人工智能之基于知识的系统

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1、,,,,,,,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,,,*,第四章 基于知识的系统,4.1 KB系统的开发,4.2 设计基于产生式表示的KB系统开发工具,4.3 专家系统实例——MYCIN,4.4 问题求解的结构化组织,本章小结,,,,4.1 KB系,统,统的开发,KB系统是基于知识的问题求解系统，,当,当其表现出专家,级,级问题求解能力,时,时称为专家系统。,KB系统的研究,起,起始于20世纪60年代中期。,通用问题求解方,法,法的一味追求导,致,致了人工智能的,研,研究陷入黑暗摸,索,索期！,,,1.KB系统的,一,一般概念,KB系统的特点,具

2、有求解问题所,需,需的专门知识,基本原理和常识,领域专家经验知,识,识,具有使用专门知,识,识的符号推理能,力,力,KB系统的组成,KB系统的基本,结,结构可视为由三,个,个部分组成：知识库、推理机,和,和用户界面,,,,,KB系统执行的,一,一些常见问题求,解,解任务：,1) 解释,2) 诊断,3) 监控,4) 预测,5) 规划,6) 设计,,,推理解释,解释问题求解过,程,程及结果的合理,性,性是KB系统应,具,具备的能力。,简单的解释方式,：,：规则追踪就是把问题求解,过,过程中激活使用,的,的规则按激活的,次,次序显示给用户,。,。,高级的解释方式,：,：按领域基本原,理,理和常识重构

3、解答。,,,KB系统的评价,KB系统有多个,方,方面的评价，其,中,中有三个最重要,：,：,计算、感观和性,能,能,对MYCIN性,能,能的评价,评价方式：,首先由KB系统,的,的设计者用各种,可,可能的实验测试,，,，确保无误后再,交,交给用户；,用户以大量实际,案,案例运行KB系,统,统，并与原有方,式,式执行的结果相,比,比较；,一旦发现错误就,立,立即作修改，直,到,到用户信服KB,系,系统的有效性，,然,然后才正式投入,应,应用。,对于任何类型的,错,错误，其容许出,现,现的程度必须通,过,过权衡错误导致,的,的损失和正确解,答,答带来的利益来,决,决定。,,,2. KB系统,的,的

4、体系结构原则,本节内容面向研,究,究生，可以不看,了,了,,,,3. KB系统,的,的开发过程,知识获取：就是把用于问题,求,求解的专门知识,从,从某些知识源提,炼,炼出来，转化为,推,推理机使用形式,的,的过程。,潜在的知识源包括领域专家、,书,书本、数据库以,及,及普通人的经验,。,。,目前，知识获取,的,的主要方式：以,知,知识工程师作为,中,中间人从领域专,家,家处获取专门知,识,识。,为实现知识获取,的,的自动化，就要,努,努力取消知识工程师,的,的中介作用，让一个智能的,知,知识获取界面直,接,接与领域专家对,话,话。,,,领域专家,知识工程师,知识获取界面,,推理机,知识库,手

5、工知识获取过,程,程,KB系统,,,领域专家,智能的,知识获取界面,,推理机,知识库,KB系统,知识获取的自动,化,化,,,通过知识工程师,来,来开发KB系统,可,可归纳为五个阶,段,段。,识别阶段，知识工程师和,领,领域专家一起判,别,别问题的类型和,特,特征。,概念化阶段，阐明重要的概,念,念、关系和信息,流,流特征，并用以,描,描述问题求解的,概,概念模型，包括,问,问题求解方法、,推,推理控制要求和,约,约束条件。,形式化阶段，决定知识表示,形,形式和推理机制,。,。,实现阶段，以概念模型作,为,为语义框架获取,问,问题求解所需的,详,详细知识，以形,式,式化阶段决定的,知,知识表示语

6、言编,写,写并存放进知识,库,库。新建立的知,识,识库和推理机一,起,起构成KB系统,的,的第一个原型。,测试阶段，通过各种测试,手,手段评价原型系,统,统的性能。,,,认识问题,的特征,找出表达,知识的概念,设计组织,知识的原则,形成概括,知识的规则,验证组织,知识的原则,必要条件,概念,结构,规则,重新描述,重新设计,重新完善,KB系统的开发,步,步骤,识别,概念化,形式化,实现,测试,,,4. KB系统,的,的开发工具和环,境,境,开发工具和环境,可,可以分为三类：,外,外壳(骨架系统)、表示语言、,开,开发工具箱(开,发,发环境)。,外壳：给知识工程师提,供,供现成的实现KB系统的骨架

