专家系统知识就是力量,而积累了知识的计算机会全面增强我们的力量-费根鲍姆(斯坦福大学教授)先看一个例子eXpertise2Go系统http:/expertise2go.com/我们先来看看一个eXpertise2Go的demo：Product Advisors: PCs, PDAs & More!中购买PC的专家系统例子。什么是专家？与领域相关有丰富知识：对该领域的事物精通，有丰富的知识或者说有独到的见解能进行判断：对该领域的复杂问题能进行独到明确的判断什么是专家系统?一种智能的计算机程序,它运用知识和推理步骤来解决只有专家才能解决的复杂问题.一种智能的计算机程序系统,在该系统中保存了大量的专家水平的知识和经验,能够利用人类专家的知识和经验进行推理和判断,模拟人类专家的决策过程,以解决那些通常需要专家决定的复杂问题.什么是专家系统？专家系统是一种模拟人类专家解决领域问模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统题的计算机程序系统。具有大量的专门知识与经验根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验，进行推理和判断需要解决的问题要足够的复杂专家系统的主要构成“系统”？体系结构？知识库知识库结果解释器结果解释器知识推理器知识推理器知识获取器知识获取器人机接口人机接口用户用户 知识工程师知识工程师 领域专家领域专家专家系统的核心部件专家系统的核心部件知识库知识库是用来存放领域专家知识的仓库。其中的知识来源于知识获取器，并为推理器提供求解问题所需要的知识。主要涉及的问题：知识表达问题知识管理问题知识库知识库推理机推理机是模拟人类专家的思维过程，控制并执行对问题的求解。它能根据已知的事实，利用知识库中的知识，按照一定的推理方法和控制策略进行推理，直到得出相应的结论为止主要研究问题：推理方法：精确/非精确控制策略：推理方向/规则搜索策略知识获取知识获取是建设专家系统的关键。没有知识的专家系统就是一个空壳，不能起任何作用。主要研究问题：获取方法：自动化程度获取效率：结果解释器“为什么呀？”-2008年的流行语人们在涉及重大决策的时候，一般不会满足于结论，还关心得出这个结论的原因。解释器的任务就是跟踪推理器的推理过程，并展示给用户。 系统结构概念结构 1. 1. 知识库知识库 (Knowledge Base, KB) 2. 2. 推理机推理机 (Inference Engine,IE) 3. 3. 动态数据库动态数据库 4. 4. 人机界面人机界面5. 5. 解释模块解释模块 6. 6. 知识库管理系统知识库管理系统 专家系统的概念结构 专家系统的理想结构实际结构 专家系统的实际结构示例 网络与分布式结构 专家系统的客户/服务器结构及浏览器/服务器结构 实例分析 -勘探专家系统PROSPECTORPROSPECTOR的功能与结构 (1) 勘探评价 (2) 区域资源评价 (3) 井位选择 PROSPECTOR总体结构知识表示 1. 1. 分类学网络分类学网络 分类学网络2. 2. 分块语义网络分块语义网络 语义空间 3. 推理网络推理网络 PROSPECTOR中的规则形式： EH(LS，LN) 其中, E为前提(称为证据); H为结论(称为假设); P(H)为H为真的先验概率;LS, LN分别为充分似然性因子和必要似然性因子： 推理网络示例 知识库中三种网络的关系重点介绍几个问题专家系统发展的历史背景和重要人物知识表达问题知识推理问题专家系统的应用专家系统发展的历史背景1954年人工智能学科诞生以后，以数学定理证明为标志在通用问题求解等方面取得了令人兴奋的成果，世界上兴起了一个人工智能的研究浪潮。专家系统发展的历史背景很快这种“通用”的想法就遇到了巨大的挑战，失败接连不断。以至于政府停止了对人工智能研究项目的资助。人们反思的结果是，应缩小领域，想专家那样思维。专家系统发展的历史背景1969年,美国斯坦福大学Feigenbaum教授和遗传学系主任Joshua Lederberg教授(1958年诺贝尔生理学-医学奖获得者)以及哲学家Bruce Buchanan合作.专家系统发展的历史背景开发从光谱仪提供的数据中推断出物质的分子结构的计算机程序,根据分析,化学家依据光谱的波峰模式判断物质分子结果的经验加入到系统中.这是历史上第一个专家系统.专家系统的历史20世纪70年代是专家系统开发的鼎盛时期,各种各样的专家系统被开发出来.1972-1979,Fegenbaum小组又开发了影响深远的医疗专家系统MYCIN,能够对细菌感染疾病的诊断和治疗作出咨询.专家系统的历史学术界还发展了通用知识表达语言，专家系统生成工具等。人们相信，只要有足够的知识就可以象专家一样地工作。1977年，Fegenbaum在IJCAI提出了“知识工程”的概念，明确了对知识获取了整理的重要性。人们相信：知识的大量积累可以使计算机的智能发生质变。专家系统的发展历史但是，单学科专业型专家系统的缺陷也逐步暴露出来：不能回答一些常识性的问题，不能回答知识库之外的问题。Lenat 于1984年提出CYC计划，建造海量常识性知识库。但是其工程量巨大，人们对其是否能够成功表示了很大的怀疑。专家系统的发展历史1995年CYC成立了一家公司cycorp,继续CYC的事业。