1、第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 教材簡介教材簡介: : 名名 稱稱: :人工智能原理與應用人工智能原理與應用 作作 者者: :張仰森張仰森 出版社出版社: :高等教育出版社高等教育出版社 章章 節(jié)節(jié): :共十章共十章主講教師主講教師: : 宗春梅宗春梅第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 專家系統(tǒng)是人工智能應用研究的一個重要分支。自20世紀60年代末，費根

2、鮑姆等人研制成功第一個專家系統(tǒng)dendral以來,專家系統(tǒng)已被成功地運用到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、地質礦產(chǎn)業(yè)、科學技術、醫(yī)療、教育、軍事等眾多領域，并已產(chǎn)生了巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。它實現(xiàn)了人工智能從理論研究走向實際應用，從一般思維方法探討轉入專門知識運用的重大突破。成為人工智能應用研究中最活躍、也最有成效的一個重要領域。第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 8.1 專家系統(tǒng)概述 1.1.產(chǎn)生與發(fā)展過程產(chǎn)生與發(fā)展過程 1968年世界上的第一個專家系統(tǒng)dendral在美國的斯坦福大學研發(fā)成

3、功。dendral是世界上第一例成功的專家系統(tǒng)，它的出現(xiàn)標志著人工智能的一個新領域專家系統(tǒng)的誕生。 20世紀60年代末，美國麻省理工學院開始研究用于解決復雜微積分運算和數(shù)學推導的專家系統(tǒng)macsyma。卡內(nèi)基梅隆大學在同一時期也開發(fā)了一個用于語音識別的專家系統(tǒng)hearsay，并相繼研發(fā)成功hearsayii和hearsayiii。 1974年，匹茲堡大學研制成功內(nèi)科病診斷咨詢系統(tǒng)internist，并在以后對其不斷完善，使之發(fā)展成專家系統(tǒng)caduceus。 8.1.1 專家系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展專家系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能

4、原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 1976年，專家系統(tǒng)mycin由美國斯坦福大學的e.h.shortliffe開發(fā)成功，其主要設計目的是為細菌感染疾病提供抗菌劑治療建議。mycin還首次使用了目前專家系統(tǒng)中常用的知識庫的概念，并在不確定性的表示和處理中采用了可信度的方法。 1976年，美國斯坦福大學國際研究所人工智能研究中心的r.o.duda等人研制成功一個探礦專家系統(tǒng)rospector，該系統(tǒng)把礦床模型按計算機能解釋的形式編碼，隨后利用這些模型進行推理，達到勘探評價、區(qū)域資源估值、鉆井井位選擇的目的。 進入20世紀80年代以后，專家系統(tǒng)的研發(fā)開始趨于商品化

5、。8.1 專家系統(tǒng)概述 8.1.1 專家系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展專家系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 2. 專家系統(tǒng)的成就專家系統(tǒng)的成就由數(shù)字設備公司（dec）和卡內(nèi)基梅隆大學合作研發(fā)的專家系統(tǒng)xcon，是一個用于為vax計算機系統(tǒng)制定硬件配置方案的商用系統(tǒng)，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益。ace是由貝爾實驗室于80年代初開發(fā)的一個用于設備錯誤診斷的專家系統(tǒng)，用于定位和識別在電話網(wǎng)絡中的故障點。delta則是由通用電氣公司在80年代中期開發(fā)的錯誤診斷系統(tǒng)，以幫助維修人員發(fā)現(xiàn)在

6、柴油發(fā)電機中的故障。3. 中國的情況中國的情況 我國專家系統(tǒng)的研發(fā)起步于20世紀80年代，開發(fā)成功了許多具有實用價值的應用型專家系統(tǒng)。8.1 專家系統(tǒng)概述 8.1.1 專家系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展專家系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 4. 需要進一步研究并加以解決的問題需要進一步研究并加以解決的問題 知識的自動獲取方法、深層知識的表示和利用方法、分布式知識的處理方法以及知識的完備性等問題都是要繼續(xù)探討和研究的。8.1 專家系統(tǒng)概述 8.1.1 專家系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展專