7、，,只,只要按骨架规定,的,的表示方式编写,专,专门知识，就可,形,形成应用领域的KB系统。,表示语言类工具,：,：为知识工程师提,供,供面向知识处理,的,的高级编程语言,。,。典型：OPS5,开发工具箱(或称开发环境)：为KB系统,的,的生命周期中各,个,个阶段提供工具,，,，甚至可以提供,多,多种外壳和表示,语,语言，以及综合,它,它们建立复杂KB系统的手段。,典,典型：KEE(Knowledge EngineeringEnvironment),任务特征与外壳,不,不匹配时不行！,编程语言不能直,接,接描述控制结构,！,！,,,4.2 设计基,于,于产生式表示的KB系统开发,工,工具,最

8、著名的基于产,生,生式表示的KB,系,系统开发工具就,是,是产生式系统语,言,言OPS5。,OPS5采用条,件,件-动作型产生,式,式规则，只允许,正,正向推理，规则,的,的右部可以是任,何,何操作函数的序,列,列。,下面介绍一个命,名,名为Xps的实验型产生式,系,系统，它模拟了OPS5的实现,。,。,,,4.2.1 总,体,体设计,产生式系统由三,个,个部分组成：规则库、综合数据库和控制系统。,1. 规则的表,示,示, :={},*,,{},+,可以用规则定义,函,函数Define-Rule定义一条新规,则,则，并将其置,于,于规则库。例,如,如： (Define-RuleEat

9、,,  (Hungry ?Person) (Edible ?Food),,　  (Write'(?Personeats the?Food)) ),,,2. 综合数,据,据库的表示,综合数据库的,内,内容表示为以,列,列表形式描述,的,的谓词公式。,可以用存储函,数,数DB-Store将它们,插,插进综合数据,库,库。,例如，在初始,化,化有关饮食问,题,题的综合数据,库,库时，若执行,：,：(DB-Store '(Hungry Peter))(DB-Store '(Hungry Paul))(DB-Store '(Edible Hot-Dog))(D

10、B-Store '(Edible Turkey-Leg))(DB-Store '(Edible Muffin))则综合数据库,的,的初始内容就,由,由这5个事实,元,元素构成，且,每,每个元素附加,一,一个时间标签,以,以指示它们进,入,入综合数据库,的,的先后顺序.,时间标签按事,实,实元素进入综,合,合数据库的顺,序,序，从1开始,，,，依次加1。,,,3. 控制系,统,统,控制机制采用,前,前述的识别-行动循环控制流。,在每个识别-,行,行动循环的识,别,别阶段均有可,能,能激活多条规,则,则，且每条激,活,活的规则可有,多,多个激活例，,这,这些规则激活,例,例构成了所谓冲突集

11、。,例如上述有关,饮,饮食问题的规,则,则就存在多个,满,满足综合数据,库,库的激活例，,并,并由此建立了,以,以下冲突集：,规,规则名 激,活,活例序号 ,,变量置换,,,时,时间标签表,,Eat ,,1 {Peter/Person,Hot-Dog/Food}(1 3),,Eat,,2 {Peter/Person, Turkey-Leg/Food}(1 4)Eat 3 {Peter/Person,Muffin/Food},,(1 5)Eat,,4 {Paul/Person, Hot-Dog/Food} (23)

12、Eat 5,,{Paul/Person, Turkey-Leg/Food}(2 4),,Eat ,,6 {Paul/Person,Muffin/Food},,(2 5),其,其中，,时,时间标签表记,载,载了与规则条,件,件部分匹配模,式,式匹配的事实,元,元素的时间标,签,签。,,,Xps采用的,冲,冲突解法是：,新,新近和特殊的,规,规则激活例优,先,先选用。,冲突集可以有,三,三种情况：,空集：则系统,无,无法继续推理,过,过程，失败结,束,束；,单一规则激活,例,例：直接执行,该,该激活例；,多个规则激活,例,例：执行冲突,解,解法。,,,冲突解法分三,

13、个,个步骤，分别,由,由三个筛选器,执,执行：,（1）折射（Refraction）筛,选,选,将已使用过，,又,又再一次激活,的,的规则例删除,，,，不让其进入,冲,冲突集。,规则激活例中,记,记载的时间标,签,签表，使得检,查,查规则例是否,重,重复激活成为,可,可能。,（2）新近性,（,（Recency）筛选,优先选用能与最新近进入综合数据,库,库的事实元素,相,相匹配的规则,激,激活例。,由于规则条件,部,部分往往有多,个,个匹配模式，,所,所以必须综合,评,评价它们的新,近,近性。,可基于时间标,签,签表加以评价,，,，该方法如下,：,：首先将各规,则,则激活例的时,间,间标签表按数,

14、字,字从大到小排,列,列其包含标签,的,的顺序（并删,除,除重复的标签,）,），然后再依,次,次比较经排序,后,后的时间标签,表,表的相应元素,，,，就可鉴别出,新,新近性的不同,。,。,,,例如，有以下,各,各时间标签表,：,：（1 103）（3 10 1）（9 1 3,）,）（8 69 7）（10 3）（31 2 9,）,）（3 1 10 1）,则先对各时间,标,标签表进行排,序,序得：（10 3 1,）,）（10 31）（93 1）（98 7 6,）,）（103）（9 32 1）（10 3 1,）,）,按新近性原则,，,，相应于时间,标,标签表,（,（1 103）（3 10 1）

