專家系統(tǒng)及其在機(jī)器人設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

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1、專家系統(tǒng)及其在機(jī)器人設(shè)計(jì)中的應(yīng)用摘要：專家系統(tǒng)和機(jī)器人做為人工智能領(lǐng)域的兩個(gè)重要分支，近年來(lái)發(fā)展迅速。將這兩個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)結(jié)合起來(lái)產(chǎn)生的智能機(jī)器人技術(shù)成為人工智能研究的一個(gè)重大進(jìn)步，它使得現(xiàn)代機(jī)器人變得更加“聰明”了。關(guān)鍵字：專家系統(tǒng)；機(jī)器人；人工智能1專家系統(tǒng)當(dāng)今人工智能技術(shù)分支眾多，研究方向各不相同，但最終都要以某種智能系統(tǒng)的形式投入應(yīng)用。智能系統(tǒng)可分為智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、智能化網(wǎng)絡(luò)、智能應(yīng)用系統(tǒng)和智能機(jī)器人系統(tǒng)等類型。其中專家系統(tǒng)就是智能應(yīng)用系統(tǒng)中的一種基于知識(shí)的智能系統(tǒng)。什么是專家系統(tǒng)？世界上第一個(gè)

2、專家系統(tǒng)DENDRAL早在1965年就已經(jīng)問(wèn)世。我們先來(lái)看看這個(gè)專家系統(tǒng)都能做些什么。DENDRAL系統(tǒng)是一種幫助化學(xué)家判斷某待定物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)的專家系統(tǒng)。1965年在美國(guó)斯坦福大學(xué)開(kāi)始研制，以后不斷發(fā)展。系統(tǒng)用LISP語(yǔ)言寫(xiě)成。DENDRAL利用的原始信息主要是該物質(zhì)的質(zhì)譜數(shù)據(jù)。整個(gè)系統(tǒng)按功能可分為三部分。①規(guī)劃：利用質(zhì)譜數(shù)據(jù)和化學(xué)家對(duì)質(zhì)譜數(shù)據(jù)與分子構(gòu)造關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，對(duì)可能的分子結(jié)構(gòu)形成若干約束。②生成結(jié)構(gòu)圖：利用J.萊德伯格的算法，給出一些可能分子結(jié)構(gòu)，利用第一部分所生成的約束條件來(lái)控制這種可能

3、性的展開(kāi)，最后給出一個(gè)或幾個(gè)可能的結(jié)構(gòu)。③利用化學(xué)家對(duì)質(zhì)譜數(shù)據(jù)的知識(shí)，對(duì)第二步給出的結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)、排隊(duì)。最后給出分子結(jié)構(gòu)圖。顯然DENDRAL是一個(gè)智能的物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析儀，它像一個(gè)化學(xué)研究領(lǐng)域的專家一樣告訴你想知道的物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)。而所謂專家是指對(duì)某一專業(yè)領(lǐng)域非常熟悉且有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的人。專家之所以為專家，最重要的是他們的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，還有他們?cè)谒伎己徒鉀Q問(wèn)題上獨(dú)特的方法和策略。專家系統(tǒng)要像一個(gè)“專家”一樣解決問(wèn)題，它同樣需要具備這些素質(zhì)：①專用性，即應(yīng)用于某一專門(mén)領(lǐng)域，②擁有像人類專家一樣的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)

4、知識(shí)，③能像人類專家一樣思考問(wèn)題，④能像人類專家一樣解決問(wèn)題。-7-所以，專家系統(tǒng)應(yīng)該是：應(yīng)用于某一專門(mén)領(lǐng)域，擁有該領(lǐng)域相當(dāng)數(shù)量的專家級(jí)知識(shí)，能模擬專家的思維，能達(dá)到專家級(jí)水平，能像專家一樣解決困難和復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題的計(jì)算機(jī)（軟件）系統(tǒng)。專家系統(tǒng)是目前人工智能中最活躍、最有成效的一個(gè)研究領(lǐng)域。近年來(lái)，在“專家系統(tǒng)”或“知識(shí)工程”的研究中已出現(xiàn)了成功和有效應(yīng)用人工智能技術(shù)的系統(tǒng)。人類專家由于具有豐富的知識(shí)所以才能達(dá)到優(yōu)異的解決問(wèn)題的能力。那么計(jì)算機(jī)程序是否能體現(xiàn)和應(yīng)用這些知識(shí)，解決人類專家所解決的問(wèn)題，而

