人工智能與專家系統(tǒng)

,Related Documents,Click to edit Master text,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,LOGO,YOUR SITE HERE,第四節(jié) 人工智能與專家系統(tǒng),信息決策是經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中的一個(gè)重大課題，計(jì)算機(jī)技術(shù)的引入及信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為信息決策的發(fā)展提供了新的手段,.,一方面計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展和推廣應(yīng)用，使信息決策中的許多問題可以借助于計(jì)算機(jī)來進(jìn)行處理，而且，一些復(fù)雜的決策問題在采用定量分析時(shí)，因其多因素和非線性，過去難以對付，現(xiàn)在則可以用數(shù)值方法加以解決，從而可使決策過程中的大量問題可以找到有效的解決方案；可是，信息處理手段的進(jìn)步和大量新型信息傳媒的出現(xiàn)，卻又造成了信息時(shí)代的信息爆炸，而使得許多企業(yè)的決策家們不得不面對日益增多、錯(cuò)綜復(fù)雜的信息而難以抽身，對此，在尋求解決方案時(shí)，自然而然地就要依賴于包括專家系統(tǒng)、自然語言理解系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、模式識(shí)別系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)在內(nèi)的人工智能工程系統(tǒng)，并通過智能機(jī)器人感知到的各種環(huán)境狀態(tài)、信息及變化，及時(shí)作出適當(dāng)?shù)姆治?、綜合、計(jì)算、推理、聯(lián)想、判斷、預(yù)測、估計(jì)、規(guī)劃與決策，以便能夠?qū)崿F(xiàn)一系列的預(yù)期目標(biāo),.,一、人工智能的研究目標(biāo)與作用,現(xiàn)代人工智能是近,40,多年發(fā)展起來的一門綜合性邊緣學(xué)科，目標(biāo)是研究如何利用計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代化工具設(shè)計(jì)一種系統(tǒng)來模仿人類的智能行為，使之具有認(rèn)識(shí)問題與解決問題的能力，并能延伸人們的智能,.,人工智能發(fā)展至今，已經(jīng)形成了一整套的理論與方法，這些理論與方法已經(jīng)在專家系統(tǒng)、自然語言處理、模式識(shí)別、人機(jī)交互、智能信息處理與決策、信息檢索、圖像處理、數(shù)據(jù)挖掘以及知識(shí)管理（企業(yè)管理的未來發(fā)展方向）等各個(gè)人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用,.,而在眾多的人工智能應(yīng)用領(lǐng)域中，專家系統(tǒng)又是近,30,多年發(fā)展起來的一種極富代表性的智能應(yīng)用系統(tǒng),.,二、什么是專家系統(tǒng),所謂專家系統(tǒng)，就是一種包含知識(shí)和推理的人工智能的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，這些程序軟件具有相當(dāng)于某個(gè)專門領(lǐng)域的專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)水平，同時(shí)具有處理該領(lǐng)域問題的能力,.,專家系統(tǒng)的能力來自于它所擁有的專家知識(shí)，而知識(shí)的表示和推理的方法又提供了應(yīng)用的機(jī)理,.,這種基于知識(shí)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是以知識(shí)庫和推理機(jī)為中心而展開的,.,這就是說，,知識(shí),+,推理,=,系統(tǒng)，,而傳統