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1、7.8 新 一 代 專 家 系 統(tǒng) 的 研 究主 講 人 :陳 詩 旭廣 西 師 范 大 學 計 信 學 院 目 前 專 家 系 統(tǒng) 存 在 的 五 大 問 題v忽 視 了 理 論 與 深 層 知 識 在 問 題 求 解 中 的 作 用v缺 少 多 個 系 統(tǒng) 的 協(xié) 作 及 綜 合 型 的 專 家 系 統(tǒng)v在 知 識 獲 取 方 面 還 缺 少 自 動 獲 取 知 識 的 能 力v在 知 識 表 示 上 缺 少 多 種 表 示 模 式 的 集 成v在 推 理 方 面 不 支 持 多 種 推 理 策 略針 對 上 述 問 題 ,我 們 開 始 了 新 一 代 專 家 系 統(tǒng) 的 研 究 研 究

2、 新 一 代 專 家 系 統(tǒng) 的 主 要 課 題1 分 布 協(xié) 同 式 的 體 系 結 構2 知 識 的 自 動 獲 取3 深 層 知 識 的 利 用4 知 識 表 示 及 推 理 方 法 研 究 課 題 1 分 布 協(xié) 同 式 的 體 系 結 構v所 謂 分 布 協(xié) 同 式 體 系 結 構 是 指 ： 把 知 識 庫 （ 推 理 機 制 ）分 布 于 一 個 計 算 機 網(wǎng) 絡 的 不 同 節(jié) 點 上 ,在 求 解 問 題 時 ，它 們 能 互 通 信 息 ， 密 切 合 作 ， 共 同 完 成 問 題 求 解 任 務 。v該 體 系 結 構 應 解 決 個 問 題（ 1） 任 務 分 布

3、： 把 待 求 解 的 問 題 分 解 為 若 干 子 問 題 ,分 別 交 給 系 統(tǒng) 中 不 同的 成 員 去 完 成 。 （ 2） 合 作 策 略 ： 由 于 系 統(tǒng) 中 的 各 成 員 都 只 具 有 部 分 知 識 ，而 問 題 的 各 子 問 題 間 存 在 著 種 種 內(nèi) 在 聯(lián) 系 ,這 就 要 求 各 成員 必 須 互 相 通 信 ， 合 作 地 進 行 問 題 求 解 。 為 實 現(xiàn) 合 作 ， 需要 解 決 合 作 的 方 式 與 策 略 以 及 通 信 的 手 段 。 研 究 課 題 知 識 的 自 動 獲 取知 識 獲 取 可 以 劃 分 為 兩 個 階 段 ：v一

4、個 是 在 知 識 庫 尚 未 建 立 起 來 時 ， 從 領 域 專 家 及 有 關 文獻 資 料 那 獲 取 知 識 。 對 于 這 種 情 況 ， 為 了 實 現(xiàn) 自 動 知 識 獲 取 ， 需 要 解 決 自 然 語 言 的 識別 與 理 解 以 及 從 大 量 事 例 中 歸 納 知 識 等 問 題 。 v一 個 是 在 系 統(tǒng) 運 行 過 程 中 ， 通 過 運 行 實 踐 不 斷 總 結 歸 納 。 對 于 這 一 種 情 況 ， 還 需 要 解 決 如 何 從 系 統(tǒng) 的 運 行 實 踐 中 發(fā) 現(xiàn) 問 題以 及 通 過 總 結 經(jīng) 驗 教 訓 ， 歸 納 出 新 知 識 、

5、修 改 舊 知 識 等 問 題 。 研 究 課 題 3 深 層 知 識 的 利 用v深 層 知 識 是 指 ： 相 關 領 域 中 的 理 論 性 知 識 、 原理 性 知 識 ， 而 專 家 的 經(jīng) 驗 通 常 被 稱 為 表 層 知 識或 淺 層 知 識 。 v對 于 深 層 知 識 的 利 用 存 在 個 問 題（ 1） 如 何 確 定 深 層 知 識 的 容 量 與 邊 緣 （ 2） 非 單 調 性 亦 是 深 層 知 識 利 用 中 的 一 個 困 難 問題 研 究 課 題 4 知 識 表 示 及 推 理 方 法v要 使 專 家 系 統(tǒng) 能 像 人 類 專 家 那 樣 求 解 領 域

