專家系統(tǒng)在材料科學中的應用市公開課金獎市賽課一等獎課件

人工智能

§4.1教授系統(tǒng)(1)定義：讓機器完成那些假如由人來做需要智能事情

(2)領域：教授系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡、自然語言處理、圖像識別等第1頁教授系統(tǒng)定義(1)定義：是一個智能計算機程序，它運用知識和推了解決只有教授才能解決復雜問題。

§4.1教授系統(tǒng)第2頁§4.1教授系統(tǒng)教授系統(tǒng)作用(1)教授系統(tǒng)便于保留和大面積推廣各種教授寶貴知識，克服人類教授供不應求矛盾。

(2)教授系統(tǒng)還能夠綜合許多教授知識和經(jīng)驗，從而博采眾長。

第3頁教授系統(tǒng)作用§4.1教授系統(tǒng)(3)教授系統(tǒng)繼承了計算機快速、準確特點，在一些方面比人類教授更可靠、更靈活，能夠不受時間、地域和人為原因影響。

第4頁§4.1教授系統(tǒng)教授系統(tǒng)和傳統(tǒng)程序區(qū)分(1)從編程思想上看，傳統(tǒng)程序是依據(jù)算法和數(shù)據(jù)來求解問題，而教授系統(tǒng)是依據(jù)知識和推理來求解問題。

第5頁§4.1教授系統(tǒng)(2)從處理對象來看，傳統(tǒng)程序主要面向數(shù)值計算和數(shù)據(jù)處理，而教授系統(tǒng)則面向符號處理。教授系統(tǒng)和傳統(tǒng)程序區(qū)分(3)傳統(tǒng)程序普通不含有解釋功效，而教授系統(tǒng)含有解釋功效。

第6頁教授系統(tǒng)和傳統(tǒng)程序區(qū)分§4.1教授系統(tǒng)(4)傳統(tǒng)程序因為是依據(jù)算法來求解問題，所以每次都能產(chǎn)生正確答案，而教授系統(tǒng)則象人類教授那樣工作，通常產(chǎn)生正確答案，但有時也會產(chǎn)生錯誤答案。

第7頁§4.1教授系統(tǒng)教授系統(tǒng)類型(1)解釋型教授系統(tǒng)：能依據(jù)感知數(shù)據(jù)，經(jīng)過一定分析、推理，給出對應解釋。