15、（31 101）的规则,激,激活例新近性,最,最好。,,,（3）特殊性,（,（Specificity,）,）筛选,特殊性意指规,则,则的条件部分,具,具有更多的匹,配,配模式。,显然，特殊性,高,高的规则难以,激,激活，所以一,旦,旦激活，并通,过,过了新近性筛,选,选，就应优先,选,选用这种规则,的,的激活例。,对于上例新近,性,性筛选留下的,三,三个规则激活,例,例，按特殊性,原,原则，就应选,用,用对应于时间,标,标签表（31 10 1,）,）的那个。,若经由上述三,个,个步骤的筛选,后,后仍留下多于,一,一个的规则激,活,活例，则从中随机选用一个。,,,练习,P190、二,、,、4,

16、设在Xps运,行,行的某个识别-行动循环激,活,活了6条规则,例,例，它们的时,间,间标签表依次,分,分别为：,（1 3 5,）,） （7 60） （76 6 0,）,） （5 68） （56 2）（0 3 7）,已,已知第1、4规则激活例,已,已执行过，问,此,此循环应选用,哪,哪条规则激活,例,例加以执行？,,,4.2.2Xps的实现,实现Xps的,程,程序设计分三,个,个部分进行：,规,规则库管理、,综,综合数据库管,理,理和推理引擎,。,。,1、规则库管,理,理,规则库设计为,一,一个散列表，,用,用前述函数Define-Rule定义,产,产生式规则。,为提高使用效,率,率，规则转变,

17、为,为内部形式的,数,数据结构存放,，,，包括5个数,据,据场：规则名、匹配模式列表、模式变量表、操作函数列表和时间标签表集,合,合。,时间标签表集,合,合存放已被执,行,行过的该规则,激,激活例的时间,标,标签表，以备,检,检查。,,,2、综合数据,库,库管理,综合数据库设,计,计为树状层次,索,索引网。,可按事实元素,列,列表中的元素,次,次序逐层建立,事,事实元素的索,引,引，并将事实元素置,于,于索引路径的,末,末端。,面向综合数据,库,库的管理操作,包,包括PS-Store、PS-Erase和PS-Fetch，分,别,别实现事实元,素,素的插入、删,除,除和取用,。,,,3、推理引擎

18、,,推理引擎也称,为,为解释器，其,主,主要工作就是,对,对规则库中的,规,规则进行解释,性,性执行。基本,的,的控制流是识别-行动循环。,1）建立冲,突,突集,每当一个规则,条,条件部分的所,有,有匹配模式都,找,找到匹配的事,实,实元素时，就,建,建立该规则的,一,一个激活例，,记,记载模式变量,束,束缚值和时间,标,标签表。,随即检查该标,签,签表是否出现,于,于该规则的标,签,签表集合中，,若,若出现，则该,激,激活例已使用,过,过，不再进入,冲,冲突集，否则,加,加进冲突集。,2）解决冲突,由于"折射",筛,筛选步已在建,立,立冲突集的过,程,程中完成，解,决,决冲突实际上,就

19、,就是进行后二,步,步：新近性筛,选,选和特殊性筛,选,选，若筛选后,冲,冲突集中还剩,余,余多个规则激,活,活例，就随机,取,取一个。,,,3）执行选用,的,的规则例首先把该,规,规则激活例的,时,时间标签表加,进,进相应规则内,部,部结构的时间,标,标签表集合；,然,然后将模式变,量,量的束缚值取,出,出，作为参数,调,调用规则右部,的,的操作函数加,以,以执行。,为增加产生式,规,规则的表示功,能,能，Xps允,许,许在规则的条,件,件部分应用特,殊,殊谓词Assign，连词AND和NOT，关系表达,式,式（以前缀方,式,式表示）和任,何,何真值函数（,以,以$符号作为,函,函数名前

20、缀）,。,。,,,应用Assign谓词的表达式,形,形如：,,（Assign <模式,变,变量> <匹,配,配模式>）,,用于提高,规,规则表示的便,易,易性。其用法,通,通过下面例子,加,加以说明：,,（Define-RuleFill-Big-Box,,(Assign?A（On ?XTable,）,）),,(Color ?X Green),,,,(PS-Store '(In ?X Big-Box)),,(Write '(?X is now inthe big box)),,(PS-Er

