專家系統(tǒng)及其應(yīng)用

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1、專家系統(tǒng)及其應(yīng)用計算機12班馬洪旭01055050mhx1220@mailei.xjtu.edu.cn一．專家系統(tǒng)的基本概念1．何謂專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問題的計算機程序系統(tǒng)。專家系統(tǒng)內(nèi)部含有大量的某個領(lǐng)域的專家水平的知識與經(jīng)驗，能夠運用人類專家的知識和解決問題的方法進行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，來解決該領(lǐng)域的復(fù)雜問題。專家系統(tǒng)是人工智能應(yīng)用研究最活躍和最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域之一,涉及到社會各個方面，各種專家系統(tǒng)已遍布各個專業(yè)領(lǐng)域，取得很大的成功。根據(jù)專家系統(tǒng)處理的問題的類型，把專家系統(tǒng)分為解釋型

2、、診斷型、調(diào)試型、維修型、教育型、預(yù)測型、規(guī)劃型、設(shè)計型和控制型等10種類型。具體應(yīng)用就很多了，例如血液凝結(jié)疾病診斷系統(tǒng)、電話電纜維護專家系統(tǒng)、花布圖案設(shè)計和花布印染專家系統(tǒng)等等。為了實現(xiàn)專家系統(tǒng)，必須要存儲有該專門領(lǐng)域中經(jīng)過事先總結(jié)、分析并按某種模式表示的專家知識(組成知識庫)，以及擁有類似于領(lǐng)域?qū)＜医鉀Q實際問題的推理機制(構(gòu)成推理機)。系統(tǒng)能對輸入信息進行處理，并運用知識進行推理，做出決策和判斷，其解決問題的水平達到或接近專家的水平，因此能起到專家或?qū)＜抑值淖饔?。開發(fā)專家系統(tǒng)的關(guān)鍵是表示和運用專家知識，即來自領(lǐng)域?qū)?/p>

3、家的己被證明對解決有關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的典型問題有用的事實和過程。目前，專家系統(tǒng)主要采用基于規(guī)則的知識表示和推理技術(shù)。由于領(lǐng)域的知識更多是不精確或不確定的，因此，不確定的知識表示與知識推理是專家系統(tǒng)開發(fā)與研究的重要課題。此外，專家系統(tǒng)開發(fā)工具的研制發(fā)展也很迅速，這對擴大專家系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，加快專家系統(tǒng)的開發(fā)過程，將起到積極地促進作用。隨著計算機科學(xué)技術(shù)整體水平的提高，分布式專家系統(tǒng)、協(xié)同式專家系統(tǒng)等新一代專家系統(tǒng)的研究也發(fā)展很快。在新一代專家系統(tǒng)中，不但采用基于規(guī)則的推理方法，而且采用了諸如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法與技術(shù)。2．專家系統(tǒng)的

4、基本結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)通常由人機交互界面、知識庫、推理機、解釋器、綜合數(shù)據(jù)庫、知識獲取等6個部分構(gòu)成。在其中，知識庫是專家系統(tǒng)質(zhì)量是否優(yōu)越的關(guān)鍵所在，即知識庫中知識的質(zhì)量和數(shù)量決定著專家系統(tǒng)的質(zhì)量水平。一般來說，專家系統(tǒng)中的知識庫與專家系統(tǒng)程序是相互獨立的，用戶可以通過改變、完善知識庫中的知識內(nèi)容來提高專家系統(tǒng)的性能。人工智能中的知識表示形式有產(chǎn)生式、框架、語意網(wǎng)絡(luò)等，而在專家系統(tǒng)中運用得較為普遍的知識是產(chǎn)生式規(guī)則。產(chǎn)生式規(guī)則以IF…THEN…的形式出現(xiàn)，就像編程語言里的條件語句一樣，IF后面跟的是條件（前件），THEN后面的

5、是結(jié)論（后件），條件與結(jié)論均可以通過邏輯運算AND、OR、NOT進行復(fù)合。在這里，產(chǎn)生式規(guī)則的理解非常簡單：如果前提條件得到滿足，就產(chǎn)生相應(yīng)的動作或結(jié)論。產(chǎn)生式專家系統(tǒng)的知識庫中包含了大量的規(guī)則，換言之，這里的知識庫就是一個規(guī)則集。推理機針對當(dāng)前問題的條件或已知信息，反復(fù)匹配知識庫中的規(guī)則，獲得新的結(jié)論，以得到問題求解結(jié)果。在這里，推理方式可以有正向和反向推理兩種。正向推理是從前件匹配到結(jié)論，反向推理則先假設(shè)一個結(jié)論成立，看它的條件有沒有得到滿足。由此可見，推理機就如同專家解決問題的思維方式，知識庫就是通過推理機來實現(xiàn)其

6、價值的。人機界面是系統(tǒng)與用戶進行交流時的界面。通過該界面，用戶輸入基本信息、回答系統(tǒng)提出的相關(guān)問題，并輸出推理結(jié)果及相關(guān)的解釋等。綜合數(shù)據(jù)庫專門用于存儲推理過程中所需的原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果和最終結(jié)論，往往是作為暫時的存儲區(qū)。解釋器能夠根據(jù)用戶的提問，對結(jié)論、求解過程做出說明，因而使專家系統(tǒng)更具有人情味。知識獲取是專家系統(tǒng)知識庫是否優(yōu)越的關(guān)鍵，也是專家系統(tǒng)設(shè)計的“瓶頸”問題，通過知識獲取，可以擴充和修改知識庫中的內(nèi)容，也可以實現(xiàn)自動學(xué)習(xí)功能。二．專家系統(tǒng)的特性（和人類專家相比）1．不受時間限制：人類專家的工作時間有限，但專家

7、系統(tǒng)是恒久，一旦開發(fā)完成，可隨時使用，并可二十四小時持續(xù)運作。2．操作成本低：人類專家稀少且昂貴，雖然專家系統(tǒng)的在起步發(fā)展時必須花一筆不小的經(jīng)費，但日常操作的成本比起人類專家便宜許多。因此在專家不在或經(jīng)濟上請專家不合算的情況下，利用專家系統(tǒng)仍能處理與專家相等水準(zhǔn)的工作。3．易于傳遞及復(fù)制：專家與專家知識是稀有的資源，在知識密集的工作環(huán)境下，新進人員需要作相當(dāng)多的訓(xùn)練，而關(guān)鍵人物的知識隨著人事變動而不能儲存，在傳遞起來亦是耗時費力。但專家系統(tǒng)則不然，它能輕易地將知識傳遞或復(fù)制。4．具有一致性：人類專家在判斷決策的結(jié)果常會因

8、時或因人而異，而專家系統(tǒng)對于所處理的問題則具有一致性的輸出。5．可處理費時及復(fù)雜的問題：由于專家系統(tǒng)具有既定的知識庫與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评沓绦?，因此往往比人類專家還能勝任一些執(zhí)行起來較費時、復(fù)雜度較高的工作，如6。需要龐大計算量的問題。另外，若工作的內(nèi)容重復(fù)性很高，專家系統(tǒng)尤其能比人類專家有更佳的表現(xiàn)。7．使用于特定領(lǐng)域：由于