西安电子科技大学：《智能控制原理与应用 Intelligent Control》课程教学资源（讲义）第三章 专家PID系统 Expert System

专家系统 Expert system ES 规则 教师:王晓甜 知识库推理机 xtwang@mailxidian.edu.cn

xtwang@mail.xidian.edu.cn 专家系统 规则 知识库 推理机 Expert System 教师：王晓甜 ES

背景 很多问题不能通过数学描述和计算求解 望闻问切 转炉炼钢 瓷器烧制 医生、工程师、非遗传人领域专家□经验对问题的求解是基于自己 的知识和推理 丰富的经 验知识 推理 结论 实际条件

望闻问切 转炉炼钢 瓷器烧制 很多问题不能通过数学描述和计算求解 医生、工程师、非遗传人 领域专家 经验 对问题的求解是基于自己 的知识和推理 丰富的经 验知识 实际条件 推理 结论 背景

概 念 费根鲍姆 “专家系统是一种智能的计算机程序 其内部含有大量某个领域专家水平的知 识与经验,能够模拟人类专家的思维过 程,求解该领域内需要专家才能解决的 困难问题 专家系统( expert system是人工智能应用研 究最活跃和最广泛的课题之

概念 费根鲍姆 “专家系统是一种智能的计算机程序， 其内部含有大量某个领域专家水平的知 识与经验，能够模拟人类专家的思维过 程，求解该领域内需要专家才能解决的 困难问题。” 专家系统(expert system)是人工智能应用研 究最活跃和最广泛的课题之一

同一般的计算机应用系统(如数值计算、数据处理系统等)相 比,专家系统具有下列特点 (1)从处理的问题性质看,专家系统善于解决那些不确定性的 非结构化的、没有算法解或虽有算法解但在现有的机器上无法实 施的困难问题。 (2)从处理问题的方法看,专家系统则是靠知识和推理来解决 问题(不像传统软件系统使用固定的算法来解决问题),所以, 专家系统是基于知识的智能问题求解系统

同一般的计算机应用系统（如数值计算、数据处理系统等）相 比，专家系统具有下列特点： (1) 从处理的问题性质看，专家系统善于解决那些不确定性的、 非结构化的、没有算法解或虽有算法解但在现有的机器上无法实 施的困难问题。 (2) 从处理问题的方法看，专家系统则是靠知识和推理来解决 问题（不像传统软件系统使用固定的算法来解决问题），所以， 专家系统是基于知识的智能问题求解系统

产生和发展 第一阶段(60年代末-70年代初) ¤第一个里程碑:斯坦福大学费根鲍姆等人于1968年研制成功 的 DENDRAL一一分析化合物分子结构的专家系统分析 利用质谱和核磁共振等化学实验数据推断出未知化合物的可能 分子结构 a MYCSYMA系统是由麻省理工学院(MIT)于1971年开发成功并 投入应用的专家系统,它能够求解各种数学问题 特点 高度的专业化,专门问题求解能力强 结构、功能不完整,移植性差,缺乏解释功能

产生和发展  第一阶段（60年代末—70年代初）  第一个里程碑：斯坦福大学费根鲍姆等人于1968年研制成功 的DENDRAL——分析化合物分子结构的专家系统分析  利用质谱和核磁共振等化学实验数据推断出未知化合物的可能 分子结构  MYCSYMA系统是由麻省理工学院（MIT）于1971年开发成功并 投入应用的专家系统，它能够求解各种数学问题  特点  高度的专业化，专门问题求解能力强  结构、功能不完整，移植性差，缺乏解释功能

产生和发展 第二阶段(70年代中一80年代初) 口 MYCIN是由美国斯坦福大学研制的用于细菌感染性疾病的诊断和 治疗的专家系统 提出知识库概念;引入可信度方法;推理解释;英语交互 aPR0 SPECT0R是由美国斯坦福研究所开发的一个探矿专家系统 首次实地分析华盛顿州某山区一带的地质资料,发现了一个钼矿床 第一个有明显经济效益的ES CASNET是一个几乎与 MYCIN同时开发的专家系统,由拉特格尔 ( Rutger)大学开发,用于青光眼诊断与治疗 口AM系统是由斯坦福大学于1981年研制成功的专家系统 模拟人类进行概括、抽象和归纳推理,发现某些数论的概念和定理

