[拼音]：zhuanjia xitong

[外文]：expert systems

以知識(shí)為基礎(chǔ)，在特定問(wèn)題領(lǐng)域內(nèi)能像人類專家那樣解決復(fù)雜現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的計(jì)算機(jī)（程序）系統(tǒng)，屬于知識(shí)型系統(tǒng)（見(jiàn)知識(shí)工程）。也有人認(rèn)為，應(yīng)將專家系統(tǒng)理解為人機(jī)系統(tǒng)。研制專家系統(tǒng)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明：專家系統(tǒng)獲得成功主要是因?yàn)橄到y(tǒng)擁有大量的知識(shí)。用什么方式表示和應(yīng)用知識(shí)決定于問(wèn)題的性質(zhì)（見(jiàn)知識(shí)表示）。

專家系統(tǒng)的理想結(jié)構(gòu)

早期的專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，一般由知識(shí)庫(kù)、全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)和解釋程序三個(gè)基本部分組成。隨著專家系統(tǒng)應(yīng)用的發(fā)展，其體系結(jié)構(gòu)也產(chǎn)生了相應(yīng)的變化。一個(gè)理想的專家系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖）大體上由 7個(gè)部分組成。

（1）語(yǔ)言處理程序：它在特定問(wèn)題領(lǐng)域內(nèi)提供用限定的自然語(yǔ)言進(jìn)行人機(jī)通信的手段（見(jiàn)自然語(yǔ)言理解）。

（2）知識(shí)庫(kù)：用以存放相對(duì)穩(wěn)定的規(guī)則和事實(shí)。

（3）全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)：黑板結(jié)構(gòu)是它的一種新形式，主要用以記錄動(dòng)態(tài)變化的中間數(shù)據(jù)，其中“計(jì)劃”部分包含問(wèn)題目標(biāo)、待解決的子問(wèn)題和當(dāng)前的環(huán)境數(shù)據(jù)等；“議程”部分包含待處理的事件和待采取的行動(dòng)；“方案”部分列出所有可以選用的假說(shuō)和相應(yīng)的決定。

（4）解釋程序：根據(jù)當(dāng)前局勢(shì)具體執(zhí)行某條規(guī)則。

（5）調(diào)度程序：對(duì)知識(shí)庫(kù)中各規(guī)則的執(zhí)行順序進(jìn)行控制。

（6）協(xié)調(diào)程序：當(dāng)引入新數(shù)據(jù)或新規(guī)則而使某結(jié)論的前提條件發(fā)生變化時(shí)，對(duì)該結(jié)論進(jìn)行調(diào)整。早期的專家系統(tǒng)中，對(duì)控制功能要求不高，往往只設(shè)一個(gè)統(tǒng)一的解釋程序。

（7）說(shuō)明程序：向用戶顯示解題過(guò)程并說(shuō)明其理由。專家系統(tǒng)起著人的智能助手作用，要使專家系統(tǒng)真正實(shí)用化，必須取得用戶信賴，克服人的消極心理因素。從這個(gè)意義說(shuō)，說(shuō)明程序的作用非常重要。

專家系統(tǒng)的功能和應(yīng)用領(lǐng)域

專家系統(tǒng)的功能和相應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域大致可歸納為以下幾個(gè)方面。

解釋

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或由傳感器提供的感覺(jué)信號(hào)對(duì)當(dāng)前局勢(shì)進(jìn)行解釋?？捎糜诳臻g監(jiān)視、言語(yǔ)理解、圖像理解、化學(xué)結(jié)構(gòu)分析、信號(hào)解釋等方面。這類系統(tǒng)的共同技術(shù)特征是對(duì)獲得的數(shù)據(jù)指派合適的符號(hào)意義。

預(yù)測(cè)

根據(jù)當(dāng)前局勢(shì)對(duì)以后可能出現(xiàn)的結(jié)局進(jìn)行預(yù)測(cè)，可用于天氣預(yù)報(bào)、人口統(tǒng)計(jì)、交通事故分析、作物收成估算、軍事預(yù)測(cè)等方面。這類系統(tǒng)通常使用一個(gè)參數(shù)動(dòng)態(tài)模型，模型中參數(shù)的值與給定的局勢(shì)擬合，從模型推出的結(jié)論形成預(yù)測(cè)的依據(jù)。

診斷

根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)確定故障所在,可用于醫(yī)療、電子、機(jī)械和計(jì)算機(jī)軟件等方面的故障診斷。這類系統(tǒng)通常使用一張聯(lián)想表，將待診斷對(duì)象的異常行為與其出現(xiàn)原因聯(lián)系起來(lái)，在較復(fù)雜的情形下需要將設(shè)計(jì)知識(shí)同運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)知識(shí)結(jié)合起來(lái)，對(duì)可能出現(xiàn)的各種故障進(jìn)行比較。

