人工智能專家系統(tǒng)

教授系統(tǒng)概論1.教授系統(tǒng)概念2.教授系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)3.教授系統(tǒng)開發(fā)人工智能專家系統(tǒng)第1頁

教授系統(tǒng)概念1.什么是教授系統(tǒng)

教授系統(tǒng)是一個含有大量專門知識與經(jīng)驗程序系統(tǒng)，它應(yīng)用人工智能技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)，依據(jù)某領(lǐng)域一個或多個教授提供知識和經(jīng)驗，進(jìn)行推理和判斷，模擬人類教授決議過程，方便處理那些需要人類教授處理復(fù)雜問題，簡而言之，教授系統(tǒng)是一個模擬人類教授處理領(lǐng)域問題計算機(jī)程序系統(tǒng)。人工智能專家系統(tǒng)第2頁

教授系統(tǒng)概念2.教授系統(tǒng)與普通應(yīng)用程序區(qū)分

前者把問題求解知識隱含地編入程序，而后者則把其應(yīng)用領(lǐng)域問題求解知識單獨(dú)組成一個實(shí)體，即為知識庫。知識庫處理是經(jīng)過與知識庫分開控制策略進(jìn)行。更明確地說，普通應(yīng)用程序把知識組織為兩級：數(shù)據(jù)級和程序級；大多數(shù)教授系統(tǒng)則將知識組織成三級；數(shù)據(jù)、知識庫和控制。人工智能專家系統(tǒng)第3頁

教授系統(tǒng)概念3.教授系統(tǒng)類型

對教授系統(tǒng)能夠按不一樣方法分類。通常，能夠按應(yīng)用領(lǐng)域、知識表示方法、控制策略、任務(wù)類型等分類。如按任務(wù)類型來劃分，常見有解釋型、預(yù)測型、診療型、調(diào)試型、維護(hù)型、規(guī)劃型、設(shè)計型、監(jiān)督型、控制型、教育型等。人工智能專家系統(tǒng)第4頁

教授系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

1.教授系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)教授系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖所表示，其中箭頭方向為數(shù)據(jù)流動方向。教授系統(tǒng)通常由人機(jī)交互界面、知識庫、推理機(jī)、解釋器、綜合數(shù)據(jù)庫、知識獲取等6個部分組成。人工智能專家系統(tǒng)第5頁

教授系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要部分是知識庫和推理引擎。依據(jù)到當(dāng)前為止討論推理系統(tǒng)，知識庫由謂詞演算事實(shí)和相關(guān)討論主題規(guī)則組成。推理引擎由全部操縱知識庫來演繹用戶要求信息過程組成-如消解、前向鏈或反向鏈。用戶接口可能包含某種自然語言處理系統(tǒng)，它允許用戶用一個有限自然語言形式與系統(tǒng)交互。也可是用帶有菜單圖形接口界面。解釋子系統(tǒng)分析被系統(tǒng)執(zhí)行推理結(jié)構(gòu)，并把它解釋給用戶。

人工智能專家系統(tǒng)第6頁

教授系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

在實(shí)際應(yīng)用中,這四個部分組成了一個系統(tǒng).在一個教授系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中,一個"知識工程師"(經(jīng)常是一個訓(xùn)練過AI計算機(jī)科學(xué)家)與應(yīng)用領(lǐng)域一個教授(或幾個教授)共同工作方便把教授相關(guān)知識表示成一個形式,以使它能被輸入到知識庫.這個過程經(jīng)常由一個知識采集子系統(tǒng)幫助。和其它情況一樣，這個子系統(tǒng)檢驗正在增加知識庫可能不一致和不完備信息，然后將它們表示給教授以做出決定。人工智能專家系統(tǒng)第7頁