5、且能幫助人類專家發(fā)現(xiàn)推理過(guò)程中出現(xiàn)的差錯(cuò)。現(xiàn)在，這一點(diǎn)已被證實(shí)是可行的。如在礦物勘測(cè)、化學(xué)分析、規(guī)劃和醫(yī)學(xué)診斷方面，專家系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到了人類專家的水平。下面我們簡(jiǎn)單看一下專家系統(tǒng)的構(gòu)成。1.1專家系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)一個(gè)完備的專家系統(tǒng)從概念上來(lái)講應(yīng)該由以下幾個(gè)部分組成：知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)、人機(jī)接口、解釋模塊、知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)。其中知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)是兩個(gè)最基本的模塊。知識(shí)庫(kù)（KnowledgeBase，KB）。用于存儲(chǔ)某領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)，包括事實(shí)、可行的操作與規(guī)則等。推理機(jī)（InferenceEngine，I

6、E）。用于記憶專家系統(tǒng)所采用的規(guī)則和控制策略的程序，使整個(gè)專家系統(tǒng)能夠以邏輯方式協(xié)調(diào)地工作。推理機(jī)能夠根據(jù)知識(shí)進(jìn)行推理和導(dǎo)出結(jié)論，而不是簡(jiǎn)單地搜索現(xiàn)成的答案。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。它是存放已知的或?qū)W習(xí)到的知識(shí)、推理結(jié)果和固定結(jié)論等數(shù)據(jù)，而且它所存放的數(shù)據(jù)隨系統(tǒng)運(yùn)行而產(chǎn)生、變化和撤消，所以稱為“動(dòng)態(tài)”數(shù)據(jù)庫(kù)。人機(jī)接口（Interface）。又稱人機(jī)界面，它能夠使系統(tǒng)與用戶進(jìn)行對(duì)話。解釋模塊。專門(mén)負(fù)責(zé)向用戶解釋專家系統(tǒng)的行為和結(jié)果。知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)。知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)對(duì)知識(shí)庫(kù)的作用，類似于數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）對(duì)數(shù)據(jù)

7、庫(kù)的作用，它主要負(fù)責(zé)在專家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和運(yùn)行期間對(duì)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行管理和維護(hù)。以上是對(duì)不同類型專家系統(tǒng)的共同之處進(jìn)行的一個(gè)分析。當(dāng)落實(shí)到具體的專家系統(tǒng)時(shí)，可能各個(gè)部分有不同的實(shí)現(xiàn)方法，且可能差異很大。1.2專家系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)-7-一般的專家系統(tǒng)通常采用快速原型與增量式開(kāi)發(fā)，它的基本過(guò)程是：先開(kāi)發(fā)一個(gè)最簡(jiǎn)單的系統(tǒng)原型，然后對(duì)這個(gè)原型進(jìn)行擴(kuò)充和完善，像滾雪球一樣直至完成整個(gè)系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)際開(kāi)發(fā)中通常需要解決知識(shí)獲取、知識(shí)表示、知識(shí)庫(kù)與知識(shí)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)等問(wèn)題。雖然從原理上來(lái)講專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是確定的，但受問(wèn)題領(lǐng)域、系統(tǒng)規(guī)模和

8、知識(shí)表示方法等的限制，還要進(jìn)行一項(xiàng)特別重要的工作，那就是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這是非常關(guān)鍵的。最后就是人機(jī)接口的設(shè)計(jì)了。一旦上述工作做好了，實(shí)現(xiàn)一個(gè)專家系統(tǒng)將不是很難。另外，對(duì)于一個(gè)專家系統(tǒng)，后期的測(cè)試與更新是非常關(guān)鍵的，相比其他的軟件開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，這點(diǎn)在專家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)上顯的更為重要，沒(méi)有一個(gè)軟件能一次開(kāi)發(fā)，永不更新的。2機(jī)器人與專家系統(tǒng)在機(jī)器人領(lǐng)域的使用前面我們簡(jiǎn)要介紹了專家系統(tǒng)的概念，下面我們將介紹機(jī)器人的一些一般概念和專家系統(tǒng)在機(jī)器人設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。我們從廣泛意