人工智能之基于知識的系統(tǒng)

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1、,,,,,,,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,,,*,第四章 基于知識的系統(tǒng),4.1 KB系統(tǒng)的開發(fā),4.2 設(shè)計基于產(chǎn)生式表示的KB系統(tǒng)開發(fā)工具,4.3 專家系統(tǒng)實例——MYCIN,4.4 問題求解的結(jié)構(gòu)化組織,本章小結(jié),,,,4.1 KB系,統(tǒng),統(tǒng)的開發(fā),KB系統(tǒng)是基于知識的問題求解系統(tǒng)，,當,當其表現(xiàn)出專家,級,級問題求解能力,時,時稱為專家系統(tǒng)。,KB系統(tǒng)的研究,起,起始于20世紀60年代中期。,通用問題求解方,法,法的一味追求導,致,致了人工智能的,研,研究陷入黑暗摸,索,索期！,,,1.KB系統(tǒng)的,一,一般概念,KB系統(tǒng)的特點,具

2、有求解問題所,需,需的專門知識,基本原理和常識,領(lǐng)域?qū)＜医?jīng)驗知,識,識,具有使用專門知,識,識的符號推理能,力,力,KB系統(tǒng)的組成,KB系統(tǒng)的基本,結(jié),結(jié)構(gòu)可視為由三,個,個部分組成：知識庫、推理機,和,和用戶界面,,,,,KB系統(tǒng)執(zhí)行的,一,一些常見問題求,解,解任務(wù)：,1) 解釋,2) 診斷,3) 監(jiān)控,4) 預(yù)測,5) 規(guī)劃,6) 設(shè)計,,,推理解釋,解釋問題求解過,程,程及結(jié)果的合理,性,性是KB系統(tǒng)應(yīng),具,具備的能力。,簡單的解釋方式,：,：規(guī)則追蹤就是把問題求解,過,過程中激活使用,的,的規(guī)則按激活的,次,次序顯示給用戶,。,。,高級的解釋方式,：,：按領(lǐng)域基本原,理,理和常識重構(gòu)

3、解答。,,,KB系統(tǒng)的評價,KB系統(tǒng)有多個,方,方面的評價，其,中,中有三個最重要,：,：,計算、感觀和性,能,能,對MYCIN性,能,能的評價,評價方式：,首先由KB系統(tǒng),的,的設(shè)計者用各種,可,可能的實驗測試,，,，確保無誤后再,交,交給用戶；,用戶以大量實際,案,案例運行KB系,統(tǒng),統(tǒng)，并與原有方,式,式執(zhí)行的結(jié)果相,比,比較；,一旦發(fā)現(xiàn)錯誤就,立,立即作修改，直,到,到用戶信服KB,系,系統(tǒng)的有效性，,然,然后才正式投入,應(yīng),應(yīng)用。,對于任何類型的,錯,錯誤，其容許出,現(xiàn),現(xiàn)的程度必須通,過,過權(quán)衡錯誤導致,的,的損失和正確解,答,答帶來的利益來,決,決定。,,,2. KB系統(tǒng),的,的

4、體系結(jié)構(gòu)原則,本節(jié)內(nèi)容面向研,究,究生，可以不看,了,了,?,,,3. KB系統(tǒng),的,的開發(fā)過程,知識獲?。壕褪前延糜趩栴},求,求解的專門知識,從,從某些知識源提,煉,煉出來，轉(zhuǎn)化為,推,推理機使用形式,的,的過程。,潛在的知識源包括領(lǐng)域?qū)＜摇?書,書本、數(shù)據(jù)庫以,及,及普通人的經(jīng)驗,。,。,目前，知識獲取,的,的主要方式：以,知,知識工程師作為,中,中間人從領(lǐng)域?qū)?家,家處獲取專門知,識,識。,為實現(xiàn)知識獲取,的,的自動化，就要,努,努力取消知識工程師,的,的中介作用，讓一個智能的,知,知識獲取界面直,接,接與領(lǐng)域?qū)＜覍?話,話。,,,領(lǐng)域?qū)＜?知識工程師,知識獲取界面,,推理機,知識庫,手

5、工知識獲取過,程,程,KB系統(tǒng),,,領(lǐng)域?qū)＜?智能的,知識獲取界面,,推理機,知識庫,KB系統(tǒng),知識獲取的自動,化,化,,,通過知識工程師,來,來開發(fā)KB系統(tǒng),可,可歸納為五個階,段,段。,識別階段，知識工程師和,領(lǐng),領(lǐng)域?qū)＜乙黄鹋?別,別問題的類型和,特,特征。,概念化階段，闡明重要的概,念,念、關(guān)系和信息,流,流特征，并用以,描,描述問題求解的,概,概念模型，包括,問,問題求解方法、,推,推理控制要求和,約,約束條件。,形式化階段，決定知識表示,形,形式和推理機制,。,。,實現(xiàn)階段，以概念模型作,為,為語義框架獲取,問,問題求解所需的,詳,詳細知識，以形,式,式化階段決定的,知,知識表示語

6、言編,寫,寫并存放進知識,庫,庫。新建立的知,識,識庫和推理機一,起,起構(gòu)成KB系統(tǒng),的,的第一個原型。,測試階段，通過各種測試,手,手段評價原型系,統(tǒng),統(tǒng)的性能。,,,認識問題,的特征,找出表達,知識的概念,設(shè)計組織,知識的原則,形成概括,知識的規(guī)則,驗證組織,知識的原則,必要條件,概念,結(jié)構(gòu),規(guī)則,重新描述,重新設(shè)計,重新完善,KB系統(tǒng)的開發(fā),步,步驟,識別,概念化,形式化,實現(xiàn),測試,,,4. KB系統(tǒng),的,的開發(fā)工具和環(huán),境,境,開發(fā)工具和環(huán)境,可,可以分為三類：,外,外殼(骨架系統(tǒng))、表示語言、,開,開發(fā)工具箱(開,發(fā),發(fā)環(huán)境)。,外殼：給知識工程師提,供,供現(xiàn)成的實現(xiàn)KB系統(tǒng)的骨架