6、 題 ，就 必 須 對 知 識 的 表 示 與 處 理 作 進 一 步 的 研 究 ,使其 能 真 正 模 擬 人 類 求 解 問 題 的 思 維 過 程 。v首 要 解 決 的 問 題（ 1） 如 何 建 立 一 致 的 知 識 表 示 框 架 ， 使 之 能 包 含多 范 例 的 多 種 表 示 模 式 。（ 2） 如 何 在 時 態(tài) 推 理 、 定 性 推 理 、 非 單 調 推 理 等方 面 有 所 突 破 ， 在 不 確 定 性 的 表 示 與 處 理 方 面取 得 新 的 進 展 等 。 7.9 專 家 系 統(tǒng) 舉 例廣 西 師 范 大 學 計 信 學 院 兩 個 例 子 1 動

7、物 識 別 系 統(tǒng)2 專 家 系 統(tǒng) MYCIN 兩 個 例 子 動 物 識 別 系 統(tǒng) 動 物 識 別 系 統(tǒng)這 是 一 個 用 以 識 別 虎 、 金 錢 豹 等 七 種 動 物 的 小 型專 家 系 統(tǒng) ：v1.系 統(tǒng) 結 構v2.知 識 表 示v3.適 用 知 識 的 選 取v4.推 理 的 結 束 條 件v5.推 理 過 程 動 物 識 別 系 統(tǒng) 系 統(tǒng) 結 構主 控 模 塊創(chuàng)建知識庫 建立數(shù)據(jù)庫 推理機 解釋機構 標 志 結 論 性 規(guī) 則釋 放 規(guī) 則 鏈 表 釋 放 事 實 鏈 表 匹 配 已 知 事 實 動 物 識 別 系 統(tǒng) 知 識 表 示v知 識 用 產(chǎn) 生 式 規(guī) 則

8、 表 示 ， 相 應 的 數(shù) 據(jù) 結 構 為 ： struct RULE-TYPE char * result； int lastflag； struct CAUSE-TYPE* cause-chain； struct RULE-TYPE * next；;v已 知 事 實 用 字 符 串 描 述 ,連 成 鏈 表 ， 其 數(shù) 據(jù) 結 構 為 ： struct CAUSE-TYPE char cause; struct CAUSE-TYPE* next; 動 物 識 別 系 統(tǒng) 適 用 知 識 的 選 取v為 了 進 行 推 理 ， 就 需 要 根 據(jù) 數(shù) 據(jù) 庫 中 的 已 知 事 實 從 知

9、 識 庫 中 選 用 合 適 的 知 識 。v適 用 知 識 ： 若 知 識 的 前 提 條 件 所 要 求 的 事 實 在數(shù) 據(jù) 庫 中 都 存 在 ， 就 認 為 它 是 一 條 適 用 知 識 。 動 物 識 別 系 統(tǒng) 推 理 的 結 束 條 件當 有 如 下 兩 種 情 況 中 的 某 一 種 出 現(xiàn) 時 可 終 止 推 理 ：v 知 識 庫 中 再 無 可 適 用 的 知 識 。 對 于 這 種 情 況 ， 很 容 易 進 行 檢 測 ， 只 要 檢 查 一 下 當 前 知 識 庫 中 是 否 還 有 知 識 的 前 提 條 件 可 被 數(shù) 據(jù) 庫 的 已 知 事 實 滿 足 ,且

10、 為 未 使 用 過的 知 識 就 可 得 知 。v 經(jīng) 推 理 求 得 了 問 題 的 解 。 掃 描 知 識 庫 的 每 一 條 規(guī) 則 ， 若 一 條 規(guī) 則 的 結 論 在 其 它 規(guī) 則 的 前 提條 件 中 都 不 出 現(xiàn) ， 則 這 條 規(guī) 則 的 結 論 部 分 就 是 最 終 結 論 ， 此 時 就可 終 止 推 理 過 程 。 含 有 最 終 結 論 的 規(guī) 則 稱 為 結 論 性 規(guī) 則 。 對 于 結 論 性 規(guī) 則 ， 為 它 作 一 標 志 ， 每 當 推 理 機 用 到 帶 標 志 的 規(guī) 則 進 行 推 理 時 ,推 出 的 結 論 必然 是 最 終 結 論 ，