7、家系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 到目前為止，有關專家系統(tǒng)還沒有一個嚴格公認的形式化定義。但人們普遍認為，專家系統(tǒng)是一種具有大量專門知識與經(jīng)驗的智能程序系統(tǒng)，它能運用某個領域一個或多個專家多年積累的經(jīng)驗和專門知識，模擬領域專家求解問題時的思維過程，以解決該領域中的各種復雜問題。也就是說，專家系統(tǒng)具有三個方面的含義： 它是一種具有智能的程序系統(tǒng)。能運用專家知識和經(jīng)驗進行推理的啟發(fā)式程序系統(tǒng)。 它必須包含有大量專家水平的領域知識，并能在運行過程中不斷地對這些知

8、識進行更新。 它能應用人工智能技術模擬人類專家求解問題的推理過程，解決那些本來應該由領域專家才能解決的復雜問題。 8.1 專家系統(tǒng)概述8.1.2 專家系統(tǒng)的定義第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 對專家系統(tǒng)的類型劃分可以有多種不同的方法。不同的分類方法所得到的分類結果也不同。 1. 按專家系統(tǒng)特性和處理問題的類型分類 海葉斯羅斯（f.heyes-roth)等人按照專家系統(tǒng)的特性及處理問題的類型，將專家系統(tǒng)分為以下10種類型。 （1）解釋型：通過對已知信息和數(shù)據(jù)進行分析和推理，

9、從而確定它們的含義，給出相應解釋的一類專家系統(tǒng)。 （2）診斷型：根據(jù)輸入系統(tǒng)的有關被診斷對象的信息，來推斷出相應對象存在的故障和產(chǎn)生故障的原因，并進一步給出排除故障方法的一類專家系統(tǒng)。 8.1 專家系統(tǒng)概述8.1.3 專家系統(tǒng)的種類第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 （3 3）設計型：）設計型：根據(jù)用戶輸入的設計要求數(shù)據(jù)，求解出滿足設計要求的目標配置方案的一種專家系統(tǒng)。（4 4）預測型：）預測型：通過對過去知識以及當前的事實與數(shù)據(jù)進行分析，推斷未來情況的一類專家系統(tǒng)。（5 5

10、）規(guī)劃型：）規(guī)劃型：根據(jù)給定的規(guī)劃目標數(shù)據(jù)，制定出某個能夠達到目的的動作規(guī)劃或行動步驟的一類專家系統(tǒng)。（6 6）監(jiān)視型：）監(jiān)視型：這是一類用于對被檢控對象進行實時地、不斷地觀察，并能觀察到情況及時做出適當反應的專家系統(tǒng)。（7 7）控制型：）控制型：用來對一個受控對象或客體的行為進行適當?shù)恼{節(jié)與管理，以使其滿足預期要求的一類專家系統(tǒng)。（8 8）調試型：）調試型：對失靈的對象制定出排除故障的規(guī)劃并實施排除的一類專家系統(tǒng)。8.1 專家系統(tǒng)概述8.1.3 專家系統(tǒng)的種類第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應

11、應應應 用用用用用用 （9)9)教學型：教學型：是一類可根據(jù)學生學習的特點，制定適當?shù)慕虒W計劃和教學方法，以對學生進行教學和輔導的專家系統(tǒng)。 (10)(10)修理型：修理型：對發(fā)生故障的系統(tǒng)或設備進行處理，使其恢復正常工作的一類專家系統(tǒng)。 除了以上這10種類型的專家系統(tǒng)外，決策型和管理型的專家系統(tǒng)也是近年來頗受人們重視的兩類專家系統(tǒng)。 8.1 專家系統(tǒng)概述8.1.3 專家系統(tǒng)的種類第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 2、按系統(tǒng)的體系結構分類 (1)集中式專家系統(tǒng) 這是一類對知

12、識及推理進行集中管理的專家系統(tǒng)。對于這類專家系統(tǒng)，又可根據(jù)系統(tǒng)知識庫與推理機構的組織方式，細分為層次式結構、深-淺雙層結構、多層聚焦結構及黑板結構等專家系統(tǒng)。 層次式結構專家系統(tǒng)是指其推理機構為多層機制，推理方式采用逐層推理的專家系統(tǒng)。 深淺雙層結構專家系統(tǒng)是指系統(tǒng)的知識庫由兩個子知識庫構成，其中一個稱為深層知識庫，用于存放問題領域內(nèi)的原理性知識，另一個稱為淺層知識庫，用于存放領域專家的經(jīng)驗知識。 多層聚焦結構專家系統(tǒng)是指知識庫中的知識按動態(tài)分層組織的形式進行管理。 黑板結構類型的專家系統(tǒng)一般用于求解比較復雜的問題，通常具有多個知識庫和多個推理機。8.1 專家系統(tǒng)概述8.1.3 專家系統(tǒng)的種類