7、，,只,只要按骨架規(guī)定,的,的表示方式編寫,專,專門知識，就可,形,形成應(yīng)用領(lǐng)域的KB系統(tǒng)。,表示語言類工具,：,：為知識工程師提,供,供面向知識處理,的,的高級編程語言,。,。典型：OPS5,開發(fā)工具箱(或稱開發(fā)環(huán)境)：為KB系統(tǒng),的,的生命周期中各,個,個階段提供工具,，,，甚至可以提供,多,多種外殼和表示,語,語言，以及綜合,它,它們建立復雜KB系統(tǒng)的手段。,典,典型：KEE(Knowledge EngineeringEnvironment),任務(wù)特征與外殼,不,不匹配時不行！,編程語言不能直,接,接描述控制結(jié)構(gòu),！,！,,,4.2 設(shè)計基,于,于產(chǎn)生式表示的KB系統(tǒng)開發(fā),工,工具,最

8、著名的基于產(chǎn),生,生式表示的KB,系,系統(tǒng)開發(fā)工具就,是,是產(chǎn)生式系統(tǒng)語,言,言O(shè)PS5。,OPS5采用條,件,件-動作型產(chǎn)生,式,式規(guī)則，只允許,正,正向推理，規(guī)則,的,的右部可以是任,何,何操作函數(shù)的序,列,列。,下面介紹一個命,名,名為Xps的實驗型產(chǎn)生式,系,系統(tǒng)，它模擬了OPS5的實現(xiàn),。,。,,,4.2.1 總,體,體設(shè)計,產(chǎn)生式系統(tǒng)由三,個,個部分組成：規(guī)則庫、綜合數(shù)據(jù)庫和控制系統(tǒng)。,1. 規(guī)則的表,示,示, :={},*,?,{},+,可以用規(guī)則定義,函,函數(shù)Define-Rule定義一條新規(guī),則,則，并將其置,于,于規(guī)則庫。例,如,如： (Define-RuleEat

9、,,??(Hungry ?Person) (Edible ?Food),?,　??(Write'(?Personeats the?Food)) ),,,2. 綜合數(shù),據(jù),據(jù)庫的表示,綜合數(shù)據(jù)庫的,內(nèi),內(nèi)容表示為以,列,列表形式描述,的,的謂詞公式。,可以用存儲函,數(shù),數(shù)DB-Store將它們,插,插進綜合數(shù)據(jù),庫,庫。,例如，在初始,化,化有關(guān)飲食問,題,題的綜合數(shù)據(jù),庫,庫時，若執(zhí)行,：,：(DB-Store '(Hungry Peter))(DB-Store '(Hungry Paul))(DB-Store '(Edible Hot-Dog))(D

10、B-Store '(Edible Turkey-Leg))(DB-Store '(Edible Muffin))則綜合數(shù)據(jù)庫,的,的初始內(nèi)容就,由,由這5個事實,元,元素構(gòu)成，且,每,每個元素附加,一,一個時間標簽,以,以指示它們進,入,入綜合數(shù)據(jù)庫,的,的先后順序.,時間標簽按事,實,實元素進入綜,合,合數(shù)據(jù)庫的順,序,序，從1開始,，,，依次加1。,,,3. 控制系,統(tǒng),統(tǒng),控制機制采用,前,前述的識別-行動循環(huán)控制流。,在每個識別-,行,行動循環(huán)的識,別,別階段均有可,能,能激活多條規(guī),則,則，且每條激,活,活的規(guī)則可有,多,多個激活例，,這,這些規(guī)則激活,例,例構(gòu)成了所謂沖突集

11、。,例如上述有關(guān),飲,飲食問題的規(guī),則,則就存在多個,滿,滿足綜合數(shù)據(jù),庫,庫的激活例，,并,并由此建立了,以,以下沖突集：,規(guī),規(guī)則名 激,活,活例序號 ,,變量置換,,,時,時間標簽表,,Eat ,,1 {Peter/Person,Hot-Dog/Food}(1 3),,Eat,,2 {Peter/Person, Turkey-Leg/Food}(1 4)Eat 3 {Peter/Person,Muffin/Food},,(1 5)Eat,,4 {Paul/Person, Hot-Dog/Food} (23)

12、Eat 5,,{Paul/Person, Turkey-Leg/Food}(2 4),,Eat ,,6 {Paul/Person,Muffin/Food},,(2 5),其,其中，,時,時間標簽表記,載,載了與規(guī)則條,件,件部分匹配模,式,式匹配的事實,元,元素的時間標,簽,簽。,,,Xps采用的,沖,沖突解法是：,新,新近和特殊的,規(guī),規(guī)則激活例優(yōu),先,先選用。,沖突集可以有,三,三種情況：,空集：則系統(tǒng),無,無法繼續(xù)推理,過,過程，失敗結(jié),束,束；,單一規(guī)則激活,例,例：直接執(zhí)行,該,該激活例；,多個規(guī)則激活,例,例：執(zhí)行沖突,解,解法。,,,沖突解法分三,

13、個,個步驟，分別,由,由三個篩選器,執(zhí),執(zhí)行：,（1）折射（Refraction）篩,選,選,將已使用過，,又,又再一次激活,的,的規(guī)則例刪除,，,，不讓其進入,沖,沖突集。,規(guī)則激活例中,記,記載的時間標,簽,簽表，使得檢,查,查規(guī)則例是否,重,重復激活成為,可,可能。,（2）新近性,（,（Recency）篩選,優(yōu)先選用能與最新近進入綜合數(shù)據(jù),庫,庫的事實元素,相,相匹配的規(guī)則,激,激活例。,由于規(guī)則條件,部,部分往往有多,個,個匹配模式，,所,所以必須綜合,評,評價它們的新,近,近性。,可基于時間標,簽,簽表加以評價,，,，該方法如下,：,：首先將各規(guī),則,則激活例的時,間,間標簽表按數(shù),