11、 此 時 就 可 終 止 推 理 過 程 。 動 物 識 別 系 統(tǒng) 推 理 過 程 兩 個 例 子 專 家 系 統(tǒng) MYCIN 專 家 系 統(tǒng) MYCINMYCIN是 一 個 幫 助 內(nèi) 科 醫(yī) 生 診 治 感 染 性 疾 病 的 專家 系 統(tǒng) ：v1.系 統(tǒng) 結 構v2.數(shù) 據(jù) 表 示v3.知 識 表 示v4.推 理 的 控 制 策 略v5.解 釋 功 能 專 家 系 統(tǒng) MYCIN 系 統(tǒng) 結 構用 戶 （ 醫(yī) 生 ）咨 詢 子 系 統(tǒng)數(shù) 據(jù) 庫DDB 解 釋 子 系 統(tǒng) 知 識 獲 取 子 系 統(tǒng) 知 識 庫SDB專 家 、 知 識 工 程 師 專 家 系 統(tǒng) MYCIN 數(shù) 據(jù) 表

12、示v數(shù) 據(jù) 庫 中 的 數(shù) 據(jù) 都 用 如 下 形 式 的 三 元 組 描 述 ： (對 象 屬 性 值 ）v1. “ 對 象 ” 又 稱 為 上 下 文 ， 它 是 系 統(tǒng) 要 處 理 的 實 體 ， 例 如 ： PERSON(病 人 ） v2. “ 屬 性 ” 又 稱 臨 床 參 數(shù) ,用 于 描 述 相 應 對 象 的 特 征 ，例 如 “ 病 人 ” 的 姓 名 、 年 齡 、 性 別 。v3. “ 值 ” 是 指 相 應 屬 性 的 值 ， 根 據(jù) 屬 性 的 不 同 類 別 ，其 值 可 以 是 一 個 或 多 個 。 專 家 系 統(tǒng) MYCIN 數(shù) 據(jù) 表 示 屬 性 分 類vM

13、YCIN中 有 65種 屬 性 ， 這 些 屬 性 按 其 所 描 述 的 對 象 不 同分 為 六 類 。例 如 ： 用 于 描 述 “ 病 人 ” 情 況 的 作 為 一 類 ， 用 于 描 述 “ 培養(yǎng) 物 ” 情 況 的 作 為 一 類 ， 等 等 。v對 每 一 類 屬 性 都 有 專 門 的 名 字 。例 如 ： 用 PROMPT作 為 描 述 “ 病 人 ” 的 屬 性 集 的 名 字 。 v屬 性 又 按 其 取 值 的 性 質 不 同 分 為 七 種 類 別 。例 如 ： 單 值 的 ， 多 值 的 ， 可 問 的 ， 可 導 出 的 等 專 家 系 統(tǒng) MYCIN 數(shù) 據(jù)

14、表 示 可 信 度 因 子v每 個 屬 性 的 值 可 以 帶 有 一 個 可 信 度 因 子 CF,用 以 指 出 對相 應 屬 性 值 的 信 任 程 度 。vCF在 -1,1上 取 值 。 當 CF0時 ， 表 示 相 信 該 屬 性 取 相 應 值 的 程 度 ； 當 CF0時 , 表 示 不 相 該 屬 性 取 相 應 值 的 程 度 ； 當 CF為 1， -1或 0時 ,分 別 表 示 完 全 相 信 、 完 全 不 相 信 、 不 能 確 定 該 屬 性 取 相 應 的 值 。 專 家 系 統(tǒng) MYCIN 數(shù) 據(jù) 表 示 例 子 v下 面 給 出 三 個 用 三 元 組 描 述

