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9-2 专家系统应用

专家系统应用的领域

最初的专家系统乃人工智能之一个应用,但由于其重要性及相关应用系统之迅速发展,它已是信息系统的一种特定类型。专家系统一词系由“以知识为基础的专家系统(knowledge-based expert system)”而来,此种系统应用计算机中储存的人类知识,解决一般需要用到专家才能处理的问题,它能模仿人类专家解决特定问题时的推理过程,因而可供非专家们用来增进问题解决的能力,同时专家们也可把它视为具备专业知识的助理。由于在人类社会中,专家资源实相当稀少,有了专家系统,则可使此珍贵的专家知识获得普遍的应用。

近年来专家系统技术逐渐成熟,广泛应用在工程、科学、医药、军事、商业等方面,而且成果相当丰硕,甚至在某些应用领域,还超过人类专家的智能与判断。其功能应用领域概括有:

解释(Interpretation)-如测试肺部测试(如PUFF)。

预测(Prediction)-如预测可能由黑蛾所造成的玉米损失(如PLAN)。

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。

故障排除(Fault Isolation)-如电话故障排除系统ACE。

设计(Design)-如专门设计小型马达弹簧与碳刷之专家系统MOTORBRUSHDESIGNER。

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。

监督(Monitoring)-如监督IBM MVS操作系统之YES/MVS。

除错(Debugging)-如侦查学生减法算术错误原因之BUGGY。

修理(Repair)-如修理原油储油槽之专家系统SECOFOR。

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。

教学(Instruction)-如教导使用者学习操作系统之TVC专家系统。

控制(Control)-帮助Digital Corporation计算机制造及分配之控制系统PTRANS。

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。

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。

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。

校准(Targeting)-例如校准武器如何工作

实例

这里,我们以一个简单的“动物识别专家系统”为例,初步认识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。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。

趋势预测

现阶段国内外专家系统应用停留在相对狭义的以规则推理为基础的阶段,应用也更多针对的是实验室研究以及一些轻量级应用,远不能满足大型商业应用的需求,实现对实时智能推理以及大数据处理的需求。

专家系统的发展下一步的将以模型推理为主,以规则推理为辅,并切合商业应用需求,满足对实时以及大数据量处理的需求。

同时专家系统将朝更为专业化方向发展,针对具体方向性的需求提供针对性模型与产品,如基于因果有向图CDG的故障诊断模型,流程处理模型等。

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9-2-2 专家系统学习要点:

 

9-2-2-1 为什么需要专家系统?

 

因为专家系统的具有下属重要特征:

 

最高专业水平:专家系统提供最高水平的专业知识。它提供了效率,准确性和富有想象力的问题解决方案。

 

正确的时间反应:专家系统在非常合理的时间段内与用户进行交互。总时间必须小于专家为同一问题获得最准确解决方案所花费的时间。

 

良好的可靠性:专家系统需要可靠,并且不能犯任何错误。

 

灵活:至关重要的是它保持灵活性,因为它是专家系统所拥有的。

 

有效机制:专家系统必须有一个有效的机制来管理其中现有知识的汇编。

 

能够处理具有挑战性的决策和问题:专家系统能够处理具有挑战性的决策问题并提供解决方案。

 

9-2-2-2 专家系统的组成部分

 

专家系统包括以下给定组件:

 

用户界面

 

  用户界面是专家系统中最重要的部分。此组件以可读形式获取用户的查询,并将其传递给推理引擎。之后,它会向用户显示结果。换句话说,它是一个帮助用户与专家系统通信的界面。

 

  用户界面是专家系统中最关键的部分。该组件以可读的形式获取用户的查询,并将其传递给推理机。之后,它向用户显示结果。换句话说,它是一个帮助用户与专家系统进行通信的界面。

 

推理机

 

  推理机是专家系统的大脑。推理机包含解决特定问题的规则。它是指从知识库中获取的知识。当试图回答用户的查询时,它选择要应用的事实和规则。它为知识库中的信息提供了推理。它也有助于解决问题。这一组成部分也有助于制定结论。

 

知识库

  知识库是事实的储存库。它存储有关问题域的所有知识。它就像一个巨大的知识容器,它是从某一特定领域的不同专家那里获得的。

 

因此,专家系统的成功主要取决于高精度的知识。

 

9-2-2-3  专家系统中使用的其他关键术语

 

事实和规则

  

事实是重要信息的一小部分。事实本身的用处非常有限。这些规则对于选择和应用事实来解决用户问题至关重要。

 

知识获取

 

图9-2-1 知识获取示意图

 

知识获取是指专家系统如何获取所需的领域知识。整个过程首先从人类专家中提取知识,将所获得的知识转化为规则,并将已开发的规则注入知识库。

 

知识提取过程

 

参加者      角色

 

领域专家    他是一个人或团队,他的专业知识和知识用于开发专家系统

知识工程师  知识工程师是将知识集成到计算机系统中的技术人员

最终用户    使用专家系统获取专家无法提供的建议的是一个人或一组人

构建专家系统的过程

 

确定问题的特征

 

知识工程师和领域专家协调一致地定义问题

知识工程师将知识转化为计算机可理解的语言。他设计了一个推理引擎,一个推理结构,可以在需要时使用知识。

知识专家还确定如何在推理过程中整合不确定知识的使用以及哪种解释有用。

 

传统系统与专家系统

 

传统系统    专业系统

知识和处理组合在一个单元中 知识库和处理机制是两个独立的组件

程序不会出错(除非编程错误)   专家系统可能会出错

该系统仅在完全开发后才可运行   专家系统持续优化,可以使用少量规则启动

需要根据固定算法逐步执行   执行是按逻辑和启发式完成的

它需要完整的信息   它可以在足够或不充分的信息下起作用

人类专家与专家系统

人类专家    人工专长

易腐    常驻

很难转移    转让

难以记录    易于记录

不可预知的  一贯

昂贵    经济有效的系统

 

9-2-2-4  专家系统的好处

 

它提高了决策质量

削减咨询专家的费用,以解决问题

它为狭窄的专业领域的问题提供快速有效的解决方案。

它可以收集稀缺的专业知识并有效地使用它。

为重复性问题提供一致的答案

保持重要的信息水平

帮助您获得快速准确的答案

对决策的正确解释

能够解决复杂和具有挑战性的问题

专家系统可以稳定地工作,而不会感到情绪化,紧张或疲劳。

专家系统的局限性

在特殊情况下无法做出创造性的回应

知识库中的错误可能导致错误的决策

专家系统的维护成本太高

每个问题都不同,因此人类专家的解决方案也可能不同且更具创造性

 

9-2-2-5  专家系统的应用

 

专家系统用户的一些流行应用:

 

信息管理

 

医院和医疗设施

帮助办公桌管理

员工绩效评估

贷款分析

病毒检测

适用于维修和保养项目

仓库优化

规划和安排

制造对象的配置

财务决策知识发布

过程监控和控制

监督工厂和控制器的运行

股市交易

航空公司时刻表和货运时间表

 

9-2-2-6 要点总结

 

专家系统是一个交互式可靠的基于计算机的决策系统,它使用事实和启发式方法来解决复杂的决策问题。

 

专家系统的关键组件是1)用户界面,2)推理引擎,3)知识库

 

专家系统开发的主要参与者是1)领域专家2)知识工程师3)最终用户

 

提高决策质量,降低成本,一致性,可靠性,速度是专家系统的关键优势

 

专家系统无法提供创造性的解决方案,维护成本也很高。

 

专家系统可用于广泛的应用,如股票市场,仓库,人力资源等。

 

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