教授系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

2.教授系統(tǒng)工作原理及普通工作過程

教授系統(tǒng)基本工作流程是，用戶經(jīng)過人機(jī)界面回答系統(tǒng)提問，推理機(jī)將用戶輸入信息與知識庫中各個規(guī)則條件進(jìn)行匹配，并把被匹配規(guī)則結(jié)論存放到綜合數(shù)據(jù)庫中。最終，教授系統(tǒng)將得出最終止論展現(xiàn)給用戶。

在這里，教授系統(tǒng)還能夠經(jīng)過解釋器向用戶解釋以下問題：系統(tǒng)為何要向用戶提出該問題（Why）？計算機(jī)是怎樣得出最終止論（How）？

領(lǐng)域教授或知識工程師經(jīng)過專門軟件工具，或編程實(shí)現(xiàn)教授系統(tǒng)中知識獲取，不停地充實(shí)和完善知識庫中知識。人工智能專家系統(tǒng)第8頁

教授系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

教授系統(tǒng)工作過程是依據(jù)知識庫中知識和用戶提供事實(shí)推理，不停地由已知前提推出未知結(jié)論，并把這些未知結(jié)論納入工作存放空間，作為已知新事實(shí)繼續(xù)推理，從而把求解問題由未知狀態(tài)轉(zhuǎn)換為已知狀態(tài)?？梢姡淌谙到y(tǒng)工作過程是教授工作過程一個機(jī)器模擬。人工智能專家系統(tǒng)第9頁

教授系統(tǒng)開發(fā)

1.教授系統(tǒng)開發(fā)條件

基礎(chǔ)知識型數(shù)據(jù)庫建立

教授系統(tǒng)關(guān)鍵是知識。

面向基層農(nóng)戶和農(nóng)技人員，MVPES將蔬菜栽培領(lǐng)域知識用以下幾個類型來表示和組織：（1）描述型知識。（2）數(shù)據(jù)型知識。（3）規(guī)則型知識。人工智能專家系統(tǒng)第10頁

教授系統(tǒng)開發(fā)

1.教授系統(tǒng)開發(fā)條件

計算機(jī)實(shí)現(xiàn)推理技術(shù)

推理是在建立知識庫、規(guī)則庫、數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上，從用戶提供已經(jīng)有事實(shí)，推出新結(jié)果。采取產(chǎn)生式推理方式。多條規(guī)則之間普通都有聯(lián)絡(luò)，即其中某條規(guī)則前提是另一條規(guī)則結(jié)論。能夠按逆向推理思想把推理前提與推理目標(biāo)之間一系列規(guī)則展開為一棵樹型結(jié)構(gòu)，形成知識樹或推理樹。人工智能專家系統(tǒng)第11頁

教授系統(tǒng)開發(fā)

2.教授系統(tǒng)基本設(shè)計思想與基本設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

(1)設(shè)計系統(tǒng)時，首先集中精力研究一小部分假設(shè)，以及下述觀察或觀察，也就是說，在設(shè)計試驗系統(tǒng)時，先不要考慮那些不十分確定事物。使用一部分結(jié)論，只取那些確實(shí)可信觀察和必定規(guī)則。

(2)挑選那些最有利于區(qū)分各個假設(shè)觀察。也就是說，應(yīng)用這些觀察能夠把各種假設(shè)完全區(qū)分開來。

人工智能專家系統(tǒng)第12頁

教授系統(tǒng)開發(fā)

2.教授系統(tǒng)基本設(shè)計思想與基本設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

(3)在許多情況下，為得到許多所需結(jié)論，能夠有許多方式來組合觀察。在決定規(guī)則時，首先從確認(rèn)或區(qū)分各種假設(shè)所需數(shù)量最少觀察組合開始。

(4)把那些并不含有很強(qiáng)預(yù)測或區(qū)分能力觀察組合起來，方便經(jīng)過觀察或結(jié)論之間依賴關(guān)系來改進(jìn)這些觀察區(qū)分能力。

人工智能專家系統(tǒng)第13頁

教授系統(tǒng)開發(fā)

