智能系統(tǒng)與智能軟件研究所概要.ppt

1 對 計(jì)算智能 內(nèi)容的回顧 神經(jīng)計(jì)算模糊計(jì)算進(jìn)化計(jì)算人工生命群算法 粒群算法 蟻群算法 免疫計(jì)算 2 幾個人工智能網(wǎng)址 1 http www chinaai org中國人工智能網(wǎng) 2 http www ai mit eduMITAILab 4 http www aaai orgAAAI 5 http www ieee nns orgIEEECISociety 第6章專家系統(tǒng) 6 1專家系統(tǒng)概述6 5新型專家系統(tǒng)6 2基于規(guī)則的專家系統(tǒng)6 6專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)6 3基于框架的專家系統(tǒng)6 7專家系統(tǒng)開發(fā)工具6 4基于模型的專家系統(tǒng)6 8小結(jié) 4 6 1專家系統(tǒng)概述 專家系統(tǒng) expertsystem 是人工智能應(yīng)用研究最活躍和最廣泛的課題之一定義 是一個含有大量的某個領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R與經(jīng)驗(yàn)智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng) 能夠利用人類專家的知識和解決問題的方法來處理該領(lǐng)域問題 5 6 1專家系統(tǒng)概述 6 1 1專家系統(tǒng)特點(diǎn) 專家系統(tǒng)具有一些共同的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)專家系統(tǒng)具有下列3個特點(diǎn) 啟發(fā)性透明性靈活性專家系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)存在八個方面 6 6 1 2專家系統(tǒng)的類型 解釋專家系統(tǒng)預(yù)測專家系統(tǒng)診斷專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)規(guī)劃專家系統(tǒng) 6 1專家系統(tǒng)概述 監(jiān)視專家系統(tǒng)控制專家系統(tǒng)調(diào)試專家系統(tǒng)教學(xué)專家系統(tǒng)修理專家系統(tǒng) 7 1 解釋專家系統(tǒng) expertsystemforinterpretation 任務(wù)通過對已知信息和數(shù)據(jù)的分析與解釋 確定它們的涵義 特點(diǎn)數(shù)據(jù)量很大 常不準(zhǔn)確 有錯誤 不完全能從不完全的信息中得出解釋 并能對數(shù)據(jù)做出某些假設(shè)推理過程可能很復(fù)雜和很長例子語音理解 圖象分析 系統(tǒng)監(jiān)視 化學(xué)結(jié)構(gòu)分析和信號解釋等 6 1專家系統(tǒng)概述 8 2 預(yù)測專家系統(tǒng) expertsystemforprediction 任務(wù)通過對過去和現(xiàn)在已知狀況的分析 推斷未來可能發(fā)生的情況特點(diǎn)系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)隨時間變化 且可能是不準(zhǔn)確和不完全系統(tǒng)需要有適應(yīng)時間變化的動態(tài)模型例子有氣象預(yù)報(bào) 軍事預(yù)測等 6 1專家系統(tǒng)概述 9 3 診斷專家系統(tǒng) expertsystemfordiagnosis 任務(wù)根據(jù)觀察到的情況 數(shù)據(jù) 來推斷出某個對象機(jī)能失常 即故障 的原因特點(diǎn)能夠了解被診斷對象或客體各組成部分的特性以及它們之間的聯(lián)系能夠區(qū)分一種現(xiàn)象及其所掩蓋的另一種現(xiàn)象能夠向用戶提出測量的數(shù)據(jù) 并從不確切信息中得出盡可能正確的診斷例子有醫(yī)療診斷等 6 1專家系統(tǒng)概述 10 4 設(shè)計(jì)專家系統(tǒng) expertsystemfordesign 任務(wù)尋找出某個能夠達(dá)到給定目標(biāo)的動作序列或步驟特點(diǎn)從多種約束中得到符合要求的設(shè)計(jì)系統(tǒng)需要檢索較大的可能解空間能試驗(yàn)性地構(gòu)造出可能設(shè)計(jì) 易于修改能夠使用已有設(shè)計(jì)來解釋當(dāng)前新的設(shè)計(jì)例子VAX計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)等 