14、字,字從大到小排,列,列其包含標簽,的,的順序（并刪,除,除重復的標簽,）,），然后再依,次,次比較經(jīng)排序,后,后的時間標簽,表,表的相應(yīng)元素,，,，就可鑒別出,新,新近性的不同,。,。,,,例如，有以下,各,各時間標簽表,：,：（1 103）（3 10 1）（9 1 3,）,）（8 69 7）（10 3）（31 2 9,）,）（3 1 10 1）,則先對各時間,標,標簽表進行排,序,序得：（10 3 1,）,）（10 31）（93 1）（98 7 6,）,）（103）（9 32 1）（10 3 1,）,）,按新近性原則,，,，相應(yīng)于時間,標,標簽表,（,（1 103）（3 10 1）

15、（31 101）的規(guī)則,激,激活例新近性,最,最好。,,,（3）特殊性,（,（Specificity,）,）篩選,特殊性意指規(guī),則,則的條件部分,具,具有更多的匹,配,配模式。,顯然，特殊性,高,高的規(guī)則難以,激,激活，所以一,旦,旦激活，并通,過,過了新近性篩,選,選，就應(yīng)優(yōu)先,選,選用這種規(guī)則,的,的激活例。,對于上例新近,性,性篩選留下的,三,三個規(guī)則激活,例,例，按特殊性,原,原則，就應(yīng)選,用,用對應(yīng)于時間,標,標簽表（31 10 1,）,）的那個。,若經(jīng)由上述三,個,個步驟的篩選,后,后仍留下多于,一,一個的規(guī)則激,活,活例，則從中隨機選用一個。,,,練習,P190、二,、,、4,

16、設(shè)在Xps運,行,行的某個識別-行動循環(huán)激,活,活了6條規(guī)則,例,例，它們的時,間,間標簽表依次,分,分別為：,（1 3 5,）,） （7 60） （76 6 0,）,） （5 68） （56 2）（0 3 7）,已,已知第1、4規(guī)則激活例,已,已執(zhí)行過，問,此,此循環(huán)應(yīng)選用,哪,哪條規(guī)則激活,例,例加以執(zhí)行？,,,4.2.2Xps的實現(xiàn),實現(xiàn)Xps的,程,程序設(shè)計分三,個,個部分進行：,規(guī),規(guī)則庫管理、,綜,綜合數(shù)據(jù)庫管,理,理和推理引擎,。,。,1、規(guī)則庫管,理,理,規(guī)則庫設(shè)計為,一,一個散列表，,用,用前述函數(shù)Define-Rule定義,產(chǎn),產(chǎn)生式規(guī)則。,為提高使用效,率,率，規(guī)則轉(zhuǎn)變,

17、為,為內(nèi)部形式的,數(shù),數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存放,，,，包括5個數(shù),據(jù),據(jù)場：規(guī)則名、匹配模式列表、模式變量表、操作函數(shù)列表和時間標簽表集,合,合。,時間標簽表集,合,合存放已被執(zhí),行,行過的該規(guī)則,激,激活例的時間,標,標簽表，以備,檢,檢查。,,,2、綜合數(shù)據(jù),庫,庫管理,綜合數(shù)據(jù)庫設(shè),計,計為樹狀層次,索,索引網(wǎng)。,可按事實元素,列,列表中的元素,次,次序逐層建立,事,事實元素的索,引,引，并將事實元素置,于,于索引路徑的,末,末端。,面向綜合數(shù)據(jù),庫,庫的管理操作,包,包括PS-Store、PS-Erase和PS-Fetch，分,別,別實現(xiàn)事實元,素,素的插入、刪,除,除和取用,。,,,3、推理引擎

18、,,推理引擎也稱,為,為解釋器，其,主,主要工作就是,對,對規(guī)則庫中的,規(guī),規(guī)則進行解釋,性,性執(zhí)行?；?的,的控制流是識別-行動循環(huán)。,1）建立沖,突,突集,每當一個規(guī)則,條,條件部分的所,有,有匹配模式都,找,找到匹配的事,實,實元素時，就,建,建立該規(guī)則的,一,一個激活例，,記,記載模式變量,束,束縛值和時間,標,標簽表。,隨即檢查該標,簽,簽表是否出現(xiàn),于,于該規(guī)則的標,簽,簽表集合中，,若,若出現(xiàn)，則該,激,激活例已使用,過,過，不再進入,沖,沖突集，否則,加,加進沖突集。,2）解決沖突,由于"折射",篩,篩選步已在建,立,立沖突集的過,程,程中完成，解,決,決沖突實際上,就

19、,就是進行后二,步,步：新近性篩,選,選和特殊性篩,選,選，若篩選后,沖,沖突集中還剩,余,余多個規(guī)則激,活,活例，就隨機,取,取一個。,,,3）執(zhí)行選用,的,的規(guī)則例首先把該,規(guī),規(guī)則激活例的,時,時間標簽表加,進,進相應(yīng)規(guī)則內(nèi),部,部結(jié)構(gòu)的時間,標,標簽表集合；,然,然后將模式變,量,量的束縛值取,出,出，作為參數(shù),調(diào),調(diào)用規(guī)則右部,的,的操作函數(shù)加,以,以執(zhí)行。,為增加產(chǎn)生式,規(guī),規(guī)則的表示功,能,能，Xps允,許,許在規(guī)則的條,件,件部分應(yīng)用特,殊,殊謂詞Assign，連詞AND和NOT，關(guān)系表達,式,式（以前綴方,式,式表示）和任,何,何真值函數(shù)（,以,以$符號作為,函,函數(shù)名前