2.教授系統(tǒng)基本設(shè)計思想與基本設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

(5)建立中間假設(shè)。引入中間假設(shè)目標(biāo)是為了降低規(guī)則數(shù)量和簡化推理過程。比如，由觀察組合能夠產(chǎn)生中間假設(shè)組合H1、H2和H3。利用這些中間假設(shè)組合合取(H1∧H2∧H3)能夠降低產(chǎn)生式規(guī)則組合增加率。同時，還能夠采取以下做法：先獨(dú)立地確定中間假設(shè)H，然后在深入推理中，利用H必定或否定，而不是一直以事實(shí)來推理。

人工智能專家系統(tǒng)第14頁

教授系統(tǒng)開發(fā)

2.教授系統(tǒng)基本設(shè)計思想與基本設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

(6)以各種事例來試驗所設(shè)計系統(tǒng)。研究那些產(chǎn)生不準(zhǔn)確結(jié)論事例，而且確定系統(tǒng)能夠做些什么修改以校正錯誤。修改系統(tǒng)后要檢驗系統(tǒng)對這些事例產(chǎn)生結(jié)果以及系統(tǒng)這些修改對其它事例影響。

人工智能專家系統(tǒng)第15頁

教授系統(tǒng)開發(fā)

2.教授系統(tǒng)基本設(shè)計思想與基本設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

各類教授系統(tǒng)之間含有一些共同問題。對于一些任務(wù)相同教授系統(tǒng)，因為問題特征不一樣而含有不一樣求解方法；而另一些任務(wù)不一樣教授系統(tǒng)，因為問題性質(zhì)相近而含有類似求解方法。顯然，從問題普通特征出發(fā)來考慮建立模型方法，能夠更易于抓住問題本質(zhì)。人工智能專家系統(tǒng)第16頁

教授系統(tǒng)開發(fā)

3.教授系統(tǒng)開發(fā)工具

當(dāng)前國外出現(xiàn)了許多專用教授系統(tǒng)工具，開發(fā)某領(lǐng)域教授系統(tǒng)基本上是利用開發(fā)工具來實(shí)現(xiàn)，如1986Hal．Lemmon等人開發(fā)Comax棉花生產(chǎn)管理教授系統(tǒng)。

我國也出現(xiàn)不少教授系統(tǒng)工具，如“天馬”教授系統(tǒng)開發(fā)工具、ASCS農(nóng)業(yè)教授咨詢系統(tǒng)開發(fā)平臺、國家863計劃研究結(jié)果"農(nóng)業(yè)教授系統(tǒng)開發(fā)平臺（PAID：PlatformforAgriculturalIntelligence-systemDevelopment）等。人工智能專家系統(tǒng)第17頁

教授系統(tǒng)開發(fā)

3.教授系統(tǒng)開發(fā)工具

現(xiàn)有教授系統(tǒng)工具，主要分為骨架型工具(又稱外殼)、語言型工具、結(jié)構(gòu)輔助工具和支撐環(huán)境等4類。

人工智能專家系統(tǒng)第18頁

教授系統(tǒng)開發(fā)

3.教授系統(tǒng)開發(fā)工具

1）骨架型開發(fā)工具教授系統(tǒng)普通都有推理機(jī)和知識庫兩部分，而規(guī)則集存于知識庫內(nèi)。在一個理想教授系統(tǒng)中，推理機(jī)完全獨(dú)立于求解問題領(lǐng)域。系統(tǒng)功效上完善或改變，只依賴于規(guī)則集完善和改變。由此，借用以前開發(fā)好教授系統(tǒng)，將描述領(lǐng)域知識規(guī)則從原系統(tǒng)中“挖掉”，只保留其獨(dú)立于問題領(lǐng)域知識推理機(jī)部分，這么形成工具稱為骨架型工具。這類工具因其控制策略是預(yù)先給定，使用起來很方便，用戶只須將詳細(xì)領(lǐng)域知識明確地表示成為一些規(guī)則就能夠了。