6 1專家系統(tǒng)概述 11 5 規(guī)劃專家系統(tǒng) expertsystemforplanning 任務(wù)尋找出某個能夠達(dá)到給定目標(biāo)的動作序列或步驟特點(diǎn)所要規(guī)劃的目標(biāo)可能是動態(tài)的或靜態(tài)的 需要對未來動作做出預(yù)測所涉及的問題可能很復(fù)雜例子軍事指揮調(diào)度系統(tǒng) ROPES機(jī)器人規(guī)劃專家系統(tǒng) 汽車和火車運(yùn)行調(diào)度專家系統(tǒng)等 6 1專家系統(tǒng)概述 12 6 監(jiān)視專家系統(tǒng) expertsystemformonitoring 任務(wù)對系統(tǒng) 對象或過程的行為進(jìn)行不斷觀察 并把觀察到的行為與其應(yīng)當(dāng)具有的行為進(jìn)行比較 以發(fā)現(xiàn)異常情況 發(fā)出警報(bào)特點(diǎn)系統(tǒng)應(yīng)具有快速反應(yīng)能力系統(tǒng)發(fā)出的警報(bào)要有很高的準(zhǔn)確性系統(tǒng)能夠動態(tài)地處理其輸入信息例子粘蟲測報(bào)專家系統(tǒng) 6 1專家系統(tǒng)概述 13 7 控制專家系統(tǒng) expertsystemforcontrol 任務(wù)自適應(yīng)地管理一個受控對象或客體的全面行為 使之滿足預(yù)期要求特點(diǎn)控制專家系統(tǒng)具有解釋 預(yù)報(bào) 診斷 規(guī)劃和執(zhí)行等多種功能例子空中交通管制 商業(yè)管理 自主機(jī)器人控制 作戰(zhàn)管理 生產(chǎn)過程控制和生產(chǎn)質(zhì)量控制等 6 1專家系統(tǒng)概述 14 8 調(diào)試專家系統(tǒng) expertsystemfordebugging 任務(wù)對失靈的對象給出處理意見和方法特點(diǎn)同時具有規(guī)劃 設(shè)計(jì) 預(yù)報(bào)和診斷等專家系統(tǒng)的功能例子在這方面的實(shí)例還比較少見 6 1專家系統(tǒng)概述 15 9 教學(xué)專家系統(tǒng) expertsystemforinstruction 特點(diǎn)同時具有診斷和調(diào)試等功能具有良好的人機(jī)界面例子MACSYMA符號積分與定理證明系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言和物理智能計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)以及聾啞人語言訓(xùn)練專家系統(tǒng)等 6 1專家系統(tǒng)概述 16 10 修理專家系統(tǒng) expertsystemforrepair 任務(wù)對發(fā)生故障的對象 系統(tǒng)或設(shè)備 進(jìn)行處理 使其恢復(fù)正常工作功能有診斷 調(diào)試 計(jì)劃和執(zhí)行等功能例子ACI電話和有線電視維護(hù)修理系統(tǒng) 6 1專家系統(tǒng)概述 17 提問 1 能根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn) 弱點(diǎn)和基礎(chǔ)知識 以最適當(dāng)?shù)慕贪负徒虒W(xué)方法對學(xué)生進(jìn)行教學(xué)和輔導(dǎo)的專家系統(tǒng)是 A 解釋專家系統(tǒng) B 調(diào)試專家系統(tǒng) C 監(jiān)視專家系統(tǒng) D 教學(xué)專家系統(tǒng) 2 用于尋找出某個能夠達(dá)到給定目標(biāo)的動作序列或步驟的專家系統(tǒng)是 A 設(shè)計(jì)專家系統(tǒng) B 診斷專家系統(tǒng) C 預(yù)測專家系統(tǒng) D 規(guī)劃專家系統(tǒng) 3 能對發(fā)生故障的對象 系統(tǒng)或設(shè)備 進(jìn)行處理 使其恢復(fù)正常工作的專家系統(tǒng)是 A 修理專家系統(tǒng) B 診斷專家系統(tǒng) C 調(diào)試專家系統(tǒng) D 規(guī)劃專家系統(tǒng) 4 能通過對過去和現(xiàn)在已知狀況的分析 推斷未來可能發(fā)生的情況的專家系統(tǒng)是 A 修理專家系統(tǒng) B 預(yù)測專家系統(tǒng) C 調(diào)試專家系統(tǒng) D 規(guī)劃專家系統(tǒng) 18 6 1 