20、綴）,。,。,,,應(yīng)用Assign謂詞的表達式,形,形如：,,（Assign <模式,變,變量> <匹,配,配模式>）,,用于提高,規(guī),規(guī)則表示的便,易,易性。其用法,通,通過下面例子,加,加以說明：,,（Define-RuleFill-Big-Box,,(Assign?A（On ?XTable,）,）),,(Color ?X Green),,,?,(PS-Store '(In ?X Big-Box)),,(Write '(?X is now inthe big box)),,(PS-Er

21、ase?A)),,這里謂詞Assign,,僅,僅指示將與匹,配,配模式匹配的,事,事實元素作為,模,模式變量?A,的,的束縛值。,需做匹配檢查,已經(jīng)是束縛值,了,了！,,,連詞AND的應(yīng)用使多個,匹,匹配模式聯(lián)合,作,作為單一的匹,配,配模式。,例如某規(guī)則條,件,件部分形如：(P ?X ?Y)(AND(Q ?X?Y)(W?Y ?Z)),相當于該規(guī)則,只,只有2個匹配,模,模式，規(guī)則激,活,活例的時間標,簽,簽表也只包含2個時間標簽,。,。,連詞AND轄,域,域內(nèi)的匹配模,式,式仍分別作匹,配,配檢查，只是,僅,僅將匹配的事,實,實元素中最大,的,的時間標簽作,為,為整個AND,匹,匹配

22、模式的時,間,間標簽。,,,連詞NOT的應(yīng)用引入了,否,否定的匹配模,式,式。,例如：,,(NOT(P ?X?Y)),只有（P ?X ?Y）不,能,能滿足的情況,下,下，NOT匹,配,配模式才滿足,。,。,顯然,相應(yīng)于,滿,滿足的NOT,匹,匹配模式，不,可,可能取得時間,標,標簽；但為了,表,表示因NOT,匹,匹配模式的引,入,入增加了規(guī)則,的,的特殊性，可,產(chǎn),產(chǎn)生一個以數(shù),字,字“0”指示,的,的空時間標簽,。,。,例如時間標簽,（,（9 0 3,）,）就意指條件,部,部分第2個匹,配,配模式是NOT匹配模式。,關(guān)系表達,式,式和真值函數(shù),不,不需要在綜合,數(shù),數(shù)據(jù)庫中進行

23、,匹,匹配檢查，而,是,是依據(jù)關(guān)系符,的,的語義或真值,函,函數(shù)的執(zhí)行來,確,確定真值（T,或,或F）。因此,，,，同樣不可能,取,取得時間標簽,，,，可相應(yīng)地引,入,入空時間標簽,。,。,,,上周回顧,知識表示的實,用,用化問題,程序性知識,陳述性知識,本體表示語言,的,的研究,XML,DTD,RDF,KB系統(tǒng)特點,、,、組成、評價,、,、開發(fā),實驗型產(chǎn)生式,系,系統(tǒng)XPs的,設(shè),設(shè)計和實現(xiàn),,,4.2.3,應(yīng),應(yīng)用實例——,家,家族樹,下面通過一個,關(guān),關(guān)于家族樹應(yīng),用,用簡例 ，觀,察,察基于產(chǎn)生式,表,表示的KB系,統(tǒng),統(tǒng)設(shè)計和問題,求,求解流程。,問題求解任務(wù),是,是查詢某人的,祖,

24、祖先，可以設(shè),計,計5條產(chǎn)生式,規(guī),規(guī)則加以表示,。,。,該KB系統(tǒng)啟,動,動后首先初始,化,化綜合數(shù)據(jù)庫,：,：用PS-Store插入,標,標記（Load-Signal）作為第1個事實元素,。,。,,,1）(Define-RuleLoad-Data　　　(Assign?A (Load-Signal)),?,(PS-Erase ?A)(PS-Store '(Parents Penelope JessicaJeremy)),,(PS-Store'(Parents JessicaMary-Elizabeth Homer)),,(PS-Store'(Par

25、ents JeremyJennySteven)),,(PS-Store '(Parents Steven Loree Nil)),,(PS-Store'(Parents Loree Nil Jason)),,(PS-Store'(Parents Homer Stephanie Nil))(PS-Store '(Start-Singal))),2）(Define-RuleStart-Example　　　(Assign?A (Start-Signal)),,,?,(PS-Erase ?A)(Write'(Name of Person

26、:)),(Read?Input)(PS-Store '(Request Ancestors?Input))),插入事實元素,請求輸入姓名,,,,3）(Define-RuleFind-Ancestors(RequestAncestors ?Name),,(NOT (Equal ?Name Nil)),,(Parents ?Name ?Mother?Father),?,(PS-Store '(Request Ancestors?Mother))),,(PS-Store'(Request Ancestors ?Father))),4）(Def

27、ine-RulePrint-Ancestor(Assign?Request1 (RequestAncestors ?Name)),,(NOT (=?NameNil)),,,?,(Write'(?Name isan ancestor))(PS-Erase Request1),5）(Define-RuleStop-Finding-Ancestors(RequestAncestors ?Name),,(NOT (=?NameNil)),,(NOT (AND (Request Ancestors ?X),(NOT(=?XNil)),,

28、(NOT(=?X?Name)))),,,,,?,(Write'(Nomoreancestors)),,,(Halt)),查詢,父,父親,母,母親,打印,祖,祖先,名,名,無其,他,他祖,先,先！,,,(Load-Signal),(ParentsPenelopeJessicaJeremy),(ParentsJessicaMary-ElizabethHomer),(ParentsJeremyJennySteven),(ParentsStevenLoreeNil),(ParentsLoreeNilJason),(ParentsHomerStephanieNil),(Start-Si

29、ngal),(RequestAncestorsPenelope),(RequestAncestorsJessica),(RequestAncestorsJeremy),(RequestAncestorsJenny),(RequestAncestorsSteven),(RequestAncestorsLoree),(RequestAncestorsJason),(RequestAncestorsMary-Elizabeth),(RequestAncestorsHomer),(RequestAncestorsStephanie),,,,4.2.4,性,性能,改,改進,缺點,：,：從上,例,例可,看