15、數(shù) 據(jù) 的 例 子 ：對 象 屬 性 值病 人 -1 性 別 (男 1.0)病 人 -1 藥 物 過 敏 (青 霉 素 1.0)(氣 芐 青 霉 素 1.0)病 原 體 -1 鑒 別 名 (鏈 球 菌 0.6)(葡 萄 球 菌 0.4) 專 家 系 統(tǒng) MYCIN 數(shù) 據(jù) 表 示vMYCIN采 用 上 下 文 樹 (Context tree)來 表 示 問 題 ,一 棵 上下 文 樹 構 成 了 對 一 個 病 人 的 完 整 描 述 。 專 家 系 統(tǒng) MYCIN 知 識 表 示vMYCIN的 知 識 庫 主 要 用 于 存 儲 領 域 知 識 ， 同 時 還存 放 了 一 些 靜 態(tài) 知

16、識 （ 參 數(shù) 的 特 性 表 、 清 單 、詞 典 等 ） 。 領 域 知 識 的 表 示 靜 態(tài) 知 識 的 表 示 專 家 系 統(tǒng) MYCIN 知 識 表 示 領 域 知 識 的 表 示 專 家 系 統(tǒng) MYCIN 知 識 表 示 領 域 知 識 的 表 示v領 域 知 識 用 規(guī) 則 表 示 ,其 一 般 形 式 為 ： RULE * * * IF THEN v 1. * * * 是 規(guī) 則 的 編 號 。v 2.前 提 的 一 般 形 式 是 ： ($ AND ) v 3.行 為 部 分 由 行 為 函 數(shù) 表 示 ,MYCIN中 有 三 個 專 門 用 于 表 示 動 作 的 行

17、為 函 數(shù) :CONCLUDE, CONCLIST和 TRANLIST。 其 中 以 CONCLUDE用 得 最多 ， 其 形 式 為 ： ( CONCLUDE C P V TALLY CF) 專 家 系 統(tǒng) MYCIN 知 識 表 示 領 域 知 識 的 表 示 舉 例v 例 如 對 如 下 規(guī) 則 ： RULE 047如 果 ： （ 1） 病 原 體 的 鑒 別 名 不 確 定 ， 且 （ 2） 病 原 體 來 自 血 液 ， 且 （ 3） 病 原 體 的 染 色 是 革 蘭 氏 陰 性 ， 且 （ 4） 病 原 體 的 形 態(tài) 是 桿 狀 的 ， 且 （ 5） 病 原 體 呈 赭 色那

18、么 ： 該 病 原 體 的 鑒 別 名 是 假 單 胞 細 菌 ， 可 信 度 為 0.4。v 它 在 MYCIN中 的 表 示 形 式 是 ：RULE 047PREMISE ( $ AND (NOTDEFINITE CNTXT IDENT)(SAME CNTXT SITE BLOOD) (SAME CNTXT STAIN GRAMNEG)(SAME CNTXT MORPH ROD)(SAME CNTXT BURNT)ACTION (CONCLUDE CNTXT IDENT PSEUDOMONAS TALLY.4)其 中 ， NOTDEFINITE SAME是 MYCIN中 專 門 用 于 表

19、 示 條 件 的 函 數(shù) 專 家 系 統(tǒng) MYCIN 知 識 表 示 靜 態(tài) 知 識 的 表 示 （ 屬 性 特 性 的 表 示 ） 專 家 系 統(tǒng) MYCIN 知 識 表 示 靜 態(tài) 知 識 的 表 示v 從 臨 床 參 數(shù) （ 屬 性 ） 的 角 度 來 看 ， 可 認 為 每 個 臨 床 參 數(shù) 都 具 很 多種 特 性 。 主 要 特 性 有 ：1. MEMBEROF:按 所 描 述 的 對 象 不 同 迸 行 分 類 時 ， 臨 床 參 數(shù) 所 屬 的 類 型 名 ，例 如 :PRO-PTo2. VALUTYPE:臨 床 參 數(shù) 是 單 值 、 二 值 還 是 多 值 。3. EXP

20、ECT:可 問 參 數(shù) 的 許 可 值 。 用 (Y/N)表 示 要 求 回 答 yes/no 4. PROMPT:用 于 向 用 戶 提 問 一 個 單 值 或 二 值 參 數(shù) 的 值 。 5. PROMPT1： 用 于 向 用 戶 提 問 一 個 多 值 參 數(shù) 的 值 。6. LABDATA： 用 于 指 出 相 應 參 數(shù) 的 值 是 否 可 從 用 戶 那 里 獲 得 。 專 家 系 統(tǒng) MYCIN 知 識 表 示 靜 態(tài) 知 識 的 表 示 舉 例v屬 性 的 特 性 都 用 三 元 組 的 形 式 表 示 出 來 存 于 知 識 庫 中v例 如 BURN屬 性 的 屬 性 特 性

