專家系統(tǒng)簡(jiǎn)介

專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)是一類具有專門知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)智能程序系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)人類專家的問(wèn)題求解能力的建模，采用人工智能中的知識(shí)表示和知識(shí)推理技術(shù)來(lái)模擬通常由專家才能解決的復(fù)雜問(wèn)題，達(dá)到具有與專家同等解決問(wèn)題能力的水平。這種基于知識(shí)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是以知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)為中心而展開的，即專家系統(tǒng)=知識(shí)庫(kù)+推理機(jī)它把知識(shí)從系統(tǒng)中與其他部分分離開來(lái)。專家系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)的是知識(shí)而不是方法。很多問(wèn)題沒(méi)有基于算法的解決方案，或算法方案太復(fù)雜，采用專家系統(tǒng)，可以利用人類專家擁有豐富的知識(shí)，因此專家系統(tǒng)也稱為基于知識(shí)的系統(tǒng)（Knowledge-BasedSystems）。一般說(shuō)來(lái)，一個(gè)專家系統(tǒng)應(yīng)該具備以下三個(gè)要素：（1）具備某個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的專家級(jí)知識(shí)；（2）能模擬專家的思維；（3）能達(dá)到專家級(jí)的解題水平。專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序的主要區(qū)別如表7.1所示。

表7.1

專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序的主要區(qū)別列項(xiàng)傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序?qū)＜蚁到y(tǒng)處理對(duì)象數(shù)字符號(hào)處理方法算法啟發(fā)式處理方式批處理交互式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和控制集成知識(shí)和控制分離系統(tǒng)修改難易信息類型確定性不確定性處理結(jié)果最優(yōu)解可接受解適用范圍無(wú)限制封閉世界假設(shè)

建造一個(gè)專家系統(tǒng)的過(guò)程可以稱為“知識(shí)工程”，它是把軟件工程的思想應(yīng)用于設(shè)計(jì)基于知識(shí)的系統(tǒng)。知識(shí)工程包括下面幾個(gè)方面：（1）從專家那里獲取系統(tǒng)所用的知識(shí)（即知識(shí)獲取）（2）選擇合適的知識(shí)表示形式（即知識(shí)表示）（3）進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)（4）以合適的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。專家系統(tǒng)的發(fā)展史1965年斯坦福大學(xué)的費(fèi)根鮑姆（E.A.Feigenbaum）和化學(xué)家勒德貝格（J.Lederberg）合作研制DENDRAL系統(tǒng)，使得人工智能的研究以推理算法為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐灾R(shí)為主。20世紀(jì)70年代，專家系統(tǒng)的觀點(diǎn)逐漸被人們接受，許多專家系統(tǒng)相繼研發(fā)成功，其中較具代表性的有醫(yī)藥專家系統(tǒng)MYCIN、探礦專家系統(tǒng)PROSPECTOR等。20世紀(jì)80年代，專家系統(tǒng)的開發(fā)趨于商品化，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。1977年美國(guó)斯坦福大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)家費(fèi)根鮑姆(E.A.Feigenballm)在第五屆國(guó)際人工智能聯(lián)合會(huì)議上提出知識(shí)工程的新概念。他認(rèn)為，“知識(shí)工程是人工智能的原理和方法，對(duì)那些需要專家知識(shí)才能解決的應(yīng)用難題提供求解的手段。恰當(dāng)運(yùn)用專家知識(shí)的獲取、表達(dá)和推理過(guò)程的構(gòu)成與解釋，是設(shè)計(jì)基于知識(shí)的系統(tǒng)的重要技術(shù)問(wèn)題?！敝R(shí)工程是一門以知識(shí)為研究對(duì)象的學(xué)科，它將具體智能系統(tǒng)研究中那些共同的基本問(wèn)題抽出來(lái)，作為知識(shí)工程的核心內(nèi)容，使之成為指導(dǎo)具體研制各類智能系統(tǒng)的一般方法和基本工具，成為一門具有方法論意義的科學(xué)。20世紀(jì)80年代以來(lái)，在知識(shí)工程的推動(dòng)下，涌現(xiàn)出了不少專家系統(tǒng)開發(fā)工具，例如EMYCIN、CLIPS(OPS5,OPS83)、G2、KEE、OKPS等。早在1977年，中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所就基于關(guān)幼波先生的經(jīng)驗(yàn)，研制成功了我國(guó)第一個(gè)“中醫(yī)肝病診治專家系統(tǒng)”。1985年10月中科院合肥智能所熊范綸建成“砂姜黑土小麥?zhǔn)┓蕦＜易稍兿到y(tǒng)”，這是我國(guó)第一個(gè)農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)20多年努力，一個(gè)以農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)為重要手段的智能化農(nóng)業(yè)信息技術(shù)在我國(guó)取得了引人矚目的成就，許多農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)遍地開花，將對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展發(fā)揮作用。中科院計(jì)算所史忠植與東海水產(chǎn)研究所等合作，研制了東海漁場(chǎng)預(yù)報(bào)專家系統(tǒng)。在專家系統(tǒng)開發(fā)工具方面，中科院數(shù)學(xué)研究所研制了專家系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境“天馬”，中科院合肥智能所研制了農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)開發(fā)工具“雄風(fēng)”，中科院計(jì)算所研制了面向?qū)ο髮＜蚁到y(tǒng)開發(fā)工具“OKPS”。專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖7.1所示，其中箭頭方向?yàn)樾畔⒘鲃?dòng)的方向。專家系統(tǒng)通常由人機(jī)交互界面、知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、解釋器、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)獲取等6個(gè)部分構(gòu)成。

圖7.1

專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

知識(shí)庫(kù)是問(wèn)題求解所需要的領(lǐng)域知識(shí)的集合，包括基本事實(shí)、規(guī)則和其他有關(guān)信息。知識(shí)的表示形式可以是多種多樣的，包括框架、規(guī)則、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)等等。知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)源于領(lǐng)域?qū)＜?，是決定專家系統(tǒng)能力的關(guān)鍵，即知識(shí)庫(kù)中知識(shí)的質(zhì)量和數(shù)量決定著專家系統(tǒng)的質(zhì)量水平。知識(shí)庫(kù)是專家系統(tǒng)的核心組成部分。一般來(lái)說(shuō)，專家系統(tǒng)中的知識(shí)庫(kù)與專家系統(tǒng)程序是相互獨(dú)立的，用戶可以通過(guò)改變、完善知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)內(nèi)容來(lái)提高專家系統(tǒng)的性能。推理機(jī)是實(shí)施問(wèn)題求解的核心執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它實(shí)際上是對(duì)知識(shí)進(jìn)行解釋的程序，根據(jù)知識(shí)的語(yǔ)義，對(duì)按一定策略找到的知識(shí)進(jìn)行解釋執(zhí)行，并把結(jié)果記錄到動(dòng)態(tài)庫(kù)的適當(dāng)空間中。推理機(jī)的