30、,看出,，,，Xps,求,求解,過,過程,中,中重,復,復地,產(chǎn),產(chǎn)生,沖,沖突,集,集。,每個,識,識別-行,動,動循,環(huán),環(huán)都,重,重新,生,生成,一,一個,沖,沖突,集,集，,但,但系,統(tǒng),統(tǒng)只,從,從中,選,選一,個,個規(guī),則,則激,活,活例,執(zhí),執(zhí)行,，,，其,余,余規(guī),則,則激,活,活例,全,全部,拋,拋棄,。,。,實用,上,上，,相,相鄰,二,二個,循,循環(huán),之,之間,綜,綜合,數(shù),數(shù)據(jù),庫,庫的,內(nèi),內(nèi)容,往,往往,變,變化,很,很小,，,，造,成,成許,多,多同,樣,樣的,匹,匹配,檢,檢查,工,工作,重,重復,地,地進,行,行，,浪,浪費,時,時間,，,，降,低,低問,題,

31、題求,解,解效,率,率。,改進,：,：Xps應(yīng),設(shè),設(shè)計,成,成不,是,是每,個,個循,環(huán),環(huán)重,新,新生,成,成一,個,個沖,突,突集,，,，而,是,是始,終,終保,持,持一,個,個全局沖突,集,集。,一旦初始,沖,沖突集生,成,成，在以,后,后的識別-行動循,環(huán),環(huán)中只需,依,依據(jù)綜合,數(shù),數(shù)據(jù)庫的,增,增刪變化,，,，加新的,規(guī),規(guī)則激活,例,例到?jīng)_突,集,集，刪去,條,條件部分,變,變得不滿,足,足的規(guī)則,激,激活例。,,,對Xps,作,作以下改,進,進：,（1）將,規(guī),規(guī)則條件,部,部分的匹,配,配模式置,于,于另一樹,狀,狀層次索,引,引網(wǎng)，并,記,記載匹配,模,模式在規(guī),則,則條

32、件部,分,分中的排,列,列次序和,模,模式變量,束,束縛值。,用,用增刪的,事,事實去匹,配,配規(guī)則。,（2）記,載,載規(guī)則的,部,部分滿足,狀,狀態(tài)。,（3）處,理,理否定的,匹,匹配模式,。,。,Xps的,主,主要功能,與,與OPS5相當，,推,推理控制,機,機制也相,同,同；主要,區(qū),區(qū)別在于,知,知識表示,形,形式和內(nèi),部,部存儲方,式,式。,,,4.2.5 開發(fā),工,工具OPS5,OPS5,開,開發(fā)于70年代后,期,期，屬表,示,示語言型,專,專家系統(tǒng),開,開發(fā)工具,。,。,能提供比,骨,骨架型工,具,具更為通,用,用的推理,控,控制機制,和,和知識表,示,示語言去,適,適應(yīng)于較,寬

33、,寬范圍的,應(yīng),應(yīng)用領(lǐng)域,，,，尤其是,專,專家系統(tǒng),開,開發(fā)者可,以,以通過OPS5的,表,表示語言,去,去設(shè)計特,別,別的控制,要,要求。,Xps較,好,好地模仿,了,了OPS5的實現(xiàn),，,，主要差,別,別在下面,三,三個方面,。,。,,,,1）對象,表,表示,Xps用,一,一組相互,獨,獨立的事,實,實元素來,描,描述一個,對,對象，而OPS5,則,則用對象,子,子句集描,述,述一個對,象,象，形如,：,：,,（<對,象,象> {^ <,屬,屬性>},+,）,例如Xps用一組,事,事實元素,來,來描述某,個,個人Penelope：,,(Parents Penelope

34、JessicaJeremy）,,(AgePenelope20),,(SexPenelope Female)而在OPS5,中,中則緊湊,地,地表示為,：,：(Person^Name Penelope ^Age20 ^SexFemale ^ParentsJessicaJeremy),指示屬性,名,名,,,2) 對,象,象的存儲,形,形式,Xps以,樹,樹狀層次,索,索引網(wǎng)存,儲,儲事實元,素,素，OPS5則為,每,每類對象,定,定義一個,類,類（Class）,結(jié),結(jié)構(gòu)，使,類,類的每個,實,實例（即,對,對象）具,有,有固定數(shù),量,量的屬性,和,和固定的,屬,屬性名。OPS

35、5,以,以LITERALIZE格,式,式定義類,。,。,例如類Person定義為,：,：,（,（LITERALIZEPerson NameAgeSexParents）,類定義允,許,許最后一,個,個屬性取,多,多值，這,種,種屬性稱,為,為向量屬,性,性。,,,3）規(guī)則,條,條件,規(guī)則條件,部,部分匹配,模,模式中的,模,模式變量,常,常會受到,一,一些值束,縛,縛限制，,例,例如要求,模,模式變量?X非空,。,。Xps,以,以插入規(guī),則,則條件部,分,分的（NOT (EQUAL ?XNIL)）來表,示,示；,OPS5,中,中規(guī)則前,提,提部分的,模,模式則以,帶,帶變量的,類,類實例（,對,

36、對象）來,實,實現(xiàn)更為,方,方便和緊,湊,湊的表示,。,。就以前,述,述家族樹,最,最后一條,規(guī),規(guī)則的條,件,件部分為,例,例，OPS5將其,表,表示為：,,,（Request^Type Ancestors^Target{NIL},）,）-( Request ^TypeAncestors ^Target { NIL}),,,OPS5,（,（和Xps）的一,個,個不同于,骨,骨架型工,具,具的重要,特,特點是允,許,許專家系,統(tǒng),統(tǒng)開發(fā)者,定,定制特別,的,的控制要,求,求。定制,建,建立在二,個,個重要概,念,念的基礎(chǔ),上,上：目標模式和控制元素。,OPS5,提,提供的這,種,種推理