3專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和建造步驟 定義 指專家系統(tǒng)各組成部分的構(gòu)造方法和組織形式專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 6 1專家系統(tǒng)概述 知識庫 推理機(jī) 圖6 1專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖提問 已學(xué)過的知識表示的方法有那些 19 圖6 2則為理想專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 接口 用戶 事實(shí)規(guī)則 計(jì)劃 議程 中間解 黑板 知識庫 解釋器 執(zhí)行器 調(diào)度器 協(xié)調(diào)器 6 1專家系統(tǒng)概述 20 一般應(yīng)用程序與專家系統(tǒng)的區(qū)別 一般應(yīng)用程序?qū)＜蚁到y(tǒng) 把問題求解的知識隱含地編入程序 把知識組織為兩級 數(shù)據(jù)級和程序級 把其應(yīng)用領(lǐng)域的問題求解知識單獨(dú)組成一個實(shí)體 即為知識庫 將知識組織成三級 數(shù)據(jù) 知識庫和控制 6 1專家系統(tǒng)概述 提問 1專家系統(tǒng)的定義 2專家系統(tǒng)程序與常規(guī)的應(yīng)用程序之間有何不同呢 21 知識化 問題 圖6 3建立專家系統(tǒng)的步驟 合法化 概念化 形式化 規(guī)則化 知識 概念 結(jié)構(gòu) 形式 規(guī)則 再設(shè)計(jì) 改進(jìn) 重新闡述 2 專家系統(tǒng)的建造步驟 6 1專家系統(tǒng)概述 22 建立系統(tǒng)的一般步驟如下 設(shè)計(jì)初始知識庫問題知識化知識概念化概念形式化形式規(guī)則化規(guī)則合法化原型機(jī) prototype 的開發(fā)與實(shí)驗(yàn)知識庫的改進(jìn)與歸納 規(guī)則 6 1專家系統(tǒng)概述 23 6 2基于規(guī)則的專家系統(tǒng) 知識庫 規(guī)則 工作存儲器 事實(shí) 推理機(jī) 1 基于規(guī)則的專家系統(tǒng)的工作模型 圖6 4基于規(guī)則的工作模型 24 基于規(guī)則的專家系統(tǒng)采用下列模塊來建立產(chǎn)生式系統(tǒng)的模型 知識庫以一套規(guī)則建立人的長期存儲器模型工作存儲器建立人的短期存儲器模型 存放問題事實(shí)和由規(guī)則激發(fā)而推斷出的新事實(shí)推理機(jī)借助于把存放在工作存儲器內(nèi)的問題事實(shí)和存放在知識庫內(nèi)的規(guī)則結(jié)合起來 建立人的推理模型 以推斷出新的信息提問 您學(xué)過的知識推理方法有哪些 6 2基于規(guī)則的專家系統(tǒng) 25 2 基于規(guī)則專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 6 2基于規(guī)則的專家系統(tǒng) 圖6 5基于規(guī)則專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 26 6 3基于框架的專家系統(tǒng) 1 面向目標(biāo)編程與基于框架設(shè)計(jì)基于框架的專家系統(tǒng)建立在框架的基礎(chǔ)之上基于框架的專家系統(tǒng)采用面向目標(biāo)編程技基于框架的設(shè)計(jì)和面向目標(biāo)的編程共享許多特征在設(shè)計(jì)基于框架系統(tǒng)時 專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者們把目標(biāo)叫做框架 27 特征 名稱 值 側(cè)面 規(guī)則 目標(biāo)議程表 人類 男人 女人 約翰 李勇 麗達(dá) 王紅 類 class 槽 Slots 子類 subclass 例子 instances 規(guī)則 rules 目標(biāo)議程表 goalagenda 2 基于框架專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 6 3基于框架的專家系統(tǒng) 圖6 6人類的框架分層結(jié)構(gòu) 28 3 基于框架專家系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法 基于框架專家系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)步驟與基于規(guī)則的專家系統(tǒng)相似 