21、ase?A)),,这里谓词Assign,,仅,仅指示将与匹,配,配模式匹配的,事,事实元素作为,模,模式变量?A,的,的束缚值。,需做匹配检查,已经是束缚值,了,了！,,,连词AND的应用使多个,匹,匹配模式联合,作,作为单一的匹,配,配模式。,例如某规则条,件,件部分形如：(P ?X ?Y)(AND(Q ?X?Y)(W?Y ?Z)),相当于该规则,只,只有2个匹配,模,模式，规则激,活,活例的时间标,签,签表也只包含2个时间标签,。,。,连词AND辖,域,域内的匹配模,式,式仍分别作匹,配,配检查，只是,仅,仅将匹配的事,实,实元素中最大,的,的时间标签作,为,为整个AND,匹,匹配

22、模式的时,间,间标签。,,,连词NOT的应用引入了,否,否定的匹配模,式,式。,例如：,,(NOT(P ?X?Y)),只有（P ?X ?Y）不,能,能满足的情况,下,下，NOT匹,配,配模式才满足,。,。,显然,相应于,满,满足的NOT,匹,匹配模式，不,可,可能取得时间,标,标签；但为了,表,表示因NOT,匹,匹配模式的引,入,入增加了规则,的,的特殊性，可,产,产生一个以数,字,字“0”指示,的,的空时间标签,。,。,例如时间标签,（,（9 0 3,）,）就意指条件,部,部分第2个匹,配,配模式是NOT匹配模式。,关系表达,式,式和真值函数,不,不需要在综合,数,数据库中进行

23、,匹,匹配检查，而,是,是依据关系符,的,的语义或真值,函,函数的执行来,确,确定真值（T,或,或F）。因此,，,，同样不可能,取,取得时间标签,，,，可相应地引,入,入空时间标签,。,。,,,上周回顾,知识表示的实,用,用化问题,程序性知识,陈述性知识,本体表示语言,的,的研究,XML,DTD,RDF,KB系统特点,、,、组成、评价,、,、开发,实验型产生式,系,系统XPs的,设,设计和实现,,,4.2.3,应,应用实例——,家,家族树,下面通过一个,关,关于家族树应,用,用简例 ，观,察,察基于产生式,表,表示的KB系,统,统设计和问题,求,求解流程。,问题求解任务,是,是查询某人的,祖,

24、祖先，可以设,计,计5条产生式,规,规则加以表示,。,。,该KB系统启,动,动后首先初始,化,化综合数据库,：,：用PS-Store插入,标,标记（Load-Signal）作为第1个事实元素,。,。,,,1）(Define-RuleLoad-Data　　　(Assign?A (Load-Signal)),,(PS-Erase ?A)(PS-Store '(Parents Penelope JessicaJeremy)),,(PS-Store'(Parents JessicaMary-Elizabeth Homer)),,(PS-Store'(Par

25、ents JeremyJennySteven)),,(PS-Store '(Parents Steven Loree Nil)),,(PS-Store'(Parents Loree Nil Jason)),,(PS-Store'(Parents Homer Stephanie Nil))(PS-Store '(Start-Singal))),2）(Define-RuleStart-Example　　　(Assign?A (Start-Signal)),,,,(PS-Erase ?A)(Write'(Name of Person

26、:)),(Read?Input)(PS-Store '(Request Ancestors?Input))),插入事实元素,请求输入姓名,,,,3）(Define-RuleFind-Ancestors(RequestAncestors ?Name),,(NOT (Equal ?Name Nil)),,(Parents ?Name ?Mother?Father),,(PS-Store '(Request Ancestors?Mother))),,(PS-Store'(Request Ancestors ?Father))),4）(Def

27、ine-RulePrint-Ancestor(Assign?Request1 (RequestAncestors ?Name)),,(NOT (=?NameNil)),,,,(Write'(?Name isan ancestor))(PS-Erase Request1),5）(Define-RuleStop-Finding-Ancestors(RequestAncestors ?Name),,(NOT (=?NameNil)),,(NOT (AND (Request Ancestors ?X),(NOT(=?XNil)),,

28、(NOT(=?X?Name)))),,,,,,(Write'(Nomoreancestors)),,,(Halt)),查询,父,父亲,母,母亲,打印,祖,祖先,名,名,无其,他,他祖,先,先！,,,(Load-Signal),(ParentsPenelopeJessicaJeremy),(ParentsJessicaMary-ElizabethHomer),(ParentsJeremyJennySteven),(ParentsStevenLoreeNil),(ParentsLoreeNilJason),(ParentsHomerStephanieNil),(Start-Si

29、ngal),(RequestAncestorsPenelope),(RequestAncestorsJessica),(RequestAncestorsJeremy),(RequestAncestorsJenny),(RequestAncestorsSteven),(RequestAncestorsLoree),(RequestAncestorsJason),(RequestAncestorsMary-Elizabeth),(RequestAncestorsHomer),(RequestAncestorsStephanie),,,,4.2.4,性,性能,改,改进,缺点,：,：从上,例,例可,看