13、第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 (2) 分布式專家系統(tǒng) 分布式專家系統(tǒng)是指將知識庫或/和推理機分布在一個計算機網(wǎng)絡上的一類專家系統(tǒng)。主要特點是，系統(tǒng)中的知識庫及推理機在邏輯上和物理上都采用一種分布結構，其各機構間通過計算機網(wǎng)絡實現(xiàn)互連，并在求解問題的過程中，相互通信、相互協(xié)作。 (3) 神經(jīng)網(wǎng)絡專家系統(tǒng) 采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術進行建造，以神經(jīng)網(wǎng)絡為體系結構實現(xiàn)知識表示和求解推理。這種類型的專家系統(tǒng)目前尚處于研究階段。 (4) 符號系統(tǒng)與神經(jīng)網(wǎng)絡相結合的專家系統(tǒng) 將神經(jīng)網(wǎng)絡與

14、符號處理系統(tǒng)有機結合起來就用于專家系統(tǒng)的知識表示與推理求解。8.1 專家系統(tǒng)概述8.1.3 專家系統(tǒng)的種類第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 在總體上，專家系統(tǒng)還具有以下一些共同特點： （1）啟發(fā)性 （2）透明性 （3）靈活性 （4）交互性 （5）推理有效性 （6）復雜性 （7）實用性 （8）知識的專門性 （9）易推廣8.1 專家系統(tǒng)概述 8.1.4 專家系統(tǒng)的一般特點第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理

15、理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 8.2 專家系統(tǒng)的基本結構第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 8.2.1 8.2.1 數(shù)據(jù)庫及其管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫及其管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫又稱綜合數(shù)據(jù)庫，用來存儲有關領域問題的初始事實、問題描述以及系統(tǒng)推理過程中得到的種種中間狀態(tài)或結果等，系統(tǒng)的目標結果也存于其中。 8.2.2 8.2.2 知識庫及其管理系統(tǒng)知識庫及其管理系統(tǒng) 知識庫是專家系統(tǒng)的知識存儲器，用來存放被求解問題的相關領域內(nèi)的原理性知識或一些相關的事實以及專家的經(jīng)驗性知識。

16、原理性或事實性知識是一種廣泛公認的知識，即書本知識和常識，而專家的經(jīng)驗知識則是長期的實踐結晶。 8.2.3 8.2.3 知識獲取機構知識獲取機構 知識獲取機構是專家系統(tǒng)中的一個重要部分,它負責系統(tǒng)的知識獲取，由一組程序組成。其基本任務是從知識工程師那里獲得知識或人訓練數(shù)據(jù)8.2 專家系統(tǒng)的基本結構第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 中自動獲取知識，并把得到的知識送入知識庫中，并確保知識的一致性及完整性。 8.2.4 推理機 推理機是專家系統(tǒng)在解決問題時的思維推理核心，它是一組

17、程序，用以模擬領域專家思維過程，以使整個專家系統(tǒng)能夠以邏輯方式進行問題求解。 8.2.5 解釋器 解釋器是人與機接口相連的部件，它負責對專家系統(tǒng)的行為進行解釋，并通過人機接口界面提供給用戶。 8.2.6 人機接口 人機接口是專家系統(tǒng)的另一個關鍵組成部分，它是專家系統(tǒng)與外界進行通訊與交互的橋梁，由一組程序與相應的硬件組成。8.2 專家系統(tǒng)的基本結構第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 利用某種手段從知識源中獲取專家系統(tǒng)實現(xiàn)問題求解所需的專門知識，并以某種形式在計算機中存儲，滿足領