(2)診療型教授系統(tǒng)：能依據(jù)取得現(xiàn)象、數(shù)據(jù)和事實推斷出系統(tǒng)是否有問題，并找出產(chǎn)生問題原因，給出處理問題方案。(3)預測型教授系統(tǒng)：能依據(jù)過去和現(xiàn)在信息預測未來趨向。第8頁(4)設計型教授系統(tǒng)：能依據(jù)給定要求進行對應設計。教授系統(tǒng)類型§4.1教授系統(tǒng)(5)規(guī)劃型教授系統(tǒng)：能依據(jù)給定目標確定規(guī)劃方案。(6)控制型教授系統(tǒng)：能對接收到來自被控對象信息，快速進行處理，做出判斷，并采取對應行動。第9頁§4.1教授系統(tǒng)教授系統(tǒng)類型(7)監(jiān)督型教授系統(tǒng)：主要進行實時監(jiān)控。(8)修理型教授系統(tǒng)：能依據(jù)故障特點制訂排除故障方案。(9)教學型教授系統(tǒng)：主要適合用于輔助教學，并能依據(jù)學生學習情況有針對性地確定教學內容和教學伎倆。第10頁§4.1教授系統(tǒng)教授系統(tǒng)類型(10)調試型教授系統(tǒng)：主要用于對系統(tǒng)進行調試，能依據(jù)對應標準檢測被測對象存在錯誤，并制訂適合于當前情況最正確方案。第11頁§4.1教授系統(tǒng)教授系統(tǒng)結構人機接口解釋機構知識獲取機構數(shù)據(jù)庫推理機知識庫用戶領域教授知識工程師第12頁§4.1教授系統(tǒng)教授系統(tǒng)結構(1)知識庫：主要存放知識（來自人類教授和科技文件知識）和規(guī)則（怎樣依據(jù)已知事實和假設產(chǎn)生新事實和假設長久信息）。(2)數(shù)據(jù)庫：又稱“黑板”或“動態(tài)數(shù)據(jù)庫”。用于存放用戶提出問題（初始事實）、推理過程中得到各種中間信息。第13頁§4.1教授系統(tǒng)教授系統(tǒng)結構(3)推理機：是一組計算機程序，能依據(jù)已知事實推理得出結論。依據(jù)推理方向，分為3種推理策略：1）正向推理：依據(jù)已知事實推理得出結論。2）反向推理：先提出結論（假設），然后尋找支持結論（假設）證據(jù)。3）混合推理：先依據(jù)數(shù)據(jù)庫中已知事實，用正向推理提出假設，再用反向推理，深入尋找支持假設證據(jù)，如此重復。依據(jù)推理準確性，可分為2類：1）準確推理；2）不準確推理第14頁§4.1教授系統(tǒng)教授系統(tǒng)結構(4)解釋機構：是一組程序，能跟蹤并統(tǒng)計推理過程，負責給推理過程給出必要解釋。第15頁§4.1教授系統(tǒng)教授系統(tǒng)結構(5)知識獲取機構1）知識獲取也稱為學習功效，它為建立、修改和擴充知識庫中知識提供伎倆。2）知識獲取過程由知識工程師和教授系統(tǒng)中知識機構共同完成。知識獲?。褐R工程師負責從領域教授那里獲取知識，并用適當方法把知識表示出來。第16頁§4.1教授系統(tǒng)教授系統(tǒng)結構知識輸入：把知識輸入計算機。知識檢驗：對知識一致性和完整性進行檢驗。知識存放：將檢驗過知識存入知識庫。領域教授知識工程師知識庫數(shù)據(jù)問題提問知識概念解答第17頁§4.1教授系統(tǒng)知識表示(1)定義：知識表示就是將人類知識形式用一個計算機能夠接收用于描述知識數(shù)據(jù)結構來表示。(2)產(chǎn)生式規(guī)則表示法1）確定性規(guī)則知識產(chǎn)生式表示規(guī)則知識：表示一個因果關系?；拘问剑篒FPTHENQ或P→Q產(chǎn)生式規(guī)則又稱規(guī)則，其“前提”P有時又稱為“條件”、“前提條件”、“前件”、“左部”，其“結論”又稱為“后件”、“右部”。第18頁§4.1教授系統(tǒng)知識表示2）不確定性規(guī)則知識產(chǎn)生式表示基本形式：IFPTHENQ（置信度）或P→Q（置信度）3）確定性事實性知識產(chǎn)生式表示事實性知識：描述某種事實?；拘问剑海▽ο?，屬性，值）4）不確定性事實性知識產(chǎn)生式表示基本形式：（對象，屬性，值，置信度）第19頁教授系統(tǒng)開發(fā)(1)問題識別：確定問題特征，明確系統(tǒng)要處理問題。(2)概念化：對問題各種原因進行抽象化，找出表示知識概念，建立“概念模型”。(3)形式化：設計知識結構，主要包含設計知識表示方式、推理技術等。(4)實現(xiàn)階段：把前一階段形式化知識變成計算機軟件，即建立知識庫、推理機、人機接口、解釋系統(tǒng)等?！?.1教授系統(tǒng)第20頁教授系統(tǒng)開發(fā)§4.1教授系統(tǒng)(5)測試階段：經(jīng)過運行實例，來檢驗所建立系統(tǒng)。檢驗內容包含：系統(tǒng)可靠性、知識一致性、系統(tǒng)運行效率、系統(tǒng)解釋能力、人機接口便利性等，并依據(jù)檢驗結果，對系統(tǒng)進行修改。(6)維護階段：主要是修改、擴充知識庫和推理機中各種信息，使教授系統(tǒng)變得更完善。第21頁§4.2教授系統(tǒng)在材料科學中應用實例金屬材料腐蝕咨詢教授系統(tǒng)(1)總體結構：主要包含知識庫、推理機構、解釋模塊、用戶接口等。(2)咨詢過程：確定金屬材料是否腐蝕確定腐蝕類型確定防腐蝕方案第22頁金屬材料腐蝕咨詢教授系統(tǒng)§4.2教授系統(tǒng)在材料科學中應用實例(1)知識庫：其知識庫中大約有100各種關于金屬腐蝕規(guī)則，能夠識別12種金屬腐蝕類型，如：均勻腐蝕、電偶腐蝕、小孔腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕、疲勞腐蝕、磨損腐蝕、細菌腐蝕、氫腐蝕等，含有解釋功效。

第23頁(2)推理機：不準確反向推理

假定是某種腐蝕類型

將用戶輸入腐蝕癥狀置信度權值相加與該腐蝕類型閾值進行比較，假如大于閾值則假設成立。

金屬材料腐蝕咨詢教授系統(tǒng)§4.2教授系統(tǒng)在材料科學中應用實例第24頁金屬材料腐蝕咨詢教授