知说可用于下一阶国的知说设甘知识获取任务(Knowledgeacquisitiontask、知识分析任务(Knowledgeanalysistask和知识提取任务(Knowledgeextractiontask)的主要目的是产生和验证系统所需要的知识，从知识被确定基线开始，它应是正确的和合适的以便下阶段的知识设计。除了常用的访问专家方法外，其他一些方法如搜集网(Repertorygrid)或者自创理论(Personalconstructtheroy)也可用于实现知识的自动获取。知识设计知识设计阶段(Knowledgedesignstage)的目的是产生专家系统的详细设计。该阶段包括两个主要任务：知识定义详细设计表中描述了知识定义的任务。知识定义任务枉务目前乳肚示说胡如何玄示怔诅.优如规则、梅蠻或矍SU这依粽于专家察蛟H具支持歸种喪示详斟揑期蜡构瓏阳』种一般竝舸巒相土(门如奥爲址嵌入劃过昶北码中，它将怎样竣诵用主②籬执行中育去规匐绘的輕那⑶规艷的元扱控削斯构内部事实帮构以一致方式说联内郴寧实第构.以帮忧理解和忧犠设计初毎用户界面悅明剖鶴用户畀面.肽用户魁联褂有关畀面的反橫wwwt计划悅明料曲将如筒龍沈・定叉测述載据、刮就鲨置创矗剪筒廿祈福出摘果明确事实结构的基本思想便于优化设计。例如，像“价格10”这样的事实本身意义并不明确。“10”代表什么呢？如果在事实中含有附加信息，如“价格10”或者更进一步，“黄金价格10”，那么黄金价格就是有意义的。注意事实的这种形式是传统的对象——属性——值形式，因此方便人们阅读与理解。CLIPS通过规则的自定义模板结构以及对象机制支持这种形式。编码与校验表中描述了编码与校验阶段(Codeandcheckoutstage)，它从实际的代码实现开始。编码与橙验任务任霧目时编码测址潸忧码利査用户乎博慕址酬丈档低玛实现便用邂越數据、鲁试殖置和規址井折程序测试代码产主注科过的文档见欄代玛产生工柞用户乎溜亂便专靈和用户糖提隽反愤九用户提(ft耳觥的J;•曲ft丈档耳毅乘藐功箭，周雜段存祀问JS荊宜档这个阶段结束于测试准备复查(Testreadinessreview)，测试准备复查决定专家系统是否为下一阶段的知识验证做好了准备。知识验证知识验证阶段(Knowledgeverificationstage)的目的是决定系统的正确性、完备性和一致性。该阶段分为两个主要任务：1.正式测试2.测试分析表中描述了知识验证阶段的正式测试任务(Formaltesttask)。证阶段的正式测试枉券柱#冃的鉴逐芷孟馬側诫莎帛離述报告is试皓果文档测试分析任务(Testanalysistask如下表所示。测试分析希望解决下面主要问题:不正确答案不完整答案3.不一致答案测试分折任界ft务日的建就勾测试蜡世文档并决定问题是出自规则、推理链和不确定性，还是这三个因素的组合。如果问题不是出在专家系统，那么就得分析专家系统工具软件的漏洞。系统评估正如下表所描述的那样，系统开发生命周期的最后一个阶段是系统评估阶段(Systemevaluationstage)。该阶段的目的是总结从改进和完善建议中学到了什么。{E乐利旳也锹弍与验旺第卑证实逆夹累眾正嚴卖现丁用户需求叩期咸量终捋告如果柔純己兗融，庭布韋骥报告:如舉未左咸・廈布中期現醫由于专家系统的建立是一个反复过程，因此随着新知识的增加，系统评估阶段所形成的报告，常常作为描述系统新功能的中期报告。但是，系统新功能必须通过本身验证，而且是作为系统原有知识的一部分。也就是说，必须在系统所有知识合取的情况下实施系统验证，而不仅仅是对新知识。此外，每当这一阶段，专家系统都应进行实而不是等到最后一次反复。目前，有关知识库的自动验证系统也正在研究中。[3].[4].[5].[6]、实际应用上边谈了很多关于专家系统的理论知识，未免有些抽象，下面通过介绍一个专家系统的具体实例来对它达到更好的认识。这个专家系统是图书馆参考服务专家系统，以下就它的建立进行说明。