30、,看出,，,，Xps,求,求解,过,过程,中,中重,复,复地,产,产生,冲,冲突,集,集。,每个,识,识别-行,动,动循,环,环都,重,重新,生,生成,一,一个,冲,冲突,集,集，,但,但系,统,统只,从,从中,选,选一,个,个规,则,则激,活,活例,执,执行,，,，其,余,余规,则,则激,活,活例,全,全部,抛,抛弃,。,。,实用,上,上，,相,相邻,二,二个,循,循环,之,之间,综,综合,数,数据,库,库的,内,内容,往,往往,变,变化,很,很小,，,，造,成,成许,多,多同,样,样的,匹,匹配,检,检查,工,工作,重,重复,地,地进,行,行，,浪,浪费,时,时间,，,，降,低,低问,题,

31、题求,解,解效,率,率。,改进,：,：Xps应,设,设计,成,成不,是,是每,个,个循,环,环重,新,新生,成,成一,个,个冲,突,突集,，,，而,是,是始,终,终保,持,持一,个,个全局冲突,集,集。,一旦初始,冲,冲突集生,成,成，在以,后,后的识别-行动循,环,环中只需,依,依据综合,数,数据库的,增,增删变化,，,，加新的,规,规则激活,例,例到冲突,集,集，删去,条,条件部分,变,变得不满,足,足的规则,激,激活例。,,,对Xps,作,作以下改,进,进：,（1）将,规,规则条件,部,部分的匹,配,配模式置,于,于另一树,状,状层次索,引,引网，并,记,记载匹配,模,模式在规,则,则条

32、件部,分,分中的排,列,列次序和,模,模式变量,束,束缚值。,用,用增删的,事,事实去匹,配,配规则。,（2）记,载,载规则的,部,部分满足,状,状态。,（3）处,理,理否定的,匹,匹配模式,。,。,Xps的,主,主要功能,与,与OPS5相当，,推,推理控制,机,机制也相,同,同；主要,区,区别在于,知,知识表示,形,形式和内,部,部存储方,式,式。,,,4.2.5 开发,工,工具OPS5,OPS5,开,开发于70年代后,期,期，属表,示,示语言型,专,专家系统,开,开发工具,。,。,能提供比,骨,骨架型工,具,具更为通,用,用的推理,控,控制机制,和,和知识表,示,示语言去,适,适应于较,宽

33、,宽范围的,应,应用领域,，,，尤其是,专,专家系统,开,开发者可,以,以通过OPS5的,表,表示语言,去,去设计特,别,别的控制,要,要求。,Xps较,好,好地模仿,了,了OPS5的实现,，,，主要差,别,别在下面,三,三个方面,。,。,,,,1）对象,表,表示,Xps用,一,一组相互,独,独立的事,实,实元素来,描,描述一个,对,对象，而OPS5,则,则用对象,子,子句集描,述,述一个对,象,象，形如,：,：,,（<对,象,象> {^ <,属,属性>},+,）,例如Xps用一组,事,事实元素,来,来描述某,个,个人Penelope：,,(Parents Penelope

34、JessicaJeremy）,,(AgePenelope20),,(SexPenelope Female)而在OPS5,中,中则紧凑,地,地表示为,：,：(Person^Name Penelope ^Age20 ^SexFemale ^ParentsJessicaJeremy),指示属性,名,名,,,2) 对,象,象的存储,形,形式,Xps以,树,树状层次,索,索引网存,储,储事实元,素,素，OPS5则为,每,每类对象,定,定义一个,类,类（Class）,结,结构，使,类,类的每个,实,实例（即,对,对象）具,有,有固定数,量,量的属性,和,和固定的,属,属性名。OPS

35、5,以,以LITERALIZE格,式,式定义类,。,。,例如类Person定义为,：,：,（,（LITERALIZEPerson NameAgeSexParents）,类定义允,许,许最后一,个,个属性取,多,多值，这,种,种属性称,为,为向量属,性,性。,,,3）规则,条,条件,规则条件,部,部分匹配,模,模式中的,模,模式变量,常,常会受到,一,一些值束,缚,缚限制，,例,例如要求,模,模式变量?X非空,。,。Xps,以,以插入规,则,则条件部,分,分的（NOT (EQUAL ?XNIL)）来表,示,示；,OPS5,中,中规则前,提,提部分的,模,模式则以,带,带变量的,类,类实例（,对,

36、对象）来,实,实现更为,方,方便和紧,凑,凑的表示,。,。就以前,述,述家族树,最,最后一条,规,规则的条,件,件部分为,例,例，OPS5将其,表,表示为：,,,（Request^Type Ancestors^Target{NIL},）,）-( Request ^TypeAncestors ^Target { NIL}),,,OPS5,（,（和Xps）的一,个,个不同于,骨,骨架型工,具,具的重要,特,特点是允,许,许专家系,统,统开发者,定,定制特别,的,的控制要,求,求。定制,建,建立在二,个,个重要概,念,念的基础,上,上：目标模式和控制元素。,OPS5,提,提供的这,种,种推理

