| 词条 | 专家系统 |
| 释义 | § 简介 专家系统（Expert System)是一个或一组能在某些特定领域内，应用大量的专家知识和推理方法求解复杂问题的一种人工智能计算机程序。属于人工智能的一个发展分支，专家系统的研究目标是模拟人类专家的推理思维过程。一般是将领域专家的知识和经验，用一种知识表达模式存入计算机。系统对输入的事实进行推理，做出判断和决策。 从20世纪60年代开始，专家系统的应用产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为人工智能领域中最活跃、最受重视的领域。 § 构造组成 专家系统的组成 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。专家系统的基本结构大部分为知识库和推理机。其中知识库中存放着求解问题所需的知识，推理机负责使用知识库中的知识去解决实际问题。知识库的建造需要知识工程师和领域专家相互合作把领域专家头脑中的知识整理出来，并用系统的知识方法存放在知识库中。当解决问题时，用户为系统提供一些已知数据，并可从系统处获得专家水平的结论。[1] 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关键所在，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：如果前提条件得到满足，就产生相应的动作或结论。 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关键，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] [3] § 类型划分 按知识表示的技术划分 1、基于逻辑的专家系统； 2、基于规则的专家系统； 3、基于语义网络的专家系统和基于框架的专家系统。 按任务类型划分 1、 诊断型专家系统：根据对症状的观察分析，推导出产生症状的原因以及排除故障方法的一类系统，如医疗、机械、经济等。 2、 解释型专家系统：根据表层信息解释深层结构或内部情况的一类系统，如地质结构分析、物质化学结构分析等。 3、 预测型专家系统：根据现状预测未来情况的一类系统，如气象预报、人口预测、水文预报、经济形势预测等。 4、 设计型专家系统：根据给定的产品要求设计产品的一类系统，如建筑设计、机械产品设计等。 5、 决策型专家系统：对可行方案进行综合评判并优选的一类专家系统。 6、规划型专家系统：用于制定行动规划的一类专家系统，如自动程序设计、军事计划的制定等。 7、 教学型专家系统：能够辅助教学的一类专家系统。 8、 数学专家系统：用于自动求解某些数学问题的一类专家系统。 9、 监视型专家系统：对某类行为进行监测并在必要时候进行干预的一类专家系统，如机场监视、森林监视等。 § 功能特点 数控机床故障诊断专家系统 1、为解决特定领域的具体问题，除需要一些公共的常识，还需要大量与所研究领域问题密切相关的知识； 2、一般采用启发式的解题方法； 3、在解题过程中除了用演绎方法外，有时还要求助于归纳方法和抽象方法； 4、需处理问题的模糊性、不确定性和不完全性； 5、能对自身的工作过程进行推理(自推理或解释)； 6、采用基于知识的问题求解方法； 7、知识库与推理机分离。 § 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）等。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。 § 发展历史 专家系统的发展经历了三个时期： 初创期 (1965一l971) 第一代专家系统——DENLDRA和MACSMA出现，标志着专家系统的诞生。其中，DEN-LDRA为推断化学分子结构的专家系统，1968年由专家系统的奠基人、Stanford大学计算机系的费根鲍姆（Feigenbaum）教授及其研究小组研制。MACSMA为用于数学运算的数学专家系统，由麻省理工学院完成。[4]这两个系统的设计和实现完全是针对其应用领域的，主要注意了系统的性能。而忽略了系统的透明性灵活性等方面的问题。 成熟期 (1972— 1977) 20世纪七十年代专家系统趋于成熟．专家系统的观点也开始广泛地被人们接受。