21、 表 為 ：對 象 屬 性 值BURN MEMBEROF PRO-PTBURN VALUTYPE BINARYBURN EXPECT (Y/N) BURN PROMPT Is * a burn patient ?BURN LABDATA 1BURN LOOKAHEAD (RULE 047)BURN TRANS (* HAS BEEN SERIOUSLY BURNED) 專 家 系 統(tǒng) MYCIN 推 理 的 控 制 策 略v MYCIN采 用 逆 向 推 理 及 深 度 優(yōu) 先 的 搜 索 策 略 。1. 系 統(tǒng) 首 先 在 數(shù) 據(jù) 庫 中 建 立 一 棵 上 下 文 樹 的 根 節(jié) 點 ,并

22、 為 該 裉 節(jié) 點 指 定一 個 名 字 PATIENT-1 (病 人 -1)， 其 類 型 為 PERSON。2. PERSON的 屬 性 為 (NAME AGE SEX REGIMEN),其 中 前 三 項 都 具 LABDATA特 性 ， 即 可 通 過 向 用 戶 詢 問 得 到 其 值 。 于 是 系 統(tǒng) 向 用 戶 提 出 詢 問 。3. 用 戶 輸 人 病 人 的 姓 名 、 年 齡 及 性 別 ， 并 以 三 元 組 形 式 存 入 數(shù) 據(jù) 中 。 REGIMEN不 是 LABDATA屬 性 ， 必 須 由 系 統(tǒng) 推 出 。 4. 為 了 得 到 REGIMEN,系 統(tǒng) 將

23、 開 始 推 理 過 程 。 推 理 時 首 先 運 用 的 一 條 規(guī) 則是 RULE 092 。 5. 規(guī) 則 092的 前 提 部 分 涉 及 到 臨 床 參 數(shù) TREATFOR， 它 是 一 個 NONLABDATA,因 而 系 統(tǒng) 調 用 TREATFOR的 UPDATEI-BY特 性 所 指 出 的 第 一 條 規(guī) 則 。6. 檢 查 它 的 前 提 是 否 為 真 ， 此 時 如 果 該 前 提 所 涉 及 到 的 值 是 可 向 用 戶 詢問 的 ， 就 直 接 詢 問 用 戶 ,否 則 再 找 出 可 推 出 該 值 的 規(guī) 則 。 如 此 反 復 進行 ， 直 到 最 后

24、 推 出 PATIENT-1的 主 要 臨 床 參 數(shù) REGIMEN為 止 。 專 家 系 統(tǒng) MYCIN 推 理 的 控 制 策 略推 理 中 注 意 的 2個 地 方 ：v在 此 過 程 中 ， 每 當 得 到 一 個 值 時 ,都 要 加 人 到 上 下 文 樹中 。v在 推 理 中 ， 規(guī) 則 前 提 條 件 是 否 成 立 取 決 于 數(shù) 據(jù) 庫 中 是 否已 有 相 應 的 證 據(jù) (來 自 于 用 戶 或 者 是 由 系 統(tǒng) 推 出 的 ） 以及 它 是 否 滿 足 閾 值 條 件 。 CF0.2時 則 調 用 該 規(guī) 則 結 論 中 的 函 數(shù) CF=0.2時 則 放 棄 該 規(guī) 則 專 家 系 統(tǒng) MYCIN 解 釋 功 能vMYCIN具 有 較 強 的 解 釋 功 能 ,能 回 答 咨 詢 過 程 中 用 戶 提 出的 各 種 問 題 ： 用 戶 可 詢 問 系 統(tǒng) ： “ 為 什 么 要 問 病 人 的 性 別 ？ ” 系 統(tǒng) 將 回 答 說 ： “ 性 別 與 確 定 能 否 在 某 一 部 位 找 到 病 原 體 有 關 ”