18、域問題求解的需求。一般包括知識抽取、表示、輸入和檢測等幾項工作。1、知識抽取知識抽取 知識抽取知識抽取是指把蘊含于多個知識源中的知識經(jīng)過分析、識別、理解、遴選、歸納等處理后抽取出來，以便用于知識庫的建立。知識源知識源是指專家系統(tǒng)知識的來源，包括領域專家、技術報告、課本教材、相關論文、實例研究、經(jīng)驗數(shù)據(jù)及系統(tǒng)本身的運行實踐等。8.3 知識獲取 8.3.1 知識獲取的任務第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 2 2、知識的表示、知識的表示 將知識源中以自然語言、圖形、表格等形式表示

19、的知識轉換為計算機能夠識別或運用的形式。這種轉換通常先由知識工程師對知識源中的知識進行分析和抽樣，并用適當?shù)闹R表示形式表示出來，然后再把這種知識表示形式通過某種編譯程序翻譯成計算機可直接識別或應用的內(nèi)部編碼。 3 3、知識的輸入、知識的輸入 知識輸入就是要把從知識源獲取的、以某種表示形式表示的知識經(jīng)過在計算機上編輯、編譯送入知識庫的過程。 4 4、知識的檢測、知識的檢測 知識檢測的主要任務是保證知識庫的一致性和完整性。8.3 知識獲取 8.3.1 知識獲取的任務第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應

20、應應應應 用用用用用用 按照知識獲取所使用的手段，可分為人工獲取、半自動化獲取和自動化獲取三種。1、人工知識獲取 是一種通過知識工程師對知識源中的數(shù)據(jù)進行分析處理，以獲取知識的一種途徑。知識工程師首先從領域專家那里了解他們解決問題的方法，閱讀有關文獻，初步獲取專家系統(tǒng)所需要的原始知識；然后，再對所獲得的原始知識進行分析、歸納、整理、總結，將每一條知識用自然語言的形式表達出來，并交由領域專家審查。經(jīng)反復交流，最后把所總結的每條知識確定下來，再將每條知識用適當?shù)闹R表示方法表示出來，應用知識編輯器輸入計算機。 8.3.2 知識獲取主要途徑8.3 知識獲取第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人

21、工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 在從領域專家那里獲取知識時一般采用如下的技術步驟： （1）現(xiàn)場觀察 （2）問題討論 （3）問題描述 （4）問題分析 （5）建造原型系統(tǒng) （6）系統(tǒng)檢查 （7）系統(tǒng)驗證 8.3.2 知識獲取主要途徑8.3 知識獲取第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 8.3.2 知識獲取主要途徑8.3 知識獲取2 2、半自動化知識獲取、半自動化知識獲取半自動知識獲取是指在人工知識獲取的

22、基礎上增加了部分機器學習功能，使專家系統(tǒng)本身能夠從大量的實例中歸納出某些知識。由于它不是純粹的人工知識獲取，又不是完全的機器自動知識獲取，因而稱作半自動和知識獲取。以下的一些方法屬于半自動化獲取方法。（1）智能知識編輯這是一個通過建立智能知識編輯器來實現(xiàn)知識獲取的方法。智能知識編輯器是一種類似于數(shù)據(jù)庫編輯器的軟件，它可實現(xiàn)對知識庫的結構和內(nèi)容進行修改，是目前建造專家系統(tǒng)時常用的一種工具。第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 （2）知識發(fā)現(xiàn)系統(tǒng) 這是一種利用計算機輔助以獲取知識的

23、系統(tǒng)，是目前機器學習領域研究的主要內(nèi)容。這種系統(tǒng)能夠利用計算機通過內(nèi)建的各種數(shù)據(jù)分析模型與算法，對訓練數(shù)據(jù)或實際問題進行分析處理，歸納、總結或發(fā)現(xiàn)一些尚未為專家系統(tǒng)掌握或認識的新知識，并將其送入系統(tǒng)知識庫，使其知識不斷完善豐富。3、自動知識獲取 自動知識獲取是指通過專家系統(tǒng)本身來獲取知識。為此，系統(tǒng)應具備如下的功能： （1）具有語音、文字、圖像的識別功能 （2）具有理解、分析、歸納的能力 （3）具有從自身運行過程中學習的能力 8.3.2 知識獲取主要途徑8.3 知識獲取第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與