2.1图书馆参考服务专家系统的建构参考服务专家系统的建构分为以下四个部分：2.1.1确立服务的范围、流程与相关知识建立一个参考服务专家系统，首要的步骤即是确立服务的范围，列出清晰的作业步骤，并找出相关的知识与概念，如此才能建立出精确、完整的知识库与推论器。图书馆必须确认图书馆中那些工作是可以由专家系统来负责进行的。馆员必须要将问题分为数类，如必须花费大量时间的问题、令人厌烦的问题、经常重复的问题、馆员较喜欢处理的问题等。图书馆参考服务专家系统应提供何程度的服务，并无一定的标准，端赖图书馆想要使专家系统发挥何种效益而定。每个图书馆的服务宗旨不同，参考服务的表现不同，当然专家系统中所包含的数据及问题的类型均有差异，不过一般来说，大致可分为三种型态：启发式，中介式，深入式。知识的萃取知识的粹取可取材自不同的地方，除了人类专家的知识之外，如相关的教科书、手册、报告、数据库等都可以成为知识的来源。此程序通常是由知识工程师来主导进行，与专家洽谈，询问相关的问题以及解决的方式。因此，由于专家知识是专家系统的主要内涵，知识工程师必须尽可能不借持个人的知识作主观的判断解释，主动询问或导引专家，并在两者之间形成一个良好的沟通模式，才能使知识的粹取顺利进行。知识的呈现知识取得后，接着是如何将知识予以结构化。下列有几种表示专家知识的方法：法则：法则是最常用表示专家知识的方法，其标准的程序架构为「若则」(If-then)，即评估一个情况，若状况为真，则采取行动。参考服务可以藉由拟订一些法则来解决一些推论性问题，举例如下：专家系统内法则的数量与程度比传统程序多上许多，而传统程序大概仅有50条到100条法则，而专家系统常具备数百至数千条法则。法则可以依据个别的需求将其作不同的的定义，因此提供相文件大的弹性，可以用来处理的不确定状况。框架：知识框架是组织知识的一种数据结构，运用对象导向的方式涵盖特定对象的所有知识。每一个特定对象都包含了一个以上的属性，称为Slots，而每个性又有一至多个属性值，或事些设定的合理的范围，称为Facets。举例来说，我们可以将每个书给予一个框架。语意网络：语意网络是由由多个代表概念的点(Nodes)及连接点与点之间的弧(Arcs)所组成的一个网络。如图3所示，我们可以透过它将书藉与其它相关要素之间相互连结的关系图架构起来。图3语意网络架构范例2.1.4系统的发展要素系统的发展要素不外乎发展工具与人员的运用二方面，兹分述如下：发展工具在发展参考服务专家系统时，最好先建立一个雏型化的系统,测试建立系统的不同方式，以发现最好的解决方案。专家系统一般可利用程序语言或专家系建构工具来加以开发：程序语言符号运算程序语言：此种程序语言是专门为人工智能与专家系统而开发的，其中以LISP与PROLOG最广被应用。一般高阶程序语言：如C、Pascal、Fortran等，通常适用于科学、数学及统计方面。由于这些程序语言本来就不是为专家系统设计，所以利用它们来开发专家系统需花费较多的时间与金钱成本。一般来说，程序语言的设计较为费时，但能提供专家系统建构者较大的弹性，较能设计出符合解决问题的专家系统。专家系统建构工具(Shell)：专家系统建构工具又称为专家系统骨架，是一种亲和性相当高的发展环境，非常容易产制使用者接口，快速表示知识库以及控制管理搜寻数据的策略，可视为发展专家系统的软件包。因此即使不是计算机专家，亦可以透过它来开发专家系统。专家系统建构工具基于简单好用的考量，大多是采法则模式，发展起来较迅速，但可能无法完全适用于不同的图书馆情况与特定的作业，也无法开发出较复杂的知识库和推论器。人员的运用图书馆在开发参考服务专家系统时，虽然大部分建构工作的技术部分主要是由知识工程师与程序设计师完成的，但馆员在整个过程中亦是举足轻重的,必须参与整个开发的作业，以使建构出来的系统确能符合所需。馆员可以依其能力，及与其它专家合作的程度，适时地扮演以下角色：作为信息资源的专家：馆员提供知识工程师图书馆的现况及需求等资料，或协助其寻找、了解图书馆学领域中的相关信息。作为协调者：计划群组常很大，相互之间的协调是有些困难的。馆员可以作为一个居中的领导者或沟通协调者。作为信息中介者：馆员可以作