七十年代中期先后出现了以MYCIN、HEARSAY、PROSPECTOR等为代表的一批卓有成效的专家系统，其中斯坦福大学研究开发的血液感染病诊断专家系统MYCIN被国际上公认为景有影响的专家系统。在MYCIN 中第一次使用了专家系统中非常流行的知识库概念．并在系统中使用了似然推理技术来模拟人类的启发式问题求解方法。它对专家系统的理论和实践都有很大的贡献。HEARSAY系统是一个用于语音识别的专家系统。在HEARSAY— l系统中提出的黑板系统结构已成为一种非常流行的系统构造技术。另外，七十年代出现的元知识概念、产生式系统、框架和语义网络知识表达方式也被广泛地应用到了以后的专家系统中，知识工程概念的提出．宣告了专家系统已走向成熟。 发展期 (1978一 ) 20世纪七十年代末．人工智能专家开始认识到这样一个事实：即一个程序的求解问题的能力，不取决于所应用的形式化体系和推理模式，而取决于它所具有的处理知识的能力。从而产生了一个研究思路上的突破：要使一个程序上有智能，必须向它提供大量有关领域的高质量的专门知识。这种认识上的突破导致了专家系统地位的确立．为人工智能的研究开辟了一个新的研究方向。 专家系统应用领域迅速扩大，处理问题的难度也不断增加。出现了一批用于建造和维护专家系统的工具系统。工具系统可分为三类：①通过实例自动形成知识的系统；②智能知识库编辑系统，③ 骨架系统。七十年代末期，在MYCIN 基础上开发的EMYCIN 就是一个骨架系统。它实际上是一个没有领域知识库的MYCIN，或者说是MYCIN推理部分的构造。骨架系统的出现是专家系统的一个重大发展，它促进了专家系统的商品化。反过来，专家系统的商品化又促进了骨架系统的迅速发展。 20世纪八十年代，专家系统的研究进入了一个新的阶段。首先是数量增多，估计全世界的专家系统有2000到3000种．1987年研制成功的专家系统有1000种。专家系统的应用领域拓宽，广泛地应用于医学、地质勘探、石油天然气资源评价、数学、物理学、化学的科学发现以及企业管理、工业控制、经济决策等方面。进入8O年代，专家系统研究走出了大学和研究机关而广泛地进入产业界。 进入20世纪九十年代后，人们对专家系统的研究转向了与知识工程、模糊技术、实时操作技术、神经网络技术、数据库技术等相结合的专家系统，这也是专家系统今后的研究方向和发展趋势。 [3] § 应用范围 土地规划评价专家系统 专家系统技术广泛应用在工程、科学、医药、军事、商业等方面，应用领域概括有： 1、解释（Interpretation）－如测试肺部测试（如PUFF）。 2、预测（Prediction）－如预测可能由黑蛾所造成的玉米损失（如PLAN）。 3、诊断（Diagnosis）－如诊断血液中细菌的感染（MYCIN）。又如诊断汽车柴油引擎故障原因之CATS系统。 4、故障排除（Fault Isolation）－如电话故障排除系统ACE。 5、设计（Design）－如专门设计小型马达弹簧与碳刷之专家系统MOTORBRUSHDESIGNER。 6、规划（Planning）－就出名的有辅助规划IBM计算机主架构之布置，重安装与重安排之专家系统CSS，以及辅助财物管理之PlanPower专家系统。 7、监督（Monitoring）－如监督IBM MVS操作系统之YES/MVS。 8、除错（Debugging）－如侦查学生减法算术错误原因之BUGGY。 9、修理（Repair）－如修理原油储油槽之专家系统SECOFOR。 10、行程安排（Scheduling）－如制造与运输行称安排之专家系统ISA。又如 工作站（work shop）制造步骤安排系统。 11、教学（Instruction）－如教导使用者学习操作系统之TVC专家系统。 12、控制（Control）－帮助Digital Corporation计算机制造及分配之控制系统PTRANS。 13、分析（Analysis）－如分析油井储存量之专家系统DIPMETER及分析有机分子可能结构之DENDRAL系统。它是最早的专家系统，也是最成功者之一。 14、维护（Maintenance）－如分析电话交换机故障原因之后，及能建议人类该如何维修之专家系统COMPASS。 15、架构设计（Configuration）－如设计VAX计算机架构之专家系统XCON以及设计新电梯架构之专家系统VT等。 16、校准（Targeting）－例如校准武器如何工作。[5] |
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