37、控,制,制的定制,能,能力既是,優(yōu),優(yōu)點也是,缺,缺點。,優(yōu)點體現(xiàn),在,在能夠定,制,制控制要,求,求以適應(yīng),于,于問題特,征,征和更有,效,效地求解,問,問題，也,有,有利于知,識,識庫維護,；,；,缺點體現(xiàn),在,在要求專,家,家系統(tǒng)開,發(fā),發(fā)者具有,一,一定的技,術(shù),術(shù)水平，,無,無經(jīng)驗的,開,開發(fā)者會,感,感覺到難,以,以使用。,,,4.3,專,專家系統(tǒng),實,實例——MYCIN,MYCIN是一個,通,通過提供,咨,咨詢服務(wù),來,來幫助普,通,通內(nèi)科醫(yī),生,生診治細,菌,菌感染性,疾,疾病的專,家,家系統(tǒng)，,其,其于1972年開,始,始研制，74年基,本,本完成，,并,并投入實,際,際應(yīng)用

38、。,圍繞著MYCIN,的,的各種研,究,究工作一,直,直延續(xù)了10年，,對,對于推動,知,知識工程,以,以及專家,系,系統(tǒng)學科,的,的建立和,發(fā),發(fā)展具有,重,重要影響,。,。,,,知識表示,方,方式：,MYCIN也設(shè)計,為,為典型的,產(chǎn),產(chǎn)生式系,統(tǒng),統(tǒng)，由規(guī),則,則庫、綜,合,合數(shù)據(jù)庫,和,和控制系,統(tǒng),統(tǒng)三個部,分,分組成；,只,只是基于,規(guī),規(guī)則的推,理,理采用逆向方式。,從KB系,統(tǒng),統(tǒng)的組成,來,來看，規(guī),則,則庫就是MYCIN的知識庫，綜合數(shù),據(jù),據(jù)庫和控,制,制系統(tǒng)聯(lián),合,合形成推理機。由于當,時,時尚未出,現(xiàn),現(xiàn)視窗技,術(shù),術(shù)，用戶界面只提供基,于,于文本(text)的問答,

39、過,過程和結(jié),果,果顯示。,,,4.3.1 知識,庫,庫的構(gòu)造,MYCIN的知識,庫,庫以前提-動作型,產(chǎn),產(chǎn)生式規(guī),則,則來表示,。,。,:=RULE<規(guī)則,號,號>,,PREMISE ($AND{},+,),,ACTION{},+,:=<簡單條,件,件> |,（,（$OR{<簡,單,單條件>},+,）。,常用函數(shù),：,：,(SAME ),(CONCLUDE <對,象,象> <,屬,屬性>TALLY <結(jié),論,論CF>),可信度，[-1,+1],關(guān)聯(lián)三元,組,組,,,MYCIN系統(tǒng)建,立,立的初期,就,就以上述,格,格式表示,和,和收集了200多,條,條規(guī)則于,知,知

40、識庫，,其,其中047號規(guī)則,表,表示如下,：,：,RULE047PREMISE($AND (SAMECNTXTSITEBLOOD),,,,(NOTDEFINITECNTXT IDENT),,,,(SAMECNTXTSTAIN GRAMNEG),,,,(SAMECNTXTMORPH ROD),,,,(SAMECNTXTBURNT))ACTION(CONCLUDECNTXTIDENT PSEUDOMONAS TALLY0.4),規(guī)則047如,果,果：1）,培,培養(yǎng)物取,自,自血液，,且,且2）病,原,原體的

41、身,份,份未鑒別,，,，且,,3,）,）病原體,的,的染色是,革,革蘭氏陰,性,性，且4）病,原,原體的形,態(tài),態(tài)為桿狀,，,，且,,5,）,）病人被,燒,燒傷；,,那么：,該,該病原體,的,的身份應(yīng),鑒,鑒別為假,單,單胞細菌,，,，且可信,度,度為0.4。,需考察的,對,對象（上,下,下文）,,,4.3.2,推理機的,設(shè),設(shè)計,整個推理,過,過程通過,稱,稱為目標,規(guī),規(guī)則的092號規(guī),則,則來啟動,。,。規(guī)則092如果：1）存在,一,一種病原,體,體需要治,療,療，且,,2）可能,存,存在其它,需,需要治療,的,的病原體,，,，盡管它,們,們尚未從

42、,目,目前的培,養(yǎng),養(yǎng)物中分,離,離出來；,,那么：1）依,據(jù),據(jù)病原,體,體對藥,物,物的敏,感,感情況,，,，制定,能,能有效,抑,抑制這,些,些病原,體,體的治,療,療方案,（,（可以,有,有多個,）,），且,,,,2,）,）從中,制,制定最,佳,佳的綜,合,合治療,方,方案；,,否則：病人不,必,必治療,。,。,,,1、診,斷,斷的推,理,理控制,采用逆,向,向推理,和,和深度,優(yōu),優(yōu)先的,搜,搜索策,略,略。,步驟：,在綜合,數(shù),數(shù)據(jù)庫,（,（MYCIN,稱,稱為動,態(tài),態(tài)數(shù)據(jù),庫,庫）中,建,建立上,下,下文對,象,象：病,人,人-1,（,（patient-1）

43、，,作為一,棵,棵上下,文,文樹的,根,根節(jié)點,。,。,以建立,病,病人的,治,治療方,案,案(REGIMEN)為目,標,標，激,活,活上述,規(guī),規(guī)則092。,規(guī)則鏈,的,的形成,導,導致推,理,理樹（,或,或稱目,標,標樹）,的,的建立,。,。,,,由于導,出,出相同,結(jié),結(jié)論的,規(guī),規(guī)則（,如,如090和149）,相,相互獨,立,立地支,持,持結(jié)論,的,的成立,（,（有",或,或"關(guān),系,系），,而,而規(guī)則,前,前提包,含,含的條,件,件又有"與",關(guān),關(guān)系，,所,所以推,理,理樹成,為,為與或樹。,,,,MYCIN系,統(tǒng),統(tǒng)通過,兩,兩個相,互,互調(diào)用,的,的程序MONITOR和FIND