37、控,制,制的定制,能,能力既是,优,优点也是,缺,缺点。,优点体现,在,在能够定,制,制控制要,求,求以适应,于,于问题特,征,征和更有,效,效地求解,问,问题，也,有,有利于知,识,识库维护,；,；,缺点体现,在,在要求专,家,家系统开,发,发者具有,一,一定的技,术,术水平，,无,无经验的,开,开发者会,感,感觉到难,以,以使用。,,,4.3,专,专家系统,实,实例——MYCIN,MYCIN是一个,通,通过提供,咨,咨询服务,来,来帮助普,通,通内科医,生,生诊治细,菌,菌感染性,疾,疾病的专,家,家系统，,其,其于1972年开,始,始研制，74年基,本,本完成，,并,并投入实,际,际应用

38、。,围绕着MYCIN,的,的各种研,究,究工作一,直,直延续了10年，,对,对于推动,知,知识工程,以,以及专家,系,系统学科,的,的建立和,发,发展具有,重,重要影响,。,。,,,知识表示,方,方式：,MYCIN也设计,为,为典型的,产,产生式系,统,统，由规,则,则库、综,合,合数据库,和,和控制系,统,统三个部,分,分组成；,只,只是基于,规,规则的推,理,理采用逆向方式。,从KB系,统,统的组成,来,来看，规,则,则库就是MYCIN的知识库，综合数,据,据库和控,制,制系统联,合,合形成推理机。由于当,时,时尚未出,现,现视窗技,术,术，用户界面只提供基,于,于文本(text)的问答,

39、过,过程和结,果,果显示。,,,4.3.1 知识,库,库的构造,MYCIN的知识,库,库以前提-动作型,产,产生式规,则,则来表示,。,。,:=RULE<规则,号,号>,,PREMISE ($AND{},+,),,ACTION{},+,:=<简单条,件,件> |,（,（$OR{<简,单,单条件>},+,）。,常用函数,：,：,(SAME ),(CONCLUDE <对,象,象> <,属,属性>TALLY <结,论,论CF>),可信度，[-1,+1],关联三元,组,组,,,MYCIN系统建,立,立的初期,就,就以上述,格,格式表示,和,和收集了200多,条,条规则于,知,知

40、识库，,其,其中047号规则,表,表示如下,：,：,RULE047PREMISE($AND (SAMECNTXTSITEBLOOD),,,,(NOTDEFINITECNTXT IDENT),,,,(SAMECNTXTSTAIN GRAMNEG),,,,(SAMECNTXTMORPH ROD),,,,(SAMECNTXTBURNT))ACTION(CONCLUDECNTXTIDENT PSEUDOMONAS TALLY0.4),规则047如,果,果：1）,培,培养物取,自,自血液，,且,且2）病,原,原体的

41、身,份,份未鉴别,，,，且,,3,）,）病原体,的,的染色是,革,革兰氏阴,性,性，且4）病,原,原体的形,态,态为杆状,，,，且,,5,）,）病人被,烧,烧伤；,,那么：,该,该病原体,的,的身份应,鉴,鉴别为假,单,单胞细菌,，,，且可信,度,度为0.4。,需考察的,对,对象（上,下,下文）,,,4.3.2,推理机的,设,设计,整个推理,过,过程通过,称,称为目标,规,规则的092号规,则,则来启动,。,。规则092如果：1）存在,一,一种病原,体,体需要治,疗,疗，且,,2）可能,存,存在其它,需,需要治疗,的,的病原体,，,，尽管它,们,们尚未从

42、,目,目前的培,养,养物中分,离,离出来；,,那么：1）依,据,据病原,体,体对药,物,物的敏,感,感情况,，,，制定,能,能有效,抑,抑制这,些,些病原,体,体的治,疗,疗方案,（,（可以,有,有多个,）,），且,,,,2,）,）从中,制,制定最,佳,佳的综,合,合治疗,方,方案；,,否则：病人不,必,必治疗,。,。,,,1、诊,断,断的推,理,理控制,采用逆,向,向推理,和,和深度,优,优先的,搜,搜索策,略,略。,步骤：,在综合,数,数据库,（,（MYCIN,称,称为动,态,态数据,库,库）中,建,建立上,下,下文对,象,象：病,人,人-1,（,（patient-1）

