《人工智能》（何澤奇）491-6教案 第16課 專家系統(tǒng)的開發(fā)過程

PAGE4PAGE4PAGE5PAGE5課題專家系統(tǒng)的開發(fā)過程課時2課時（90min）教學(xué)目標(biāo)知識技能目標(biāo)：（1）掌握專家系統(tǒng)的開發(fā)過程。思政育人目標(biāo)：弘揚(yáng)精益求精、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、追求卓越的工匠精神。了解卓越創(chuàng)新科技，。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：專家系統(tǒng)的開發(fā)過程教學(xué)難點(diǎn)：專家系統(tǒng)的開發(fā)教學(xué)方法講授法、討論法、問答法教學(xué)用具計算機(jī)、投影儀、多媒體課件、教材教學(xué)設(shè)計→→→傳授新知（30min）→→分析（40min）→課堂練習(xí)（7min）→課堂小結(jié)（3min）→作業(yè)布置（2min）教學(xué)過程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟設(shè)計意圖課前任務(wù)【教師】布置課前任務(wù)，和學(xué)生負(fù)責(zé)人取得聯(lián)系，讓其提醒同學(xué)通過文旌課堂APP或其他學(xué)習(xí)軟件，完成課前任務(wù)經(jīng)過上一次課程的學(xué)習(xí)，各位以及了解什么是專家系統(tǒng)，請各位搜索一下專家系統(tǒng)的開發(fā)過程有哪些?！緦W(xué)生】完成課前任務(wù)通過課前任務(wù)，使學(xué)生了解本次課程的重點(diǎn)，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣考勤

（2min）【教師】通過文旌課堂APP讓學(xué)生簽到【學(xué)生】簽到，班干部交假條培養(yǎng)學(xué)生的組織紀(jì)律性，掌握學(xué)生的出勤情況問題導(dǎo)入（3min）【教師】提出以下問題，并邀請學(xué)生回答經(jīng)過上一次課程的學(xué)習(xí)，相信大家對專家系統(tǒng)的概念以及比較熟悉了，那么如何開發(fā)一個專家系統(tǒng)呢？【學(xué)生】討論、舉手回答【教師】通過學(xué)生的回答引入要講的知識，并板書：專家系統(tǒng)的開發(fā)流程綜合大家的討論，咱們來了解一下專家系統(tǒng)的開發(fā)過程。本節(jié)課主要介紹專家系統(tǒng)的開發(fā)的相關(guān)知識?！緦W(xué)生】聆聽通過問題導(dǎo)入的方法，引導(dǎo)學(xué)生主動思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣傳授新知

（30min）8.3專家系統(tǒng)的開發(fā)過程【教師】用PPT展示“MYCIN系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”圖片，進(jìn)行舉例說明專家系統(tǒng)是一個計算機(jī)軟件系統(tǒng)，但與傳統(tǒng)的軟件又有一定的區(qū)別，因此，專家系統(tǒng)的開發(fā)過程與傳統(tǒng)軟件的開發(fā)過程既有聯(lián)系，又有區(qū)別。專家系統(tǒng)的開發(fā)過程可分為5個階段，如圖所示?！緦W(xué)生】聆聽、理解1．認(rèn)識階段知識工程師通過與領(lǐng)域?qū)＜业慕涣骱献骰蜷喿x相關(guān)科學(xué)文獻(xiàn)等方式，認(rèn)識問題特征，包括問題范圍、類型等。同時，確定領(lǐng)域?qū)＜姨峁┑闹R類型結(jié)構(gòu)，以及系統(tǒng)開發(fā)需要的各種資源，如軟件、硬件、人員、時間和經(jīng)費(fèi)等。2．概念化階段把問題求解所需要的各種專業(yè)知識概念化，確定概念之間的關(guān)系，并對任務(wù)進(jìn)行劃分，確定求解問題的控制流程和約束條件。3．形式化階段該階段利用適合于計算機(jī)表示和處理的形式化方法描述整理好的知識概念及它們間的關(guān)系，選擇合適的系統(tǒng)構(gòu)造技術(shù)、確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、推理規(guī)則及控制策略，建立問題求解模型。4．實現(xiàn)階段基于前一階段確定的形式化知識和問題求解模型開發(fā)計算機(jī)軟件，即建立知識庫、實現(xiàn)推理機(jī)、設(shè)計人機(jī)接口等，構(gòu)建原型系統(tǒng)。5．測試階段通過運(yùn)行實例測試原型系統(tǒng)的性能和知識表達(dá)形式的實用性，從而發(fā)現(xiàn)知識庫和推理機(jī)存在的缺陷。其中，測試的主要內(nèi)容包括知識的一致性、結(jié)論的可靠性、運(yùn)行效率、解釋能力和人機(jī)交互的便利性等?！窘處煛坑肞PT展示“增量式開發(fā)方法”圖片，進(jìn)行知識講解專家系統(tǒng)的開發(fā)過程中，根據(jù)測試的結(jié)果對原型系統(tǒng)進(jìn)行反復(fù)修改，直到系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期的性能為止，這種開發(fā)方法稱為增量式開發(fā)，如圖所示?！緦W(xué)生】聆聽、理解【教師】用PPT展示“原型系統(tǒng)介紹”表格，進(jìn)行舉例說明從圖中可以看出，整個開發(fā)過程分為5個層次，其中每個層次的原型系統(tǒng)介紹如表所示。【學(xué)生】聆聽、理解通過教師的講解和課堂互動，使學(xué)生了解專家系統(tǒng)開發(fā)的過程教師專家系統(tǒng)開發(fā)的基本步驟實訓(xùn)導(dǎo)入（3min）【教師】講解醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng)案例（1）根據(jù)動物識別的專家知識，確定識別其余動物的產(chǎn)生式規(guī)則，建立規(guī)則庫。（2）編寫程序?qū)崿F(xiàn)動物識別，并提交源代碼。（3）總結(jié)實訓(xùn)的心得體會。【學(xué)生】聆聽【教師】導(dǎo)入案例：醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng)通過導(dǎo)入環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣實訓(xùn)分析（40min）8.4案例分析：醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng)【教師】講解醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng)【教師】用PPT展示“MYCIN系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”圖片，進(jìn)行講解MYCIN系統(tǒng)是由美國斯坦福大學(xué)研制的醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng)。它的功能是幫助內(nèi)科醫(yī)生診斷血液感染患者所感染的細(xì)菌種類，并給出治療方案。MYCIN系統(tǒng)主要由知識庫、綜合數(shù)據(jù)庫、知識獲取模塊、咨詢模塊和解釋模塊組成，如圖所示?！緦W(xué)生】聆聽、理解1．知識庫MYCIN