設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，可用于電路布線、建筑設(shè)計(jì)和預(yù)算編制等方面。這類系統(tǒng)屬于智能化計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，要對(duì)設(shè)計(jì)部件相互關(guān)系進(jìn)行描述和分析來(lái)證明所定結(jié)構(gòu)的合理性，有時(shí)還要考慮設(shè)計(jì)目標(biāo)的優(yōu)化問(wèn)題。

行動(dòng)計(jì)劃

它的任務(wù)是設(shè)計(jì)行動(dòng)步驟，可用于機(jī)器人作業(yè)設(shè)計(jì)、自動(dòng)程序設(shè)計(jì)等方面。

監(jiān)控

將觀測(cè)到的系統(tǒng)行為與可能影響工作完成的因素進(jìn)行比較和辨識(shí)。它能辨識(shí)兩種情況：正常作業(yè)的前提條件是否受到破壞；作業(yè)是否有破壞工作環(huán)境的副作用。這類系統(tǒng)可用于核電站監(jiān)控、空中交通調(diào)度、作物病害管理、財(cái)務(wù)監(jiān)督等方面。但它尚處于實(shí)驗(yàn)室階段。

調(diào)試或故障排除

它的任務(wù)是對(duì)已發(fā)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)程序錯(cuò)誤或機(jī)電等設(shè)備的故障提出處理意見(jiàn)。這類專家系統(tǒng)尚處于研制過(guò)程中。

修理

針對(duì)已診斷出的問(wèn)題制訂修理計(jì)劃并具體執(zhí)行。這類專家系統(tǒng)一般兼有故障排除和計(jì)劃制訂等功能，預(yù)期可應(yīng)用于汽車、電子、航空、航天等工業(yè)，但尚處于研究的初始階段。

教學(xué)

能在特定領(lǐng)域內(nèi)對(duì)學(xué)生（或徒工）因材施教地授業(yè)傳藝，因此常稱為智能化計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)。這類專家系統(tǒng)通常包含診斷子系統(tǒng)和錯(cuò)誤糾正子系統(tǒng)。首先需要建立關(guān)于對(duì)象知識(shí)狀態(tài)的模型，然后從中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取相應(yīng)措施，最后通過(guò)對(duì)話使教學(xué)對(duì)象得到適應(yīng)其需要的知識(shí)。

控制

能自適應(yīng)地控制對(duì)象的宏觀行為。用于控制的專家系統(tǒng)一般兼有理解、預(yù)測(cè)、診斷、計(jì)劃制訂、監(jiān)控等多方面功能，能用于空中交通管制、商務(wù)管理、軍事控制問(wèn)題，稱為專家控制系統(tǒng)（見(jiàn)智能控制）。將研制專家系統(tǒng)的知識(shí)工程技術(shù)用于控制問(wèn)題具有重大而深遠(yuǎn)的意義。實(shí)踐表明，許多復(fù)雜控制過(guò)程難以用數(shù)學(xué)方法建立定量計(jì)算模型，而必須用知識(shí)工程技術(shù)建立定性分析模型，有時(shí)還需要建立定性分析與定量計(jì)算相結(jié)合的理論模型（如核電站控制問(wèn)題）。這不但表明工程控制技術(shù)與知識(shí)工程技術(shù)的結(jié)合，還意味著系統(tǒng)科學(xué)與思維科學(xué)的相互滲透。上述各種功能并不互相排斥，因此一個(gè)實(shí)際專家系統(tǒng)可能兼有多種功能。

MYCIN系統(tǒng)

MYCIN是典型的專家系統(tǒng)，由美國(guó)斯坦福大學(xué)首先研制成功?，F(xiàn)代許多專家系統(tǒng)都是遵循MYCIN系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法建立的,因此對(duì)MYCIN系統(tǒng)的描述有助于了解一般專家系統(tǒng)的工作過(guò)程。

MYCIN 是對(duì)傳染病的診斷和治療提出建議的專家系統(tǒng)，工作時(shí)將患者的病史、已服藥物和藥物反應(yīng)等數(shù)據(jù)錄入全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)中。知識(shí)庫(kù)中則存放相對(duì)穩(wěn)定、不因人而異的知識(shí)，這些知識(shí)用LISP語(yǔ)言寫成，例如

(IDENT ORGANISM-2KLEBSIELLA.75)就代表一個(gè)事實(shí)，意為2號(hào)菌體是克雷白氏桿菌,此事實(shí)的可靠性（稱為置信度，常用CF代表）為0.75。法則的表示則復(fù)雜一些，MYCIN中采用產(chǎn)生式規(guī)則的形式PREMISE:(AND(SAME CNTXT INFECT

PRIMARY-BACTEREMIA)

(MEMBF CNTXT SITE STERILESITES)