24、 應應應應應應 用用用用用用 1、選擇合適的應用領域及問題 哪些領域適合開發(fā)專家系統(tǒng)，哪些領域不適于開發(fā)專家系統(tǒng)，是開發(fā)專家系統(tǒng)首先要考慮的一個問題。下面是選擇專家系統(tǒng)應用領域時應遵循的一些原則。 (1)該應用領域是否有使用專家系統(tǒng)的需求 例如：中醫(yī)診療方面，由于病因的復雜性，將多名老中醫(yī)、老專家的診病經(jīng)驗合在一起，開發(fā)一個中醫(yī)診斷專家系統(tǒng)就很有必要。8.4 專家系統(tǒng)的設計與建造 8.4.1 開發(fā)專家系統(tǒng)的基本要求第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 8.4 專家系統(tǒng)的設計與建

25、造 8.4.1 開發(fā)專家系統(tǒng)的基本要求(2)所涉及的領域問題是否適合專家系統(tǒng)來解決計算機專家系統(tǒng)適合解決那些迄今為止人類還沒有徹底掌握的、不存在成熟算法且主要靠專家經(jīng)驗來解決的、帶有點模糊性的領域問題。 (3)領域專家的經(jīng)驗是否易于獲得問題領域的選擇通常還與專家掌握該問題領域知識的程度有關，即與求解問題的準確性和知識好壞程序有關。如果任務非常新、難度又十分大，以至于為求解該問題需要做一些基礎性研究工作的話，則該任務不宜用專家系統(tǒng)來解決。第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 2、

26、建造專家系統(tǒng)可行性 可行性問題包括經(jīng)濟可行性、技術可行性、操作可行性等。 (1)經(jīng)濟和技術可行性 經(jīng)濟和技術可行性主要考慮建造專家系統(tǒng)所要付出的代價是否值得，所需技術是否完備。以下幾種情況是不合適的： 問題求解需要很大的物質或金錢代價；人類專家的知識被遺忘或在知識傳遞中被損失；領域專家的知識或經(jīng)驗非常少；在許多情況下必須人類專家親臨現(xiàn)場解決。8.4 專家系統(tǒng)的設計與建造 8.4.1 開發(fā)專家系統(tǒng)的基本要求第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 (2)操作可行性 操作可行性是指當其

27、他條件具備之后，能否付諸實施。3、領域專家積極參與 如果沒有某領域內(nèi)的真正公認的高水平領域專家的積極參與，開發(fā)一個該領域的實用專家系統(tǒng)只能是一句空話。4、知識的可表達性 專家知識的可表達性是非常必要的。只有那些專家的知識、經(jīng)驗能用語言或文字表達清楚的應用領域，才適合開發(fā)專家系統(tǒng)。 8.4 專家系統(tǒng)的設計與建造 8.4.1 開發(fā)專家系統(tǒng)的基本要求第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 應用領域選擇與可行性分析需求分析原型設計與開發(fā)原型系統(tǒng)評價最終系統(tǒng)設計最終系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)測試與評價系

28、統(tǒng)維護圖8.2專家系統(tǒng)的建造步驟8.4 專家系統(tǒng)的設計與建造 8.4.2 專家系統(tǒng)建造步驟第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 下面對圖8.2所描述的專家系統(tǒng)開發(fā)的各個階段分別進行討論。1、應用領域選擇與可行性分析 這一階段主要工作包括以下幾個方面：（1）問題調研；（2）可行性分析；（3）確定最終開發(fā)專家系統(tǒng)的應用領域及要解決的問題。2、需求分析 需求分析就是系統(tǒng)建造人員對用戶的需求進行詳盡的調查和仔細的分析，它是建立專家系統(tǒng)的第一步，需求分析的好壞直接影響著系統(tǒng)開發(fā)的成敗。其

29、內(nèi)容包括：目標與任務描述、數(shù)據(jù)與知識描述、功能描述、性能描述、質量保證、時間與進度要求等。 8.4 專家系統(tǒng)的設計與建造 8.4.2 專家系統(tǒng)建造步驟第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 3、原型設計與開發(fā) 在建造系統(tǒng)原型時，要注意這樣一些問題：（1）只追求系統(tǒng)主要功能的實現(xiàn)，暫不考慮系統(tǒng)的處理效率和次要功能；（2）知識庫中的知識數(shù)量不能太多，但對解決該類型問題所需的知識類型應該齊全；（3）對系統(tǒng)的實現(xiàn)方法與知識庫的構建方法、推理方法等都應有多種備選方案，以供專家、系統(tǒng)開發(fā)者和

