人工智能与专家系统.ppt

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1、 信息决策是经济领域中的一个重大课题，计算机技术的引入信息决策是经济领域中的一个重大课题，计算机技术的引入及信息技术的广泛应用，为信息决策的发展提供了新的手段及信息技术的广泛应用，为信息决策的发展提供了新的手段. .一一方面计算机数据处理技术的发展和推广应用，使信息决策中的许方面计算机数据处理技术的发展和推广应用，使信息决策中的许多问题可以借助于计算机来进行处理，而且，一些复杂的决策问多问题可以借助于计算机来进行处理，而且，一些复杂的决策问题在采用定量分析时，因其多因素和非线性，过去难以对付，现题在采用定量分析时，因其多因素和非线性，过去难以对付，现在则可以用数值方法加以解决，从而可使决策过程

2、中的大量问题在则可以用数值方法加以解决，从而可使决策过程中的大量问题可以找到有效的解决方案；可是，信息处理手段的进步和大量新可以找到有效的解决方案；可是，信息处理手段的进步和大量新型信息传媒的出现，却又造成了信息时代的信息爆炸，而使得许型信息传媒的出现，却又造成了信息时代的信息爆炸，而使得许多企业的决策家们不得不面对日益增多、错综复杂的信息而难以多企业的决策家们不得不面对日益增多、错综复杂的信息而难以抽身，对此，在寻求解决方案时，自然而然地就要依赖于包括专抽身，对此，在寻求解决方案时，自然而然地就要依赖于包括专家系统、自然语言理解系统、决策支持系统、模式识别系统、机家系统、自然语言理解系统、决

3、策支持系统、模式识别系统、机器人系统在内的人工智能工程系统，并通过智能机器人感知到的器人系统在内的人工智能工程系统，并通过智能机器人感知到的各种环境状态、信息及变化，及时作出适当的分析、综合、计算各种环境状态、信息及变化，及时作出适当的分析、综合、计算、推理、联想、判断、预测、估计、规划与决策，以便能够实现、推理、联想、判断、预测、估计、规划与决策，以便能够实现一系列的预期目标一系列的预期目标. . 所谓专家系统，就是一种包含知识和推理的人工智能的计算机程序所谓专家系统，就是一种包含知识和推理的人工智能的计算机程序系统，这些程序软件具有相当于某个专门领域的专家的知识和经验水平系统，这些程序软件

4、具有相当于某个专门领域的专家的知识和经验水平，同时具有处理该领域问题的能力，同时具有处理该领域问题的能力. . 专家系统的能力来自于它所拥有的专家知识，而知识的表示和推理专家系统的能力来自于它所拥有的专家知识，而知识的表示和推理的方法又提供了应用的机理的方法又提供了应用的机理. .这种基于知识的系统设计方法是以知识库这种基于知识的系统设计方法是以知识库和推理机为中心而展开的和推理机为中心而展开的. .这就是说，这就是说，知识知识+ +推理推理= =系统，系统，而传统软件的结构是而传统软件的结构是数据数据+ +算法算法= =程序程序. . 但应注意的是，专家系统所要解决的问题一般没有基本算法，并

5、且但应注意的是，专家系统所要解决的问题一般没有基本算法，并且通常要在不精确、或不确定、或不完全的信息条件下进行推理，最终作通常要在不精确、或不确定、或不完全的信息条件下进行推理，最终作出结论出结论. .专家系统是应用人工智能技术和计算机技术进行推理和判断，专家系统是应用人工智能技术和计算机技术进行推理和判断，进而模拟各行各业的专家解决问题和进行决策，它的独到之处便是能求进而模拟各行各业的专家解决问题和进行决策，它的独到之处便是能求解那些只有专家才能求解的高难度的复杂问题解那些只有专家才能求解的高难度的复杂问题. .专家系统既不同于传统的应用程序，专家系统既不同于传统的应用程序，也不同于其它类型