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)是,數(shù)據(jù),+,算法,=,程序,.,但應(yīng)注意的是，專家系統(tǒng)所要解決的問題一般沒有基本算法，并且通常要在不精確、或不確定、或不完全的信息條件下進(jìn)行推理，最終作出結(jié)論,.,專家系統(tǒng)是應(yīng)用人工智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行推理和判斷，進(jìn)而模擬各行各業(yè)的專家解決問題和進(jìn)行決策，它的獨(dú)到之處便是能求解那些只有專家才能求解的高難度的復(fù)雜問題,.,三、專家系統(tǒng)的特征,專家系統(tǒng)既不同于傳統(tǒng)的應(yīng)用程序，,也不同于其它類型的人工智能問題求解程序。,1.,專家系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)應(yīng)用程序的主要特征,2.,專家系統(tǒng)區(qū)別于其它人工智能問題求解程序的主要特征,四、專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是指專家系統(tǒng)各個(gè)組成部分的構(gòu)造方法和組織形式,.,圖,6-1,便是專家系統(tǒng)的一個(gè)簡化結(jié)構(gòu)圖,.,在實(shí)際使用的各個(gè)不同的專家系統(tǒng)中，由于不同的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用目標(biāo)，往往需要采用不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),.,對此，我們可以根據(jù)具體情況，在系統(tǒng)的簡化結(jié)構(gòu)圖上，進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整：或簡化、或細(xì)化、或刪除、或增加某些部分,.,在基本結(jié)構(gòu)中，專家系統(tǒng)主要包括下述幾個(gè)部分：,人,機(jī),接,口,解釋機(jī)構(gòu),知識(shí)庫,推理機(jī),全局?jǐn)?shù)據(jù)庫,知識(shí)獲取機(jī)構(gòu),過,程,接,口,圖,6-1,專家系統(tǒng)簡化結(jié)構(gòu)圖,1.,知識(shí)庫,知識(shí)庫是專家系統(tǒng)的核心組成部分，用于存取和管理問題求解所需的專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，包括廣泛共有的事實(shí)、可行操作與規(guī)則等,.,通過知識(shí)庫管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對知識(shí)庫知識(shí)存取、檢索、編輯、修改和知識(shí)更新以及維護(hù)等功能,.,一個(gè)專家系統(tǒng)的能力很大程度上取決于其知識(shí)庫中所含知識(shí)的數(shù)量和質(zhì)量,.,知識(shí)庫的建造包括知識(shí)獲取和知識(shí)表示,.,知識(shí)獲取要解決的問題是如何從專家那里獲得專門知識(shí)；而知識(shí)表示則要解決如何用計(jì)算機(jī)能理解的形式來表達(dá)所獲取的專家知識(shí)并存入知識(shí)庫中,.,2.,全局?jǐn)?shù)據(jù)庫,全局?jǐn)?shù)據(jù)庫又稱綜合數(shù)據(jù)庫或簡稱數(shù)據(jù)庫，它是問題求解過程中符號(hào)或數(shù)據(jù)的集合，也稱工作存儲(chǔ)器,.,它用于存儲(chǔ)求解問題所需的原始數(shù)據(jù)和推理過程中得到的中間信息（數(shù)據(jù)），包括原始信息、推理的中間假設(shè)和中間結(jié)論、推理過程的信息等,.,因此，數(shù)據(jù)庫中的事實(shí)可以而且也是經(jīng)常變化的,.,在描述數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)時(shí)，常會(huì)用到黑板這一概念,.,黑板是溝通系統(tǒng)中各個(gè)部件的全局工作區