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  • 专家系统及其应用  [会员中心]

    日期:2008-07-10  作者:浙江师范大学林雪
          (2)专家系统的构造
          专家系统的基本结构如图1所示,其中箭头方向为数据流动的方向。专家系统通常由人机交互界面、知识库、推理机、解释器、综合数据库、知识获取等6个部分构成。
           知识库用来存放专家提供的知识。专家系统的问题求解过程是通过知识库中的知识来模拟专家的思维方式的,因此,知识库是专家系统质量是否优越的要害所在,即知识库中知识的质量和数量决定着专家系统的质量水平。一般来说,专家系统中的知识库与专家系统程序是相互独立的,用户可以通过改变、完善知识库中的知识内容来提高专家系统的性能。 人工智能中的知识表示形式有产生式、框架、语义网络等,而在专家系统中运用得较为普遍的知识是产生式规则。产生式规则以IF…THEN…的形式出现,就像BASIC等编程语言里的条件语句一样,IF后面跟的是条件(前件),THEN后面的是结论(后件),条件与结论均可以通过逻辑运算AND、OR、NOT进行复合。在这里,产生式规则的理解非常简单:假如前提条件得到满足,就产生相应的动作或结论。
    例如,在“动物识别”专家系统中有这样一条规则:
    IF 能做单腿跳吗 = 否 AND
    在苏格兰吗 = 是 AND
    高度 = 大
    THEN 动物 = 马

    在这条规则当中,IF后面的前件中包含三个条件,只有三个条件都得到了满足,才能得出该动物是“马”。反之就得不出这个结论。产生式专家系统的知识库中包含了大量的规则,换言之,这里的知识库就是一个规则集。

    推理机针对当前问题的条件或已知信息,反复匹配知识库中的规则,获得新的结论,以得到问题求解结果。在这里,推理方式可以有正向和反向推理两种。正向推理是从前件匹配到结论,反向推理则先假设一个结论成立,看它的条件有没有得到满足。由此可见,推理机就如同专家解决问题的思维方式,知识库就是通过推理机来实现其价值的。

    人机界面是系统与用户进行交流时的界面。通过该界面,用户输入基本信息、回答系统提出的相关问题,并输出推理结果及相关的解释等。

    综合数据库专门用于存储推理过程中所需的原始数据、中间结果和最终结论,往往是作为暂时的存储区。解释器能够根据用户的提问,对结论、求解过程做出说明,因而使专家系统更具有人情味。
    知识获取是专家系统知识库是否优越的要害,也是专家系统设计的“瓶颈”问题,通过知识获取,可以扩充和修改知识库中的内容,也可以实现自动学习功能。

    2.专家系统如何工作

    (1)专家系统的工作过程

    专家系统的基本工作流程是,用户通过人机界面回答系统的提问,推理机将用户输入的信息与知识库中各个规则的条件进行匹配,并把被匹配规则的结论存放到综合数据库中。最后,专家系统将得出最终结论呈现给用户。

    在这里,专家系统还可以通过解释器向用户解释以下问题:系统为什么要向用户提出该问题(Why)?计算机是如何得出最终结论的(How)?
    领域专家或知识工程师通过专门的软件工具,或编程实现专家系统中知识的获取,不断地充实和完善知识库中的知识。

    (2)专家系统实例

    这里,我们以一个简单的“动物识别专家系统”为例,初步熟悉专家系统的工作机制及系统特点。该系统的知识库是一个产生式规则的集合,图2显示了其中的2条规则。从原则上来讲,规则之间相互独立,任何两条规则的“前件”一般都不能重复,也不具有包含关系。小型专家系统的规则可以是几条几十条,大型专家系统的规则可达上千条,像这个动物专家系统知识库的规则就只有六条。该“动物识别专家系统”的6条规则也可以采用决策树方式来表示,如图3所示。
    Tags:浙江师范大学  林雪
    作者:浙江师范大学林雪

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