43、，,作为一,棵,棵上下,文,文树的,根,根节点,。,。,以建立,病,病人的,治,治疗方,案,案(REGIMEN)为目,标,标，激,活,活上述,规,规则092。,规则链,的,的形成,导,导致推,理,理树（,或,或称目,标,标树）,的,的建立,。,。,,,由于导,出,出相同,结,结论的,规,规则（,如,如090和149）,相,相互独,立,立地支,持,持结论,的,的成立,（,（有",或,或"关,系,系），,而,而规则,前,前提包,含,含的条,件,件又有"与",关,关系，,所,所以推,理,理树成,为,为与或树。,,,,MYCIN系,统,统通过,两,两个相,互,互调用,的,的程序MONITOR和FIND

44、OUT,去,去推进,整,整个推,理,理（咨,询,询）过,程,程。,MONITOR分析,相,相关的,规,规则能,否,否激活,；,；,FINDOUT则搜,索,索规则,激,激活所,需,需的数,据,据（属,性,性值及,其,其CF,）,）。,MYCIN将,规,规则按,上,上下文,对,对象分,类,类，使,得,得每次,对,对于一,个,个目标,作,作推理,时,时，只,需,需考虑,该,该目标,涉,涉及的,那,那个上,下,下文对,象,象相关,的,的规则,，,，从而,大,大幅度,提,提高了,推,推理的,效,效率。,,,,,FINDOUT的程,序,序流程,,,2、不,确,确定推,理,理,鉴于推,理,理过程,生,生成了

45、,与,与或推,理,理树，MYCIN的,不,不确定,推,推理既,要,要处理CF沿,推,推理链,的,的传递,，,，又要,处,处理CF的与,或,或组合,。,。,,,,3、治,疗,疗选择,机,机制,所谓治,疗,疗方案,，,，就是,依,依据推,断,断出的,可,可能病,菌,菌（病,原,原体）,选,选用适,当,当的治,疗,疗药物,。,。,知识库,中,中已包,含,含一组,治,治疗规,则,则，每,条,条规则,为,为一种,病,病菌制,定,定一个,药,药物治,疗,疗方案,。,。,当然，,医,医生对,药,药物的,使,使用有,最,最后决,定,定权，,若,若发现,用,用药不,合,合理，,可,可以要,求,求除掉,这,这些不

46、,合,合理的,药,药物，,并,并重新,启,启动治,疗,疗方案,的,的综合,制,制定。,,,4.3.3,系,系统服,务,务设施,1、推,理,理解释,WHY:,主要用,于,于推理,过,过程中,系,系统请,求,求医生,提,提供观,测,测数据,时,时。,HOW:,主要用,于,于推理,结,结束后,，,，回答,医,医生对,推,推理结,果,果提出,的,的疑问,。,。,WHYNOT:,医生询,问,问某条,规,规则为,何,何未被,使,使用，,系,系统的,解,解释通,常,常是该,规,规则的,前,前提不,能,能满足,。,。,,,为了使,系,系统提,供,供的解,释,释适合,于,于不同,专,专业的,医,医生（,甚,甚至

47、病,人,人），MYCIN的,研,研制者,于,于1982年,提,提出了,能,能依据,用,用户知,识,识水平,加,加以裁,剪,剪的解,释,释；并,设,设置了,二,二个参,数,数：复,杂,杂性和,重,重要性,，,，来量,化,化知识,单,单元（,规,规则和,对,对象属,性,性）的,可,可解释,性,性。,复杂性--用,以,以指示,为,为理解-知识,单,单元，,需,需要用,户,户自身,具,具备的,知,知识水,平,平。,重要性--为,让,让用户,理,理解给,出,出的解,释,释，该,知,知识单,元,元不可,缺,缺少的,程,程度。,,,,2、知,识,识库维,护,护,MYCIN系,统,统知识,库,库中包,含,含的

48、推,理,理规则,，,，尽管,形,形式上,相,相互独,立,立，但,语,语义上,却,却相互,关,关联，,并,并由此,形,形成推,理,理树。,正是这,种,种语义,上,上的关,联,联，使,知,知识库,的,的维护,面,面临困,难,难。,,,,以增加,规,规则到,知,知识库,为,为例，,通,通常会,出,出现以,下,下三类,问,问题：,包含问,题,题,在知识,库,库包含,规,规则r: A,∧,∧B,,D的情,况,况下，,增,增加新,规,规则r'：A,∧,∧B ∧C,,D。显,然,然，这,二,二条规,则,则不应,同,同时存,在,在于知,识,识库（,会,会引起,冗,冗余）,。,。究竟,保,保存哪,条,条规则

49、,于,于知识,库,库取决,于,于是否,存,存在这,样,样的情,况,况：A,∧,∧B ∧,¬,¬C,,D。,单一规,则,则的不,一,一致,在知识,库,库包含,规,规则A,,B的情,况,况下，,增,增加新,规,规则A,,¬B，,就,就会产,生,生这种,不,不一致,问,问题。,显,显然，,让,让系统,自,自动发,现,现该问,题,题是容,易,易的。,多规则,的,的不一,致,致,在知识,库,库包含,规,规则A,,B，B,,C，C,,D的情,况,况下，,增,增加新,规,规则A,,¬D就,会,会产生,这,这种不,一,一致问,题,题。由,于,于涉及,到,到一条,推,推理链,，,，要查,出,出这种