(qū),.,它以全局性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式，組織問題，求解數(shù)據(jù)，處理知識(shí)源之間的通信,.,黑板模型可以分為若干個(gè)信息層，每一層用于描述問題的某一類信息,.,各個(gè)信息層之間形成一個(gè)松散的層次結(jié)構(gòu)，高一層的黑板元素可以近似地看成是下一級(jí)若干個(gè)黑板元素的抽象,.,根據(jù)需要黑板還可以劃分為一系列子黑板,.,在某些系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫就是黑板，其意義是強(qiáng)調(diào)了它用來記錄推理過程中用到的控制信息、中間假設(shè)和中間結(jié)果,.,有些系統(tǒng)中黑板是數(shù)據(jù)庫的一部分，有些系統(tǒng)中將黑板獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫之外,.,在簡單的系統(tǒng)中，經(jīng)常省略黑板,.,3.,推理機(jī),推理機(jī)是專家系統(tǒng)的組織控制機(jī)構(gòu),.,在推理機(jī)的控制和管理下，整個(gè)專家系統(tǒng)能夠以邏輯方式協(xié)調(diào)地工作,.,它可以根據(jù)用戶的輸入數(shù)據(jù)，利用知識(shí)庫中的知識(shí)，在一定的推理策略下，根據(jù)數(shù)據(jù)庫的當(dāng)前狀態(tài)，按照類似專家水平的問題求解方法，進(jìn)行分析、判斷、作出決策，推出新的結(jié)論或事實(shí)，或者執(zhí)行某個(gè)操作,.,推理機(jī)的程序應(yīng)符合專家的推理過程，而與知識(shí)庫的具體結(jié)構(gòu)和組成無關(guān)，即推理機(jī)與知識(shí)庫是分離的，這是專家系統(tǒng)的重要特征,.,它的優(yōu)點(diǎn)是對知識(shí)庫進(jìn)行修改和擴(kuò)充時(shí)，無需改動(dòng)推理機(jī),.,4.,解釋機(jī)構(gòu),解釋機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)對求解過程作出說明和解釋，回答用戶的提問，并使用戶了解推理過程及其所運(yùn)用的知識(shí)和數(shù)據(jù),.,解釋機(jī)構(gòu)在工作中通常要用到知識(shí)庫中的知識(shí)、數(shù)據(jù)庫推理過程中的中間結(jié)構(gòu)、中間假設(shè)和記錄等,.,專家系統(tǒng)的透明性主要取決于解釋機(jī)構(gòu)的性能,.,解釋結(jié)構(gòu)已成為故障診斷、生產(chǎn)操作指導(dǎo)等實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)的重要輸出通道,.,5.,知識(shí)獲取機(jī)構(gòu),知識(shí)獲取機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)建立、修改與擴(kuò)充知識(shí)庫，以及對知識(shí)庫的一致性、完整性等進(jìn)行維護(hù),.,知識(shí)獲取機(jī)構(gòu)具有知識(shí)變換手段，能夠把與專家對話的內(nèi)容變換成知識(shí)庫的內(nèi)部知識(shí)，可以進(jìn)行修改知識(shí)庫中原有知識(shí)，增加新的知識(shí),.,知識(shí)庫中的知識(shí)可以通過,“,人工移植,”,和機(jī)器學(xué)習(xí)的方法獲得,.,所謂,“,人工移植,”,即專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者通過與專家交談，將專家的知識(shí)分析整理后，以計(jì)算機(jī)能理解的形式輸入知識(shí)庫；而機(jī)器學(xué)習(xí)是指知識(shí)獲取機(jī)構(gòu)通過用戶對每次求解的反饋信息，自動(dòng)進(jìn)行知識(shí)庫的修改和完善,.,并可在求解過程中自動(dòng)積累，形成一些有用的中間知識(shí)，自動(dòng)追加到知識(shí)庫中去，實(shí)現(xiàn)專家系統(