系統(tǒng)的知識庫主要存放診斷和治療感染性疾病的專門知識，還有推理所需要的靜態(tài)知識，如臨床參數(shù)的特征表、字典等。該系統(tǒng)采用產(chǎn)生式表示知識。其中，專門知識屬于規(guī)則知識，采用“如果……那么……”的形式表示；臨床參數(shù)屬于事實知識，可采用三元組（上下文，屬性，值）表示。2．綜合數(shù)據(jù)庫MYCIN

系統(tǒng)的綜合數(shù)據(jù)庫用于存放與患者有關(guān)的數(shù)據(jù)、化驗結(jié)果和系統(tǒng)推出的中間結(jié)論等。綜合數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)間的關(guān)系可組成一棵上下文樹，如圖8-10所示?！窘處煛坑肞PT展示“上下文樹”圖片，進(jìn)行講解樹中節(jié)點(diǎn)稱為上下文。每個節(jié)點(diǎn)對應(yīng)一個具體的對象，描述該對象的所有數(shù)據(jù)存儲于對應(yīng)節(jié)點(diǎn)上。每個節(jié)點(diǎn)旁注明節(jié)點(diǎn)名，如CULYURE-1、ORGANISM-1、DRUG-1等；括號中內(nèi)容表示該節(jié)點(diǎn)的上下文類型，如當(dāng)前培養(yǎng)物、當(dāng)前細(xì)菌、藥物等。上下文的類型可用于指導(dǎo)調(diào)用哪些規(guī)則。【學(xué)生】聆聽、理解上下文樹是對病人的完整描述。例如，圖8-10表示當(dāng)前從病人PATIENT-1身上提取了兩種培養(yǎng)物CULYURE-1和CULYURE-2，先前已經(jīng)提取過一種培養(yǎng)物CULYURE-3，從這些培養(yǎng)物中分別分離出相應(yīng)的細(xì)菌，每種細(xì)菌有相應(yīng)的治療藥物。對病人進(jìn)行手術(shù)治療時使用藥物DRUG-4?？梢?，上下文樹清晰地描述了病人的相關(guān)培養(yǎng)物，指出了每個培養(yǎng)物對應(yīng)的細(xì)菌，并給出了每種細(xì)菌所應(yīng)使用的藥物。3．知識獲取模塊MYCIN系統(tǒng)的知識獲取模塊用于獲取知識，且當(dāng)發(fā)現(xiàn)知識有更新或遺漏時，該模塊可增加或修改知識庫。4．咨詢模塊MYCIN系統(tǒng)的咨詢模塊包含了人機(jī)接口和推理機(jī)的功能。在使用系統(tǒng)過程中，首先啟動該模塊，用戶（醫(yī)生）根據(jù)系統(tǒng)給出的提示輸入相關(guān)的信息（病人的數(shù)據(jù)）即可。該模塊會利用知識庫中的知識進(jìn)行推理，診斷出患者的病癥并給出治療方案。5．解釋模塊MYCIN系統(tǒng)的解釋模塊用于回答用戶的詢問。在咨詢模塊運(yùn)行的過程中，可以隨時通過解釋模塊了解得出結(jié)論的依據(jù)。【教師】講解科技民生相關(guān)內(nèi)容【學(xué)生】聆聽、記錄、理解通過老師講解，讓學(xué)生了解實訓(xùn)報告的寫法課堂練習(xí)（7min）【教師】安排學(xué)生完成以下題目（1）幫助內(nèi)科醫(yī)生診斷血液感染患者所感染的細(xì)菌種類，并給出治療方案的專家系統(tǒng)是（）。A．MYCIN B．INTERNISTC．ONCOCIN D．A、B、C都不是(2)專家系統(tǒng)的開發(fā)過程可分為5個階段，即____、____、形式化階段、和測試階段?！緦W(xué)生】完成練習(xí)通過課堂練習(xí)，了解學(xué)生學(xué)情課堂小結(jié)

（3min）【教師】簡要總結(jié)本節(jié)課的要點(diǎn)專家系統(tǒng)的開發(fā)過程可分為5個階段，即認(rèn)識階段、概念化階段、形式化階段、實現(xiàn)階段和測試階段?！緦W(xué)生】總結(jié)回顧知識點(diǎn)總結(jié)知識點(diǎn)，鞏固學(xué)生對相關(guān)知識的印象作業(yè)布置

（2min）【