(SAME CNTXT PORTAL GI))ACTION: (CONCLUDE CNTXT IDENT

BACTEROIDES TALLY.7)這條規(guī)則有三個(gè)前提條件，一個(gè)結(jié)論。其意義如下：如果①感染屬于原發(fā)性菌血癥，②菌體的培養(yǎng)點(diǎn)是無(wú)菌點(diǎn)，③細(xì)菌的侵入門戶是胃腸,那么可以0.7的置信度判定菌體是一種擬桿菌。將這類規(guī)則轉(zhuǎn)換為自然語(yǔ)言是比較方便的，因此MYCIN具有較強(qiáng)的說(shuō)明功能。在MYCIN的知識(shí)庫(kù)中有500條左右這類規(guī)則。MYCIN中的法則是以產(chǎn)生式規(guī)則的形式表出，所以從結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)看它屬于規(guī)則型系統(tǒng)或產(chǎn)生式系統(tǒng)。根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中反映當(dāng)前局勢(shì)的數(shù)據(jù),運(yùn)用知識(shí)庫(kù)的法則來(lái)作出相應(yīng)結(jié)論的推理機(jī)制有時(shí)稱為推理機(jī)。MYCIN 中采用深度優(yōu)先與或樹搜索的逆向推理法（見(jiàn)搜索）。根據(jù)推理結(jié)果,MYCIN對(duì)疾病作出診斷并提出相應(yīng)的治療建議。為了便于 MYCIN從專家醫(yī)生獲取知識(shí)（另一方面也可用MYCIN培訓(xùn)青年醫(yī)生），MYCIN系統(tǒng)還設(shè)置有知識(shí)獲取程序TEIRESIAS。

MYCIN系統(tǒng)用置信度處理不精確知識(shí)的方法,受到人們重視，但也引起一些爭(zhēng)議。另外，模糊邏輯在實(shí)際專家系統(tǒng)中的應(yīng)用也是值得注意的問(wèn)題。

若干典型的專家系統(tǒng)

從60年代開始已研制出一批有典型意義的專家系統(tǒng)。

DENDRAL系統(tǒng)

60年代后期在美國(guó)研制成功而且目前仍在使用的專家系統(tǒng)。知識(shí)工程的基本思想就起源于這一系統(tǒng)。DENDRAL包括DENDRAL和META－DENDRAL兩個(gè)子系統(tǒng)。 DENDRAL根據(jù)核磁共振分析儀和其他化學(xué)試驗(yàn)的測(cè)定數(shù)據(jù)對(duì)未知化合物的分子結(jié)構(gòu)式進(jìn)行預(yù)測(cè)；META－DENDRAL則向DENDRAL提供關(guān)于有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的裂解公式。

CASNET系統(tǒng)

70年代研制成的用于青光眼的診斷醫(yī)療系統(tǒng)，但是設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想是企圖模擬一般的疾病而并不局限于青光眼。根據(jù)這種思想建立了適用于CASNET型系統(tǒng)的、稱為EXPERT的專用語(yǔ)言,可用來(lái)構(gòu)筑其他專家系統(tǒng),例如風(fēng)濕病和內(nèi)分泌疾患的醫(yī)療診斷系統(tǒng)。CASNET系統(tǒng)采用因果聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)(associational networks)來(lái)表示知識(shí)法則，這同DENDRAL、MYCIN中用產(chǎn)生式規(guī)則來(lái)表示知識(shí)法則有所不同。

MACSYMA系統(tǒng)

70年代為了幫助天文、物理方面的應(yīng)用數(shù)學(xué)家從事符號(hào)微積分運(yùn)算和簡(jiǎn)化公式推演研制的專家系統(tǒng)。

CADUCEUS系統(tǒng)

原名INTERNIST,70年代后期開始研制的、期望能對(duì)整個(gè)內(nèi)科領(lǐng)域85％疾病(包括并發(fā)癥)進(jìn)行診斷治療，它的知識(shí)庫(kù)已包含100000條法則，是迄今為止最大的專家系統(tǒng)之一。

PROSPECTOR系統(tǒng)

它是地質(zhì)勘探專家系統(tǒng),已在發(fā)現(xiàn)大型鉬礦藏中起了重要的咨詢作用。

SOPHIE系統(tǒng)

它是智能化計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)，能起電子實(shí)驗(yàn)室輔導(dǎo)教師作用。

HEARSAY-Ⅱ和HARPPY系統(tǒng)　二者都是引人注目的實(shí)驗(yàn)性言語(yǔ)理解系統(tǒng)。

參考書目

1. Frederick Hayes-Roth and others，eds，Building Expert Systems，Addison－Wesley Publ.Co.，Mass.,1983.
2. Avron Barr and Edward　A.Feigenbaum, eds, The Handbook of Artificial Intelligence，Vol.Ⅱ, William Kaufmann, Inc., Los Altos, Calif.,1981.

參考文章

• 基于污水處理工藝專家系統(tǒng)的研究廢水治理
• 什么叫高爐過(guò)程專家系統(tǒng)？采礦冶煉

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標(biāo)簽：專家系統(tǒng)

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文章名稱：《專家系統(tǒng)》

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