人工智能專家系統(tǒng)第19頁

教授系統(tǒng)開發(fā)

3.教授系統(tǒng)開發(fā)工具

2）語言型開發(fā)工具語言型工具提供給用戶是建立教授系統(tǒng)所需要基本機(jī)制，其控制策略也不固定于一個或幾個形式，用戶能夠經(jīng)過一定伎倆來影響其控制策略。所以，語言型工具結(jié)構(gòu)改變范圍廣泛，表示靈活，所適應(yīng)范圍要比骨架型工具廣泛得多。

人工智能專家系統(tǒng)第20頁

教授系統(tǒng)開發(fā)

3.教授系統(tǒng)開發(fā)工具

3）結(jié)構(gòu)輔助工具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)輔助工具由一些程序模塊組成，有些程序能幫助取得和表示領(lǐng)域教授知識，有些程序能幫助設(shè)計正在結(jié)構(gòu)教授系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。它主要分兩類，一個是設(shè)計輔助工具，另一個是知識獲取輔助工具。

人工智能專家系統(tǒng)第21頁

教授系統(tǒng)開發(fā)

3.教授系統(tǒng)開發(fā)工具

4）支撐環(huán)境支撐設(shè)施是指幫助進(jìn)行程序設(shè)計工具，它常被作為知識工程語言一部分。工具支撐環(huán)境僅是一個附帶軟件包，方便使用戶界面更友好。它包含四個經(jīng)典組件：調(diào)試輔助工具、輸入輸出設(shè)施、解釋設(shè)施和知識庫編輯器。人工智能專家系統(tǒng)第22頁

教授系統(tǒng)開發(fā)

3.教授系統(tǒng)開發(fā)步驟

(1)設(shè)計初始知識庫。知識庫設(shè)計是建立教授系統(tǒng)最主要和最艱巨任務(wù)。初始知識庫設(shè)計包含：

(a)問題知識化，即區(qū)分所研究問題實(shí)質(zhì)，如要處理任務(wù)是什么，它是怎樣定義，可否把它分解為子問題或子任務(wù)，它包含哪些經(jīng)典數(shù)據(jù)等。

(b)知識概念化，即概括知識表示所需要關(guān)鍵概念及其關(guān)系，如數(shù)據(jù)類型、已知條件(狀態(tài))和目標(biāo)(狀態(tài))、提出假設(shè)以及控制策略等。

人工智能專家系統(tǒng)第23頁

教授系統(tǒng)開發(fā)

3.教授系統(tǒng)開發(fā)步驟

(1)設(shè)計初始知識庫。知識庫設(shè)計是建立教授系統(tǒng)最主要和最艱巨任務(wù)。初始知識庫設(shè)計包含：

(c)概念形式化，即確定用來組織知識數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)用人工智能中各種知識表示方法把與概念化過程相關(guān)關(guān)鍵概念、子問題及信息流特征等變換為比較正式表示，它包含假設(shè)空間、過程模型和數(shù)據(jù)特征等。

人工智能專家系統(tǒng)第24頁

教授系統(tǒng)開發(fā)

3.教授系統(tǒng)開發(fā)步驟

(1)設(shè)計初始知識庫。知識庫設(shè)計是建立教授系統(tǒng)最主要和最艱巨任務(wù)。初始知識庫設(shè)計包含：

(d)形式規(guī)則化，即編制規(guī)則、把形式化了知識變換為由編程語言表示可供計算機(jī)執(zhí)行語句和程序。

(e)規(guī)則正當(dāng)化，即確認(rèn)規(guī)則化了知識合理性，檢驗規(guī)則有效性。

人工智能專家系統(tǒng)第25頁

教授系統(tǒng)開發(fā)

3.教授系統(tǒng)開發(fā)步驟

(2)原型機(jī)(prototype)開發(fā)與試驗。

在選定知識表示