tǒng)的自學(xué)習(xí),.,6.,接口,接口又稱界面，是用戶與系統(tǒng)的信息傳遞紐帶，為用戶使用專家系統(tǒng)提供了一個(gè)友好的交互環(huán)境,.,它可以完成用戶到專家系統(tǒng)、專家系統(tǒng)到用戶的雙向信息轉(zhuǎn)換，使系統(tǒng)與用戶間能夠進(jìn)行對話，用戶能夠輸入數(shù)據(jù)，提出問題，了解推理過程及推理結(jié)果；系統(tǒng)可通過人機(jī)接口，回答用戶提出的問題，進(jìn)行必要的解釋,.,現(xiàn)在，多媒體的人機(jī)接口是最有效的形式,.,從專家系統(tǒng)的基本組成可以看出，它的核心部分是知識(shí)庫、數(shù)據(jù)庫和推理結(jié)構(gòu),.,因此，要設(shè)計(jì)一個(gè)專家系統(tǒng)，主要應(yīng)解決這三方面的問題,.,五、專家系統(tǒng)的類型,我們知道，研制實(shí)用的、高性能的專家系統(tǒng)是當(dāng)前人工智能研究的一項(xiàng)主要任務(wù)，而與此同時(shí)，我們還應(yīng)重視專家系統(tǒng)的分類研究,.,因?yàn)槿绻浞诸惡侠?，在求解問題時(shí)，我們便可引用有關(guān)專家系統(tǒng)，為問題的求解提供快捷準(zhǔn)確的處理方式；同時(shí)，相鄰學(xué)科應(yīng)用問題的知識(shí)庫有很多相同的規(guī)則和知識(shí)，在設(shè)計(jì)知識(shí)庫時(shí)，如果能直接引用或共享，則能節(jié)約開發(fā)時(shí)間,.,對于專家系統(tǒng)的分類，可以按照不同的角度進(jìn)行，如按應(yīng)用領(lǐng)域分類，可分為醫(yī)學(xué)、地質(zhì)等；按執(zhí)行任務(wù)分類，可分為解釋、預(yù)測等；按實(shí)現(xiàn)方法和技術(shù)分類，可分為演繹型、工程型等,.,這些分類都有交叉,.,若按執(zhí)行任務(wù)分類，可把專家系統(tǒng)分為下列幾種類型：,（,1,）解釋型,.,這類專家系統(tǒng)能處理不完整的信息及有矛盾的數(shù)據(jù),.,由分析和解釋所采集到的數(shù)據(jù)和信息，找出與之一致的、符合客觀規(guī)律的解釋，進(jìn)而確定它們的實(shí)際含義,.,典型的有：信號(hào)理解、圖像分析和化學(xué)結(jié)構(gòu)解釋等專家系統(tǒng),.,（,2,）診斷型,.,這類專家系統(tǒng)可以根據(jù)輸入信息推斷對象存在故障的原因,.,主要包括醫(yī)療診斷、電子機(jī)械診斷和材料失效診斷等,.,都是通過處理對象內(nèi)部各部件的功能及其相互關(guān)系，找到可能的故障所在，包括多種并存故障,.,（,3,）預(yù)測型,.,這類專家系統(tǒng)可以根據(jù)對對象的過去和現(xiàn)在已知狀況的分析，推測未來的演變結(jié)果,.,典型的有：人口預(yù)測、財(cái)政預(yù)測、交通預(yù)測、軍事預(yù)測和天氣預(yù)報(bào)等，都是進(jìn)行與時(shí)間有關(guān)的推理，處理隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)和按時(shí)間順序發(fā)生、發(fā)展的事件,.,而且，這類專家系統(tǒng)也能處理不完整信息,.,（,4,）維修型,.,這類專家系統(tǒng)可以對發(fā)生故障的對象進(jìn)行處理，使其恢復(fù)正常工作,.,典型的有：航空和宇航電子設(shè)備的維護(hù)等，如計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)、有線電視維護(hù)修理專家系統(tǒng)等都是根據(jù)糾錯(cuò)方法的特點(diǎn)，按照某種標(biāo)準(zhǔn)從多種糾錯(cuò)方案中制定代價(jià)最小的方案,.,（,5,）調(diào)試型,.,這類專家系統(tǒng)可以根據(jù)處理對象和出現(xiàn)故障的特點(diǎn)，給出故障的排除意見和方法，從多種糾錯(cuò)方案中選擇最佳方案,.,該類型主要用于計(jì)算機(jī)輔助調(diào)試系統(tǒng)，也可用于維修站進(jìn)行被修設(shè)備的調(diào)