主要差別在于如何看待和使用知識在設(shè)計(jì)基于框架的專家系統(tǒng)時 把整個問題和每件事想像為編織起來的事物在辨識事物之后 尋找把這些事物組織起來的方法對于任何類型的專家系統(tǒng) 其設(shè)計(jì)是個高度交互的過程 6 3基于框架的專家系統(tǒng) 29 思考 1 知識表示中 框架的構(gòu)成 表示和推理何 2 如何區(qū)別 目標(biāo) 和 框架 這兩個術(shù)語 思考 試述基于框架的專家系統(tǒng)與基于規(guī)則的專家系統(tǒng)的異同點(diǎn) 提問 基于框架的專家系統(tǒng)與基于規(guī)則的專家系統(tǒng)看待和使用知識上有何差別 30 6 4基于模型的專家系統(tǒng) 1 基于模型專家系統(tǒng)的提出 關(guān)于人工智能的一個觀點(diǎn)綜合各種模型的專家系統(tǒng)比基于邏輯心理模型的系統(tǒng)具有更強(qiáng)的功能 從而有可能顯著改進(jìn)專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在諸多模型中 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的應(yīng)用最為廣泛 31 2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的專家系統(tǒng) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型從知識表示 推理機(jī)制到控制方式 與目前專家系統(tǒng)中的基于邏輯的心理模型有本質(zhì)的區(qū)別三種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與專家系統(tǒng)集成模式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)支持專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)支持神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同式的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng) 6 4基于模型的專家系統(tǒng) 32 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 6 4基于模型的專家系統(tǒng) 知識獲取 圖6 7神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 33 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)的幾個問題討論 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識表示是一種隱式表示神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過實(shí)例學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)知識自動獲取神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的推理是個正向非線性數(shù)值計(jì)算過程 同時也是一種并行推理機(jī)制同一知識領(lǐng)域的幾個獨(dú)立的專家系統(tǒng)可組合成更大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)提問 為什么不能把基于規(guī)則的專家系統(tǒng)組合成大系統(tǒng) 6 4基于模型的專家系統(tǒng) 34 6 5新型專家系統(tǒng) 6 5 1新型專家系統(tǒng)的特征并行與分布處理多專家系統(tǒng)協(xié)同工作高級語言和知識語言描述具有自學(xué)習(xí)功能引入新的推理機(jī)制具有自糾錯和自完善能力先進(jìn)的智能人機(jī)接口 35 6 5 2分布式專家系統(tǒng) 主要目的 把一個專家系統(tǒng)的功能經(jīng)分解以后分布到多個處理器上去并行地工作 從而在總體上提高系統(tǒng)的處理效率 可以工作在緊耦合的多處理器系統(tǒng)環(huán)境中 也可工作在松耦合的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境里 所以其總體結(jié)構(gòu)在很大程度上依賴于其所在的硬件環(huán)境 6 5新型專家系統(tǒng) 36 