产生和发展  第二阶段（70年代中—80年代初）  MYCIN是由美国斯坦福大学研制的用于细菌感染性疾病的诊断和 治疗的专家系统  提出知识库概念；引入可信度方法；推理解释；英语交互  PROSPECTOR是由美国斯坦福研究所开发的一个探矿专家系统  首次实地分析华盛顿州某山区一带的地质资料，发现了一个钼矿床  第一个有明显经济效益的ES  CASNET是一个几乎与MYCIN同时开发的专家系统，由拉特格尔 （Rutger）大学开发，用于青光眼诊断与治疗  AM系统是由斯坦福大学于1981年研制成功的专家系统  模拟人类进行概括、抽象和归纳推理，发现某些数论的概念和定理

产生和发展 ■第三阶段(80年代以来) 口DEC公司与卡内基-梅隆大学合作开发了专家系统 XCON ■为VAX计算机系统制订硬件配置方案,节约资金近1亿美元 口专家系统开发工具的出现,它在许多领域简化了专 家系统的构造 如骨架系统 EMYCIN、KAS、 EXPERT,通用知识工程语言 OPS5、RLL,模块式专家系统工具AGE等

产生和发展  第三阶段（80年代以来）  DEC公司与卡内基-梅隆大学合作开发了专家系统 XCON  为VAX计算机系统制订硬件配置方案，节约资金近1亿美元  专家系统开发工具的出现，它在许多领域简化了专 家系统的构造  如骨架系统EMYCIN、KAS、EXPERT，通用知识工程语言 OPS5、RLL，模块式专家系统工具AGE等

我国研制开发的专家系统: 施肥专家系统(中国科学院合肥智能机械研究所) 新构造找水专家系统(南京大学) ·勘探专家系统及油气资源评价专家系统(吉林大学) 服装剪裁专家系统及花布图案设计专家系统(浙江大学) 关幼波肝病诊断专家系统(北京中医学院)

我国研制开发的专家系统： 施肥专家系统（中国科学院合肥智能机械研究所） 新构造找水专家系统（南京大学） 勘探专家系统及油气资源评价专家系统（吉林大学） 服装剪裁专家系统及花布图案设计专家系统（浙江大学） 关幼波肝病诊断专家系统（北京中医学院）

专家系统种类 解决的问题 解释 根据感知数据推理情况描述 图像分析、化学结构分析 诊断 根据观察结果推断系统是否有故障故障诊断系统及医疗诊断系统 预测 推导给定情况可能产生的后果 天气预报、军事预测 设计 根据给定要求进行相应的设计 电路板线路设计 规划 设计动作 交通导航调度 控制 控制整个系统的行为 PID控制、机器人、生产、质量 监督 比较观察结果和期望结果 害虫监控 修理 执行计划来实现规定的补救措施 家电维修 教学 诊断、调整、修改学生行为 调试 建议故障的补救措施

专家系统种类 解决的问题 解 释 根据感知数据推理情况描述 诊 断 根据观察结果推断系统是否有故障 预 测 推导给定情况可能产生的后果 设 计 根据给定要求进行相应的设计 规 划 设计动作 控 制 控制整个系统的行为 监 督 比较观察结果和期望结果 修 理 执行计划来实现规定的补救措施 教 学 诊断、调整、修改学生行为 调 试 建议故障的补救措施 图像分析、化学结构分析 故障诊断系统及医疗诊断系统 天气预报、军事预测 电路板线路设计 交通导航调度 PID控制、机器人、生产、质量 害虫监控 家电维修

专家系统的特征 ■具有专家水平的知识:必须表现专家的技能和高度的技巧以及足够的鲁棒性。 系统的鲁棒性是指不管数据正确与否,都能够得到正确的结论或者指岀错误。 ■能进行有效的推理:能够运用专家的经验和知识进行搜索、推理 ■具有透明性:在推理时,不仅能够得到答案,而且还能给出推理的依据 ■具有灵活性:知识的更新和扩充灵活方便 ■复杂性:人类的知识可以定性或定量的表示,专家系统经常表现为定性推理 和定量计算的混合形式,比较复杂

专家系统的特征  具有专家水平的知识：必须表现专家的技能和高度的技巧以及足够的鲁棒性。 系统的鲁棒性是指不管数据正确与否，都能够得到正确的结论或者指出错误。 能进行有效的推理：能够运用专家的经验和知识进行搜索、推理。 具有透明性：在推理时，不仅能够得到答案，而且还能给出推理的依据 具有灵活性：知识的更新和扩充灵活方便 复杂性：人类的知识可以定性或定量的表示，专家系统经常表现为定性推理 和定量计算的混合形式，比较复杂