50、,问,问题往,往,往既困,难,难又耗,时,时。,,,3、,教,教学,MYCIN的,知,知识库,包,包含了,医,医学专,家,家提供,的,的丰富,经,经验知,识,识，可,以,以作为,医,医疗教,学,学的知,识,识来源,。,。,,,4.3.4,开,开发工,具,具EMYCIN,EMYCIN,是,是从MYCIN系统,抽,抽取出,的,的与应,用,用领域,无,无关的,骨,骨架型,专,专家系,统,统开发,工,工具。,EMYCIN,继,继承了MYCIN的,主,主要特,点,点，如,下,下：,采用逆,向,向链深,度,度优先,的,的控制,策,策略；,使用产,生,生式规,则,则表示,领,领域知,识,识；,允许事,实,实

51、和规,则,则具有,不,不确定,性,性（以,可,可信度,指,指示）,。,。,,,,EMYCIN定义的规,则,则可以用BNF范式描,述,述如下：,:= (IF THEN [ELSE <动,作,作>]),:= <条,件,件> 的与,或,或组合,:= <关,联,联三元组>,:= <关,联,联三元组>,<关联三元,组,组> :=( ),,,用EMYCIN开发的,一,一些有影,响,响的专家系,统,统,PUFF：,设,设计于1978年，是,一,一个面向肺,部,部疾病治疗,；,；,HEADMED：1978年，面,向,向心理医药,学,学的；,SACON,：,：1979,年,年，面向机,械,械结构分析,；,

52、；,ONCOCIN：1981年，用,于,于辅助医生,管,管理患淋巴,瘤,瘤癌症病人,的,的化疗协议,；,；,CLOT：1980年,，,，用于诊断,血,血液凝结系,统,统的疾病；,DART：1981年,，,，用于诊断IBM计算,机,机远程处理,系,系统中出现,的,的软件和硬,件,件故障。,,,4.4 问,题,题求解的结,构,构化组织,原因：传统,的,的知识表示,技,技术与人组,织,织问题求解,的,的思维方式,严,严重失配。,为此，需要,在,在易于人理,解,解的更高级,别,别去开展知,识,识表示的研,究,究，那就是,纽,纽厄尔提议,的,的知识级。,问题求解行,为,为是通过目,标,标集和动作,集,集

53、加以刻画,的,的，知识作,为,为关联动作,到,到目标的媒,介,介，基于简,单,单的合理性,原,原则。,,,4.4.1,结,结构化组,织,织的要求,表示和组合,应,应用领域知,识,识的最简单,策,策略，是把,问,问题求解所,用,用的全部知,识,识统统表示,为,为规则，利用规则,搜,搜索从问题,求,求解的初始,状,状态到目标,状,状态的路径,。,。,利用产生式,规,规则表示领,域,域知识有许,多,多优点，但,也,也有缺点，,具,具体表现为,：,：,难以扩展。,选择规则的,低,低效性。,不灵活的控,制,制策略。,单一的表示,形,形式。,,,为克服这些,缺,缺点，将求,解,解复杂问题,的,的知识划分,

54、为,为一组相对,独,独立的模块,比,比较合适。,模块化的一,个,个重要议题,就,就是如何协,调,调模块在问,题,题求解过程,中,中的相互合,作,作。,模块的划分,可,可以是面向,动,动作的或面,向,向对象的。,前,前者面向",怎,怎么做"知,识,识的组织，,后,后者面向",是,是什么"知,识,识的组织。,,,4.4.2,事,事务表,事务表(Agenda)是一张应由,系,系统执行的,事,事务的列表,，,，也称任务,表,表，是面向,动,动作的问题,求,求解组织方,式,式之一。,它允许各个,推,推理模块经,由,由事务表相,互,互通信，以,求,求协调它们,在,在问题求解,中,中的合作关,系,系。,任务

55、,推理模块,优先级,理由表,,,4.4.3,黑,黑板法,黑板法(Blackboard)也是面向动,作,作的组织方,式,式。,用黑板法组,织,织问题求解,首,首先出现于70年代对,取,取名为HEARSAY-Ⅱ的口语,理,理解系统的,研,研究。系统,由,由一组称为,知,知识源(KS-Knowledge Source)的,独,独立推理模,块,块和黑板组,成,成。,每个KS包,括,括三个部分,：,：触发模式,、,、直接码和,体,体。,黑板是所有KS可以访,问,问的公共数,据,据区。,,,4.4.4,问,问题求解,建,建模,4.4.5,新,新一代KB系统技术,,这两节有兴,趣,趣自己看，,了,了解一下！,,,本章小结,,,,