44、OUT,去,去推進,整,整個推,理,理（咨,詢,詢）過,程,程。,MONITOR分析,相,相關(guān)的,規(guī),規(guī)則能,否,否激活,；,；,FINDOUT則搜,索,索規(guī)則,激,激活所,需,需的數(shù),據(jù),據(jù)（屬,性,性值及,其,其CF,）,）。,MYCIN將,規(guī),規(guī)則按,上,上下文,對,對象分,類,類，使,得,得每次,對,對于一,個,個目標,作,作推理,時,時，只,需,需考慮,該,該目標,涉,涉及的,那,那個上,下,下文對,象,象相關(guān),的,的規(guī)則,，,，從而,大,大幅度,提,提高了,推,推理的,效,效率。,,,,,FINDOUT的程,序,序流程,,,2、不,確,確定推,理,理,鑒于推,理,理過程,生,生成了

45、,與,與或推,理,理樹，MYCIN的,不,不確定,推,推理既,要,要處理CF沿,推,推理鏈,的,的傳遞,，,，又要,處,處理CF的與,或,或組合,。,。,,,,3、治,療,療選擇,機,機制,所謂治,療,療方案,，,，就是,依,依據(jù)推,斷,斷出的,可,可能病,菌,菌（病,原,原體）,選,選用適,當,當?shù)闹?療,療藥物,。,。,知識庫,中,中已包,含,含一組,治,治療規(guī),則,則，每,條,條規(guī)則,為,為一種,病,病菌制,定,定一個,藥,藥物治,療,療方案,。,。,當然，,醫(yī),醫(yī)生對,藥,藥物的,使,使用有,最,最后決,定,定權(quán)，,若,若發(fā)現(xiàn),用,用藥不,合,合理，,可,可以要,求,求除掉,這,這些不

46、,合,合理的,藥,藥物，,并,并重新,啟,啟動治,療,療方案,的,的綜合,制,制定。,,,4.3.3,系,系統(tǒng)服,務(wù),務(wù)設(shè)施,1、推,理,理解釋,WHY:,主要用,于,于推理,過,過程中,系,系統(tǒng)請,求,求醫(yī)生,提,提供觀,測,測數(shù)據(jù),時,時。,HOW:,主要用,于,于推理,結(jié),結(jié)束后,，,，回答,醫(yī),醫(yī)生對,推,推理結(jié),果,果提出,的,的疑問,。,。,WHYNOT:,醫(yī)生詢,問,問某條,規(guī),規(guī)則為,何,何未被,使,使用，,系,系統(tǒng)的,解,解釋通,常,常是該,規(guī),規(guī)則的,前,前提不,能,能滿足,。,。,,,為了使,系,系統(tǒng)提,供,供的解,釋,釋適合,于,于不同,專,專業(yè)的,醫(yī),醫(yī)生（,甚,甚至

47、病,人,人），MYCIN的,研,研制者,于,于1982年,提,提出了,能,能依據(jù),用,用戶知,識,識水平,加,加以裁,剪,剪的解,釋,釋；并,設(shè),設(shè)置了,二,二個參,數(shù),數(shù)：復,雜,雜性和,重,重要性,，,，來量,化,化知識,單,單元（,規(guī),規(guī)則和,對,對象屬,性,性）的,可,可解釋,性,性。,復雜性--用,以,以指示,為,為理解-知識,單,單元，,需,需要用,戶,戶自身,具,具備的,知,知識水,平,平。,重要性--為,讓,讓用戶,理,理解給,出,出的解,釋,釋，該,知,知識單,元,元不可,缺,缺少的,程,程度。,,,,2、知,識,識庫維,護,護,MYCIN系,統(tǒng),統(tǒng)知識,庫,庫中包,含,含的

48、推,理,理規(guī)則,，,，盡管,形,形式上,相,相互獨,立,立，但,語,語義上,卻,卻相互,關(guān),關(guān)聯(lián)，,并,并由此,形,形成推,理,理樹。,正是這,種,種語義,上,上的關(guān),聯(lián),聯(lián)，使,知,知識庫,的,的維護,面,面臨困,難,難。,,,,以增加,規(guī),規(guī)則到,知,知識庫,為,為例，,通,通常會,出,出現(xiàn)以,下,下三類,問,問題：,包含問,題,題,在知識,庫,庫包含,規(guī),規(guī)則r: A,∧,∧B,?,D的情,況,況下，,增,增加新,規(guī),規(guī)則r'：A,∧,∧B ∧C,?,D。顯,然,然，這,二,二條規(guī),則,則不應(yīng),同,同時存,在,在于知,識,識庫（,會,會引起,冗,冗余）,。,。究竟,保,保存哪,條,條規(guī)則

49、,于,于知識,庫,庫取決,于,于是否,存,存在這,樣,樣的情,況,況：A,∧,∧B ∧,?,?C,?,D。,單一規(guī),則,則的不,一,一致,在知識,庫,庫包含,規(guī),規(guī)則A,?,B的情,況,況下，,增,增加新,規(guī),規(guī)則A,?,?B，,就,就會產(chǎn),生,生這種,不,不一致,問,問題。,顯,顯然，,讓,讓系統(tǒng),自,自動發(fā),現(xiàn),現(xiàn)該問,題,題是容,易,易的。,多規(guī)則,的,的不一,致,致,在知識,庫,庫包含,規(guī),規(guī)則A,?,B，B,?,C，C,?,D的情,況,況下，,增,增加新,規(guī),規(guī)則A,?,?D就,會,會產(chǎn)生,這,這種不,一,一致問,題,題。由,于,于涉及,到,到一條,推,推理鏈,，,，要查,出,出這種