30、用戶比較，以便在開發(fā)最終系統(tǒng)時選用最好的方法。 4、原型評價 由用戶、領域專家、知識工程師和系統(tǒng)編程人員共同對系統(tǒng)的主要功能、知識推理功能等需求規(guī)格說明書中的主要指標進行測試及評價，對其不足進行反饋，以便進行修改。 8.4 專家系統(tǒng)的設計與建造 8.4.2 專家系統(tǒng)建造步驟第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 5 5、最終系統(tǒng)設計、最終系統(tǒng)設計 該階段的主要任務包括：問題的詳細定義；確定項目規(guī)劃；對系統(tǒng)各個方面進行設計，如基本知識描述、系統(tǒng)體系結構、工具選擇、知識表示方式、推理

31、方式、對話模型等；制定測試規(guī)劃；制定產(chǎn)品規(guī)劃；提出實施規(guī)劃等。本階段的最終結果使系統(tǒng)設計說明書。 6 6、最終系統(tǒng)實現(xiàn)、最終系統(tǒng)實現(xiàn) 本階段依據(jù)最終系統(tǒng)設計說明書對專家系統(tǒng)進行編程實現(xiàn)。選擇適當?shù)恼Z言環(huán)境和軟件開發(fā)工具，完成的主要工作包括：原型系統(tǒng)修改；系統(tǒng)實現(xiàn)；系統(tǒng)集成與驗證。 8.4 專家系統(tǒng)的設計與建造 8.4.2 專家系統(tǒng)建造步驟第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 7 7、系統(tǒng)測試與評價、系統(tǒng)測試與評價 最終系統(tǒng)完成后，還需對其進行必要的測試與評估，并根據(jù)測試與評估結

32、果對系統(tǒng)進行必要的修改，以達到需求分析書中所確立的性能與功能指標。 8 8、系統(tǒng)維護與完善、系統(tǒng)維護與完善 在這一階段中，系統(tǒng)人員要傾聽用戶的反映，對系統(tǒng)中的一些不足進行不斷的完善。主要的工作是：不斷增加系統(tǒng)功能；不斷修改系統(tǒng)，尤其是擴充知識庫，使其更完備；不斷擴大系統(tǒng)應用領域，增強系統(tǒng)的問題求解能力；修改系統(tǒng)，使其能夠適應外部環(huán)境的變化。8.4 專家系統(tǒng)的設計與建造 8.4.2 專家系統(tǒng)建造步驟第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 1. 1. 專家系統(tǒng)的評價方法專家系統(tǒng)的評價

33、方法 到目前為止還沒有一個令人信服的專家系統(tǒng)評價標準。不過，以下兩種方法是在評價專家系統(tǒng)時常用的方法。（1 1）“逸事逸事”評價法。評價法。利用一些典型例子來對系統(tǒng)的性能進行說明，向人們證明系統(tǒng)在這些典型例子所具有的條件下工作性能良好。對于這些例子以外的其他情況，系統(tǒng)能否很好的工作并不知道。（2 2）實驗的方法。）實驗的方法。利用實驗來評價專家系統(tǒng)在處理存儲于數(shù)據(jù)庫中的各種問題實例時，所表現(xiàn)出的性能。這種方法看起來似乎比逸事方法優(yōu)越，但在系統(tǒng)實現(xiàn)上難度較大，在獲取數(shù)據(jù)庫中哪些有代表性的實例時，也常常會遇到困難。8.5 專家系統(tǒng)的評價第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智

34、智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 2. 評價內(nèi)容評價內(nèi)容 對專家系統(tǒng)的評價可以從專家系統(tǒng)的設計目標、結構、性能、實用性等方面來進行，其內(nèi)容主要包括以下幾項：（1）知識庫中知識是否完備。 （2）知識的表示方法與組織方法是否適當。 （3）系統(tǒng)的推理是否正確。 （4）系統(tǒng)的解釋功能是否完全與合理。 （5）用戶界面如何。 （6）系統(tǒng)的效率如何。 （7）系統(tǒng)的可維護性如何。 （8）系統(tǒng)的效益如何。 8.5 專家系統(tǒng)的評價第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與