整與試驗(yàn),.,（,6,）教育型,.,這類專家系統(tǒng)主要用于教學(xué)和培訓(xùn)任務(wù),.,可根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)，輔導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和處理學(xué)生學(xué)習(xí)中存在的錯(cuò)誤,.,（,7,）設(shè)計(jì)型,.,這類專家系統(tǒng)可根據(jù)給定要求，提供最佳設(shè)計(jì)方案或圖樣描述,.,典型的有：電路設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、自動(dòng)程序設(shè)計(jì)等專家系統(tǒng),.,（,8,）規(guī)劃型,.,這類專家系統(tǒng)可根據(jù)給定的目標(biāo)，在一定的約束條件下，不斷調(diào)整步驟，擬定行動(dòng)計(jì)劃，最終以較小的代價(jià)達(dá)到給定的目標(biāo),.,典型的有：機(jī)器人動(dòng)作規(guī)劃與交通運(yùn)輸調(diào)度等專家系統(tǒng),.,（,9,）監(jiān)督型,.,這類專家系統(tǒng)通過隨時(shí)收集被控對象的數(shù)據(jù)，建立其特征與時(shí)間變化的數(shù)據(jù)模型，用于對系統(tǒng)或過程的行為進(jìn)行觀察，并與其應(yīng)當(dāng)具有的行為進(jìn)行比較，如發(fā)現(xiàn)異常，則發(fā)出報(bào)警,.,典型的有：防空監(jiān)視、國家財(cái)政的監(jiān)控和電話監(jiān)控等專家系統(tǒng),.,（,10,）控制型,.,這類專家系統(tǒng)可完成按要求對受控對象進(jìn)行管理的全面行為，即自動(dòng)控制系統(tǒng)的全部行為,.,通常用于實(shí)時(shí)控制型系統(tǒng),.,典型的有：商場管理監(jiān)控、戰(zhàn)場指揮和自主機(jī)器人控制等專家系統(tǒng),.,以上,10,種類型的專家系統(tǒng)的相互關(guān)聯(lián)關(guān)系及按任務(wù)分類的層次結(jié)構(gòu)如圖,6-2,所示,.,解釋,預(yù)測,診斷,規(guī)劃,教育,調(diào)試,監(jiān)督,維修,設(shè)計(jì),控制,圖,6-2,專家系統(tǒng)按任務(wù)分類的層次結(jié)構(gòu),有些專家系統(tǒng)常常完成幾種任務(wù)，然而，不管專家系統(tǒng)完成何種性質(zhì)的任務(wù)，就其問題領(lǐng)域的基本操作而言，專家系統(tǒng)求解的問題都可分為分類問題和構(gòu)造問題,.,求解分類問題的專家系統(tǒng)稱為分析型專家系統(tǒng)，廣泛用于診斷、解釋和調(diào)試等任務(wù)；求解構(gòu)造問題的專家系統(tǒng)稱為設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)，廣泛用于規(guī)劃、設(shè)計(jì)等任務(wù),.,人工智能與專家系統(tǒng)有著極其誘人的目標(biāo)，并正在向著更為健康更加成熟的方向發(fā)展,.,現(xiàn)在，人工智能計(jì)算機(jī)輔助決策的水平已經(jīng)有了很大的提高，其應(yīng)用范圍也在不斷深入與拓廣,.,在當(dāng)今的信息社會(huì)中，隨著科學(xué)發(fā)展的高度分化和高度綜合以及系統(tǒng)論、信息論、控制論的產(chǎn)生與發(fā)展，科學(xué)決策的,“,開拓型思維方式,”,正在成為一種系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的思維方式，科學(xué)決策將會(huì)成為一個(gè)創(chuàng)造性思維與創(chuàng)造性工程的過程，可以說，這是一個(gè)辨證唯物的,“,開拓型思維方式,”,的階段性飛躍,.,可以預(yù)言，隨著信息社會(huì)的不斷發(fā)展以及信息高速公路和多媒體等計(jì)算機(jī)主流技術(shù)的新突破，人工智能與專家系統(tǒng)的研究必將進(jìn)一步活躍起來，并將結(jié)出更加