設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)分布式專家系統(tǒng) 需要解決的問題 功能分布把分解得到的系統(tǒng)各部分功能或任務(wù)合理均衡地分配到各處理節(jié)點(diǎn)上去知識分布根據(jù)功能分布的情況把有關(guān)知識經(jīng)合理劃分以后分配到各處理節(jié)點(diǎn)上 接口設(shè)計(jì)各部分間接口的設(shè)計(jì)目的是要達(dá)到各部分之間互相通訊和同步容易進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一方面依賴于應(yīng)用的環(huán)境與性質(zhì) 另一方面依賴于其所處的硬件環(huán)境 樹型 星型 驅(qū)動方式可供選擇的幾種驅(qū)動方式 1 控制驅(qū)動 2 數(shù)據(jù)驅(qū)動 3 需求驅(qū)動 top down 4 事件驅(qū)動 包含數(shù)據(jù)驅(qū)動和需求驅(qū)動 6 5新型專家系統(tǒng) 37 6 5 3協(xié)同式專家系統(tǒng) 群專家系統(tǒng) 一般專家系統(tǒng)解題的領(lǐng)域面很窄 應(yīng)用具有局限性 協(xié)同式多專家系統(tǒng)是克服一般專家系統(tǒng)的局限性的一個重要途徑 協(xié)同式多專家系統(tǒng)亦可稱 群專家系統(tǒng) 6 5新型專家系統(tǒng) 38 設(shè)計(jì)與建立一個協(xié)同式多專家系統(tǒng) 需要解決的問題 任務(wù)的分解公共知識的導(dǎo)出討論方式 黑板 驅(qū)動方式思考 協(xié)同式專家系統(tǒng)與分布式專家系統(tǒng)的區(qū)別 6 5新型專家系統(tǒng) 39 6 6專家系統(tǒng)設(shè)計(jì) 分為以下兩部分介紹 以設(shè)計(jì)一個基于規(guī)則的維修咨詢系統(tǒng)為例 說明專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程 這一過程包括描述專家知識 應(yīng)用知識和解釋決策等 專家知識的描述知識的使用和決策解釋 40 6 6 1專家知識的描述 結(jié)論的表示結(jié)論規(guī)定了所涉及專門知識的范圍觀測的表示觀測是得到結(jié)論所需要的觀察或量測結(jié)果推理規(guī)則的表示產(chǎn)生式規(guī)則是決策規(guī)則最為常用的表示形式可根據(jù)觀測和假設(shè)之間的邏輯關(guān)系分成3類 1 FF規(guī)則 2 FH規(guī)則 3 HH規(guī)則 6 6專家系統(tǒng)設(shè)計(jì) 舉例 汽車修理的問題用表表示 41 6 6 2知識的使用和決策解釋 結(jié)論的分級與選擇詢問問題的策略固定的順序根據(jù)具體情況作出某種選擇決策的解釋對系統(tǒng)使用者的解釋對系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的解釋 6 6專家系統(tǒng)設(shè)計(jì) 42 問題 如果 所有的觀測可以同時被獲得 并且所研究的只是分類的問題 那么如何應(yīng)用簡單的控制策略 舉例 在修理汽車的例子中 可以給出一個總的來說多少是解釋性的說明 而不是生硬地把結(jié)論分成診斷和處理兩類 這樣的語句可以是以下形式 因?yàn)槠嚨钠妆谎?所以把風(fēng)門踏板踩到底或等待10分鐘 43 6 7專家系統(tǒng)開發(fā)工具 專家系統(tǒng)工具是一種更高級的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言現(xiàn)有的專家系統(tǒng)工具 主要分為骨架型工具 語言型工具 構(gòu)造輔助工具和支撐環(huán)境等4類 44 1 骨架型開發(fā)工具 定義只保留原系統(tǒng)獨(dú)立于問題領(lǐng)域知識的推理機(jī)部分形成的工具稱為骨架優(yōu)點(diǎn)使用方便 節(jié)省開發(fā)系統(tǒng)的過程結(jié)構(gòu)上的時間 提高開發(fā)效率 交互性好 提供很強(qiáng)的對結(jié)果進(jìn)行解釋的功能問題及缺點(diǎn)實(shí)例EMYCIN 6 7專家系統(tǒng)開發(fā)工具 45 2 語言型開發(fā)工具 與骨架型的對比優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)變化范圍廣泛 表示靈活 所適應(yīng)的范圍廣泛 問題及缺點(diǎn)功能上的通用性與使用上的方便性的矛盾造成一些問題和缺點(diǎn) 實(shí)例OPS5 CLIPS等 6 7專家