到2000年，已经积累了160万条常识性知识。这样的规模是大还是小，是否又是“爬梯子登月亮”？1936年生于美国新泽年生于美国新泽西洲西洲1952年进入年进入CMU电电气工程系学习，师从气工程系学习，师从西蒙，获博士学位西蒙，获博士学位1965在斯坦福大学发在斯坦福大学发明世界上第一个专家明世界上第一个专家系统系统DENDRAL1977年在年在IJCAI上在上在世界上第一次提出知世界上第一次提出知识工程的概念。识工程的概念。现为现为SKL教授教授关于知识表达知识表达是人工智能的基本问题之一。历史上已经提出了多种知识表达的方法。基于规则的表达方法基于框架的表达方法语义网络表达方法状态空间表达方法其他基于规则的表达方法规则是什么？IF （条件） THEN （结论）例子：IF （动物有毛发）THEN （动物是哺乳动物）IF （动物有奶）THEN （动物是哺乳动物）IF （动物有羽毛）THEN （动物是鸟）IF （动物会飞）并且 （动物会产蛋）THEN （动物是鸟）基于框架的表示方法框架的结构：框架名称槽 侧面名：侧面值Frame Name (Aspect1(value1); (Aspect2(value2); . 侧面侧面1侧面侧面4侧面侧面3侧面侧面2框架名称框架名称一个例子机器人罗西和苏珊在玩，罗西打了苏珊一下。情形1：苏珊很愤怒，与罗西对打起来；情形2：苏珊很伤心，哭了。设计两个框架：状态变化，动作行为初态初态结果结果终态终态对象对象状态变化状态变化动作动作结果结果接受者接受者发出者发出者动作行为动作行为高兴高兴愤怒愤怒苏珊苏珊初态初态结果结果终态终态对象对象状态变化状态变化打打苏珊苏珊罗西罗西动作动作结果结果接受者接受者发出者发出者动作行为动作行为高兴高兴委屈委屈苏珊苏珊初态初态结果结果终态终态对象对象状态变化状态变化高兴高兴愤怒愤怒苏珊苏珊初态初态结果结果终态终态对象对象状态变化状态变化打打苏珊苏珊罗西罗西动作动作结果结果接受者接受者发出者发出者动作行为动作行为打打苏珊苏珊动作动作结果结果接受者接受者发出者发出者动作行为动作行为罗西罗西高兴高兴委屈委屈苏珊苏珊初态初态结果结果终态终态对象对象状态变化状态变化哭哭苏珊苏珊动作动作结果结果接受者接受者发出者发出者动作行为动作行为语义网络由实体-联系组成的网络来表达。实体包括类（class）和实例(instance)类：鸟，人实例：燕子，张三联系：各种语义联系IsA： ZhangSan IsA PersonKindOf/SubsetOf: Student IsSubsetOf Person part of: 实体-属性联系。德智体是评价学生的三个方面一个例子PERSONSubsetOfSubsetOfSubsetOfProfessorStudentStaffZhangSanIsAAdvisor状态空间表示法状态空间就是问题全部可能的状态考虑8数码问题的状态空间12384765用8个数字的位置来表示状态：9！用空格的移动表示操作：LeftRightUpDown123847656438571264381572643857126384571264385712LeftRightUpDown6485371264385271UpDown专家系统的推理问题推理机制和知识表达方式有关系基于规则的表示满意 = 问题试用一下专家系统eXpertise2Go系统http:/expertise2go.com/，并记录下来回答过程和结果。分析一下是否满意？请你谈谈对专家系统的看法，在你的学科领域中是否可以应用专家系统？请你提出一个可能的专家系统的设想。系统设计与实现 一般步骤与方法知识库与知识库管理系统设计1. 知识库设计 医疗诊断知识库层次结构2. 2. 知识库管理系统设计知识库管理系统设计1) 知识操作功能设计 知识操作功能包括知识的添加、删除、修改、查询和统计等。 2) 知识检查功能设计 知识检查包括知识的一致性、完整性、冗余性等检查。 r1: if P then Q r2: if P then Q r1: if P then Q r2: if Q then R r3: if R then P 3) 知识库操作设计 知识库操作包括知识库的建立、删除、分解、合并等。推理机与解释机制设计 1. 1. 从哪里着手从哪里着手 2. 2. 还应考虑些什么还应考虑些什么 3. 3. 算法设计与程序设计算法设计与程序设计 4. 4. 解释机制如何实现解释机制如何实现系统结构设计人机界面设计开发工具与环境 开发工具1. 1. 面向面向AIAI的程序设计语言的程序设计语言 2. 2. 知识表示语言知识表示语言 3. 3. 外壳系统外壳系统 4. 4. 组合式构造工具组合式构造工具 5. 5. 专家系统工具专家系统工具ESTEST开发环境 用EST开发的一个小型专家系统示例： work(main): 主程序 make window(1,117,0,d,3,10,4,30),nl,定义主窗口 write(微机故障诊断专家系统),nl,nl, make window(2,27,0,a,9,40,1,16) read char(_), dialog(yes), 开人机对话 meta KB(kb0), 将元知识调入内存 goal trouble(Y), 推理目标 reasoning(backward) 启动反向推理机