35、 應應應應應應 用用用用用用 專家系統(tǒng)開發(fā)工具與環(huán)境，實際上是人們?yōu)楦咝书_發(fā)專家系統(tǒng)而設計的一種高級程序系統(tǒng)或程序設計語言環(huán)境。目前，常用的專家系統(tǒng)開發(fā)工具和環(huán)境可分為4種主要類型：語言型開發(fā)工具、骨架型開發(fā)工具、通用型開發(fā)工具、開發(fā)環(huán)境與輔助型開發(fā)工具。 8.6.1 8.6.1 語言型開發(fā)工具語言型開發(fā)工具 程序設計語言是開發(fā)專家系統(tǒng)的最常用和最基本的工具，包括通用程序設計語言和人工智能語言。用于專家系統(tǒng)開發(fā)的通用程序設計語言的主要代表有c、c+、pascal、ada等；人工智能語言的主要代表有smalltalk、lisp和prolog。smalltalk是面向對象型的語言，lisp為函數(shù)

36、型語言，而prolog則是邏輯型語言。 其優(yōu)點是程序設計具有針對性，程序質量較高。缺點是編程工作量大，邏輯設計比較繁瑣，難度大，開發(fā)周期長。 8.6 專家系統(tǒng)開發(fā)工具第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 也稱為專家系統(tǒng)外殼或框架型開發(fā)工具，是由一些已經(jīng)成熟的具體專家系統(tǒng)演變來的。其演變方法演變方法是：抽去這些專家系統(tǒng)中的具體知識，保留它們的體系結構和功能，再把領域專用的界面改為通用界面，這樣就可得到相應的專家系統(tǒng)外殼或框架。 比較有代表性的專家系統(tǒng)骨架型開發(fā)工具主要有emyci

37、n、kas及expert等。 有關這些開發(fā)工具的詳細介紹請參見教材。 8.6.2 骨架型開發(fā)工具8.6 專家系統(tǒng)開發(fā)工具第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 8.6.3 8.6.3 通用型開發(fā)工具通用型開發(fā)工具 該類型開發(fā)工具是不依賴于任何已有專家系統(tǒng)，不針對任何具體領域，完全重新設計的一類專家系統(tǒng)開發(fā)工具。與骨架系統(tǒng)相比，它具有更大的靈活性和通用性，并且對數(shù)據(jù)及知識的存取和查詢提供了更多的控制手段。這類型工具的典型代表是ops系列通用開發(fā)工具。ops是美國卡內(nèi)基-梅隆大學(c

38、mu)的j. mcdermott, a. newell等人，于1975年利用lisp語言研制開發(fā)的一個基于規(guī)則的通用型專家系統(tǒng)開發(fā)工具。自問世以來，已有ops1、ops2、ops3、ops4、ops5、ops5+、ops5e、ops7及ops83等多種版本相繼誕生。這些版本之間的差異較大，其中最有代表性的版本是ops5。 有關ops5的較詳細的介紹，請參見教材。8.6 專家系統(tǒng)開發(fā)工具第八章第八章 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)人人人人人人 工工工工工工 智智智智智智 能能能能能能 原原原原原原 理理理理理理 與與與與與與 應應應應應應 用用用用用用 8.6.4 8.6.4 開發(fā)環(huán)境與輔助型開發(fā)工具開發(fā)環(huán)境與輔助型開發(fā)工具 開發(fā)環(huán)境是指幫助專家系統(tǒng)建造者進行程序設計的系統(tǒng)環(huán)境，它常被作為建造專家系統(tǒng)的知識工程語言的一部分。早期的開發(fā)環(huán)境又稱支撐環(huán)境，規(guī)模較小，功能也比較少，通常由輔助調試工具、知識庫編輯器、輸入/輸出處理工具及解釋工具4個典型部分組成。作為專家系統(tǒng)建造工具的一部分，幫助建造者更好地使用專家系統(tǒng)建造工具。 輔助型專家系統(tǒng)開發(fā)工具則是由一些程序模塊組成，用來幫助專家系