6、的人工智能问题求解程序。也不同于其它类型的人工智能问题求解程序。 1.1.专家系统区别于传统应用程序的主要特征专家系统区别于传统应用程序的主要特征2.2.专家系统区别于其它人工智能问题求解程序的主要特征专家系统区别于其它人工智能问题求解程序的主要特征 专家系统的结构是指专家系统各个组成部分的构造方法和组织形专家系统的结构是指专家系统各个组成部分的构造方法和组织形式式. .图图6-16-1便是专家系统的一个简化结构图便是专家系统的一个简化结构图. .在实际使用的各个不同的在实际使用的各个不同的专家系统中，由于不同的应用领域和应用目标，往往需要采用不同的专家系统中，由于不同的应用领域和应用目标，往

7、往需要采用不同的系统结构系统结构. .对此，我们可以根据具体情况，在系统的简化结构图上，对此，我们可以根据具体情况，在系统的简化结构图上，进行相应调整：或简化、或细化、或删除、或增加某些部分进行相应调整：或简化、或细化、或删除、或增加某些部分. .在基本在基本结构中，专家系统主要包括下述几个部分：结构中，专家系统主要包括下述几个部分：人人机机接接口口解释机构解释机构知识库知识库推理机推理机全局数据库全局数据库知识获取机构知识获取机构过过程程接接口口图图6-1 6-1 专家系统简化结构图专家系统简化结构图1.1.知识库知识库 知识库是专家系统的核心组成部分，用于存取和知识库是专家系统的核心组成部

8、分，用于存取和管理问题求解所需的专家知识和经验，包括广泛共有管理问题求解所需的专家知识和经验，包括广泛共有的事实、可行操作与规则等的事实、可行操作与规则等. .通过知识库管理系统，可通过知识库管理系统，可以实现对知识库知识存取、检索、编辑、修改和知识以实现对知识库知识存取、检索、编辑、修改和知识更新以及维护等功能更新以及维护等功能. .一个专家系统的能力很大程度上一个专家系统的能力很大程度上取决于其知识库中所含知识的数量和质量取决于其知识库中所含知识的数量和质量. .知识库的建知识库的建造包括知识获取和知识表示造包括知识获取和知识表示. .知识获取要解决的问题是知识获取要解决的问题是如何从专家

9、那里获得专门知识；而知识表示则要解决如何从专家那里获得专门知识；而知识表示则要解决如何用计算机能理解的形式来表达所获取的专家知识如何用计算机能理解的形式来表达所获取的专家知识并存入知识库中并存入知识库中. .2.2.全局数据库全局数据库 全局数据库又称综合数据库或简称数据库，它是问题求解过程全局数据库又称综合数据库或简称数据库，它是问题求解过程中符号或数据的集合，也称工作存储器中符号或数据的集合，也称工作存储器. .它用于存储求解问题所需的它用于存储求解问题所需的原始数据和推理过程中得到的中间信息（数据），包括原始信息、原始数据和推理过程中得到的中间信息（数据），包括原始信息、推理的中间假设和

10、中间结论、推理过程的信息等推理的中间假设和中间结论、推理过程的信息等. .因此，数据库中的因此，数据库中的事实可以而且也是经常变化的事实可以而且也是经常变化的. . 在描述数据库的结构时，常会用到黑板这一概念在描述数据库的结构时，常会用到黑板这一概念. .黑板是沟通系黑板是沟通系统中各个部件的全局工作区统中各个部件的全局工作区. .它以全局性的数据结构形式，组织问题它以全局性的数据结构形式，组织问题，求解数据，处理知识源之间的通信，求解数据，处理知识源之间的通信. .黑板模型可以分为若干个信息黑板模型可以分为若干个信息层，每一层用于描述问题的某一类信息层，每一层用于描述问题的某一类信息. .各

11、个信息层之间形成一个松各个信息层之间形成一个松散的层次结构，高一层的黑板元素可以近似地看成是下一级若干个散的层次结构，高一层的黑板元素可以近似地看成是下一级若干个黑板元素的抽象黑板元素的抽象. .根据需要黑板还可以划分为一系列子黑板根据需要黑板还可以划分为一系列子黑板. .在某些在某些系统中数据库就是黑板，其意义是强调了它用来记录推理过程中用系统中数据库就是黑板，其意义是强调了它用来记录推理过程中用到的控制信息、中间假设和中间结果到的控制信息、中间假设和中间结果. .有些系统中黑板是数据库的一有些系统中黑板是数据库的一部分，有些系统中将黑板独立于数据库之外部分，有些系统中将黑板独立于数据库之外