50、,問,問題往,往,往既困,難,難又耗,時,時。,,,3、,教,教學,MYCIN的,知,知識庫,包,包含了,醫(yī),醫(yī)學專,家,家提供,的,的豐富,經(jīng),經(jīng)驗知,識,識，可,以,以作為,醫(yī),醫(yī)療教,學,學的知,識,識來源,。,。,,,4.3.4,開,開發(fā)工,具,具EMYCIN,EMYCIN,是,是從MYCIN系統(tǒng),抽,抽取出,的,的與應(yīng),用,用領(lǐng)域,無,無關(guān)的,骨,骨架型,專,專家系,統(tǒng),統(tǒng)開發(fā),工,工具。,EMYCIN,繼,繼承了MYCIN的,主,主要特,點,點，如,下,下：,采用逆,向,向鏈深,度,度優(yōu)先,的,的控制,策,策略；,使用產(chǎn),生,生式規(guī),則,則表示,領(lǐng),領(lǐng)域知,識,識；,允許事,實,實

51、和規(guī),則,則具有,不,不確定,性,性（以,可,可信度,指,指示）,。,。,,,,EMYCIN定義的規(guī),則,則可以用BNF范式描,述,述如下：,:= (IF THEN [ELSE <動,作,作>]),:= <條,件,件> 的與,或,或組合,:= <關(guān),聯(lián),聯(lián)三元組>,:= <關(guān),聯(lián),聯(lián)三元組>,<關(guān)聯(lián)三元,組,組> :=( ),,,用EMYCIN開發(fā)的,一,一些有影,響,響的專家系,統(tǒng),統(tǒng),PUFF：,設(shè),設(shè)計于1978年，是,一,一個面向肺,部,部疾病治療,；,；,HEADMED：1978年，面,向,向心理醫(yī)藥,學,學的；,SACON,：,：1979,年,年，面向機,械,械結(jié)構(gòu)分析,；,

52、；,ONCOCIN：1981年，用,于,于輔助醫(yī)生,管,管理患淋巴,瘤,瘤癌癥病人,的,的化療協(xié)議,；,；,CLOT：1980年,，,，用于診斷,血,血液凝結(jié)系,統(tǒng),統(tǒng)的疾??；,DART：1981年,，,，用于診斷IBM計算,機,機遠程處理,系,系統(tǒng)中出現(xiàn),的,的軟件和硬,件,件故障。,,,4.4 問,題,題求解的結(jié),構(gòu),構(gòu)化組織,原因：傳統(tǒng),的,的知識表示,技,技術(shù)與人組,織,織問題求解,的,的思維方式,嚴,嚴重失配。,為此，需要,在,在易于人理,解,解的更高級,別,別去開展知,識,識表示的研,究,究，那就是,紐,紐厄爾提議,的,的知識級。,問題求解行,為,為是通過目,標,標集和動作,集,集

53、加以刻畫,的,的，知識作,為,為關(guān)聯(lián)動作,到,到目標的媒,介,介，基于簡,單,單的合理性,原,原則。,,,4.4.1,結(jié),結(jié)構(gòu)化組,織,織的要求,表示和組合,應(yīng),應(yīng)用領(lǐng)域知,識,識的最簡單,策,策略，是把,問,問題求解所,用,用的全部知,識,識統(tǒng)統(tǒng)表示,為,為規(guī)則，利用規(guī)則,搜,搜索從問題,求,求解的初始,狀,狀態(tài)到目標,狀,狀態(tài)的路徑,。,。,利用產(chǎn)生式,規(guī),規(guī)則表示領(lǐng),域,域知識有許,多,多優(yōu)點，但,也,也有缺點，,具,具體表現(xiàn)為,：,：,難以擴展。,選擇規(guī)則的,低,低效性。,不靈活的控,制,制策略。,單一的表示,形,形式。,,,為克服這些,缺,缺點，將求,解,解復雜問題,的,的知識劃分,

54、為,為一組相對,獨,獨立的模塊,比,比較合適。,模塊化的一,個,個重要議題,就,就是如何協(xié),調(diào),調(diào)模塊在問,題,題求解過程,中,中的相互合,作,作。,模塊的劃分,可,可以是面向,動,動作的或面,向,向?qū)ο蟮摹?前,前者面向",怎,怎么做"知,識,識的組織，,后,后者面向",是,是什么"知,識,識的組織。,,,4.4.2,事,事務(wù)表,事務(wù)表(Agenda)是一張應(yīng)由,系,系統(tǒng)執(zhí)行的,事,事務(wù)的列表,，,，也稱任務(wù),表,表，是面向,動,動作的問題,求,求解組織方,式,式之一。,它允許各個,推,推理模塊經(jīng),由,由事務(wù)表相,互,互通信，以,求,求協(xié)調(diào)它們,在,在問題求解,中,中的合作關(guān),系,系。,任務(wù)

55、,推理模塊,優(yōu)先級,理由表,,,4.4.3,黑,黑板法,黑板法(Blackboard)也是面向動,作,作的組織方,式,式。,用黑板法組,織,織問題求解,首,首先出現(xiàn)于70年代對,取,取名為HEARSAY-Ⅱ的口語,理,理解系統(tǒng)的,研,研究。系統(tǒng),由,由一組稱為,知,知識源(KS-Knowledge Source)的,獨,獨立推理模,塊,塊和黑板組,成,成。,每個KS包,括,括三個部分,：,：觸發(fā)模式,、,、直接碼和,體,體。,黑板是所有KS可以訪,問,問的公共數(shù),據(jù),據(jù)區(qū)。,,,4.4.4,問,問題求解,建,建模,4.4.5,新,新一代KB系統(tǒng)技術(shù),,這兩節(jié)有興,趣,趣自己看，,了,了解一下！,,,本章小結(jié),,,,