12、. .在简单的系统中，经常在简单的系统中，经常省略黑板省略黑板. .3.3.推理机推理机 推理机是专家系统的组织控制机构推理机是专家系统的组织控制机构. .在推理机的控制和管理下，在推理机的控制和管理下，整个专家系统能够以逻辑方式协调地工作整个专家系统能够以逻辑方式协调地工作. .它可以根据用户的输入数它可以根据用户的输入数据，利用知识库中的知识，在一定的推理策略下，根据数据库的当据，利用知识库中的知识，在一定的推理策略下，根据数据库的当前状态，按照类似专家水平的问题求解方法，进行分析、判断、作前状态，按照类似专家水平的问题求解方法，进行分析、判断、作出决策，推出新的结论或事实，或者执行某个操

13、作出决策，推出新的结论或事实，或者执行某个操作. .推理机的程序应推理机的程序应符合专家的推理过程，而与知识库的具体结构和组成无关，即推理符合专家的推理过程，而与知识库的具体结构和组成无关，即推理机与知识库是分离的，这是专家系统的重要特征机与知识库是分离的，这是专家系统的重要特征. .它的优点是对知识它的优点是对知识库进行修改和扩充时，无需改动推理机库进行修改和扩充时，无需改动推理机. .4.4.解释机构解释机构 解释机构负责对求解过程作出说明和解释，回答用户的提问，解释机构负责对求解过程作出说明和解释，回答用户的提问，并使用户了解推理过程及其所运用的知识和数据并使用户了解推理过程及其所运用的

14、知识和数据. .解释机构在工作中解释机构在工作中通常要用到知识库中的知识、数据库推理过程中的中间结构、中间通常要用到知识库中的知识、数据库推理过程中的中间结构、中间假设和记录等假设和记录等. .专家系统的透明性主要取决于解释机构的性能专家系统的透明性主要取决于解释机构的性能. .解释解释结构已成为故障诊断、生产操作指导等实时专家系统的重要输出通结构已成为故障诊断、生产操作指导等实时专家系统的重要输出通道道. .5.5.知识获取机构知识获取机构 知识获取机构负责建立、修改与扩充知识库，以及对知识库的一致性、完知识获取机构负责建立、修改与扩充知识库，以及对知识库的一致性、完整性等进行维护整性等进行

15、维护. .知识获取机构具有知识变换手段，能够把与专家对话的内容知识获取机构具有知识变换手段，能够把与专家对话的内容变换成知识库的内部知识，可以进行修改知识库中原有知识，增加新的知识变换成知识库的内部知识，可以进行修改知识库中原有知识，增加新的知识. .知识库中的知识可以通过知识库中的知识可以通过“人工移植人工移植”和机器学习的方法获得和机器学习的方法获得. .所谓所谓“人工移人工移植植”即专家系统的设计者通过与专家交谈，将专家的知识分析整理后，以计算即专家系统的设计者通过与专家交谈，将专家的知识分析整理后，以计算机能理解的形式输入知识库；而机器学习是指知识获取机构通过用户对每次求机能理解的形式

16、输入知识库；而机器学习是指知识获取机构通过用户对每次求解的反馈信息，自动进行知识库的修改和完善解的反馈信息，自动进行知识库的修改和完善. .并可在求解过程中自动积累，并可在求解过程中自动积累，形成一些有用的中间知识，自动追加到知识库中去，实现专家系统的自学习形成一些有用的中间知识，自动追加到知识库中去，实现专家系统的自学习. .6.6.接口接口 接口又称界面，是用户与系统的信息传递纽带，为用户使用专家系统提供接口又称界面，是用户与系统的信息传递纽带，为用户使用专家系统提供了一个友好的交互环境了一个友好的交互环境. .它可以完成用户到专家系统、专家系统到用户的双向它可以完成用户到专家系统、专家系统到用户的双向信息转换，使系统与用户间能够进行对话，用户能够输入数据，提出问题，了信息转换，使系统与用户间能够进行对话，用户能够输入数据，提出问题，了解推理过程及推理结果；系统可通过人机接口，回答用户提出的问题，进行必解推理过程及推理结果；系统可通过人机接口，回答用户提出的问题，进行必要的解释要的解释. .现在，多媒体的人机接口是最有效的形式现在，多媒体的人机接口是最有效的形式. . 从专家系统的