第一章

緒論第二章

知識(shí)表示方法第三章確定性推理

按照推理過(guò)程所用知識(shí)的確定性，推理可分為確定性推理和不確定性推理。自然演繹推理和歸結(jié)推理是經(jīng)典的確定性推理，它們以數(shù)理邏輯的有關(guān)理論、方法和技術(shù)為理論基礎(chǔ)，是機(jī)械化的、可在計(jì)算機(jī)上加以實(shí)現(xiàn)的推理方法。

本章在討論有關(guān)推理的一般概念以及命題和謂詞邏輯的基礎(chǔ)上，介紹自然演繹推理方法和基于一階謂詞邏輯的歸結(jié)推理方法。3.1推理概述

3.1.1推理的基本概念推理是指從已知事實(shí)出發(fā)，運(yùn)用已掌握的知識(shí)，推導(dǎo)出其中蘊(yùn)含的事實(shí)性結(jié)論或歸納出某些新的結(jié)論的過(guò)程。其中，推理所用的事實(shí)可分為兩種情況，一種是與求解問(wèn)題有關(guān)的初始證據(jù)；另一種是推理過(guò)程中所得到的中間結(jié)論，這些中間結(jié)論可以作為進(jìn)一步推理的已知事實(shí)或證據(jù)。人工智能系統(tǒng)的構(gòu)成：推理機(jī)－－－一些程序來(lái)完成的；綜合數(shù)據(jù)庫(kù)－－－存放有用于推理的事實(shí)或證據(jù)；知識(shí)庫(kù)－－－存放有用于推理所必須的知識(shí)。3.1推理概述

3.1.2推理的方法及其分類(lèi)1.

按照推理的邏輯基礎(chǔ)分類(lèi)可分為演繹推理、歸納推理和默認(rèn)推理。（1）演繹推理演繹推理是從已知的一般性知識(shí)出發(fā)，推理出適合于某種個(gè)別情況的結(jié)論的過(guò)程。它是一種由一般到個(gè)別的推理方法。3.1推理概述

（2）歸納推理歸納推理是從大量特殊事例出發(fā)，歸納出一般性結(jié)論的推理過(guò)程，是一種由個(gè)別到一般的推理方法。其基本思想是：首先從已知事實(shí)中猜測(cè)出一個(gè)結(jié)論，然后對(duì)這個(gè)結(jié)論的正確性加以證明確認(rèn)，數(shù)學(xué)歸納法就是歸納推理的一種典型例子。歸納推理又可分為：從特殊事例考察范圍看：完全歸納推理、不完全歸納推理；從使用的方法看：枚舉歸納推理、類(lèi)比歸納推理。3.1推理概述

（3）默認(rèn)推理默認(rèn)推理又稱(chēng)缺省推理，是在知識(shí)不完全的情況下假設(shè)某些條件已經(jīng)具備所進(jìn)行的推理。也就是說(shuō)，在進(jìn)行推理時(shí)，如果對(duì)某些證據(jù)不能證明其不成立的情況下，先假設(shè)它是成立的，并將它作為推理的依據(jù)進(jìn)行推理，但在推理過(guò)程中，當(dāng)由于新知識(shí)的加入或由于所推出的中間結(jié)論與已有知識(shí)發(fā)生矛盾時(shí)，就說(shuō)明前面的有關(guān)證據(jù)的假設(shè)是不正確，這時(shí)就要撤消原來(lái)的假設(shè)以及由此假設(shè)所推出的所有結(jié)論，重新按新情況進(jìn)行推理3.1推理概述

2.

按所用知識(shí)的確定性分類(lèi)按推理時(shí)所用知識(shí)的確定性來(lái)劃分，推理可分為確定性推理、不確定性推理。3.按推理過(guò)程的單調(diào)性按照推理過(guò)程中所推出的結(jié)論是否單調(diào)地增加，或者說(shuō)按照推理過(guò)程所得到的結(jié)論是否越來(lái)越接近最終目標(biāo)來(lái)分類(lèi)，推理可分為單調(diào)推理與非單調(diào)推理。3.1推理概述

3.1.3推理的控制策略推理過(guò)程不僅依賴(lài)于所用的推理方法，同時(shí)也依賴(lài)于推理的控制策略?？刂撇呗园ㄍ评矸较颉⑺阉鞑呗浴_突消解策略等；而推理方法則是指在推理控制策略確定之后，在進(jìn)行具體推理時(shí)所要采取的匹配方法或不確定性傳遞算法等方法。推理方向用來(lái)確定推理的驅(qū)動(dòng)方式，即是數(shù)據(jù)（證據(jù)）驅(qū)動(dòng)或是目標(biāo)驅(qū)動(dòng)。所謂數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)即指推理過(guò)程從初始證據(jù)開(kāi)始直到目標(biāo)結(jié)束，而目標(biāo)驅(qū)動(dòng)則是指推理過(guò)程從目標(biāo)開(kāi)始進(jìn)行反向推理，直到出現(xiàn)與初始證據(jù)相吻合的結(jié)果。按照對(duì)推理方向的控制，推理可分為正向推理、反向推理、混合推理及雙向推理四種情況。3.1推理概述

正向推理是一種從已知事實(shí)出發(fā)、正向使用推理規(guī)則的推理方式，它是一種數(shù)據(jù)（或證據(jù)）驅(qū)動(dòng)的推理方式，又稱(chēng)前項(xiàng)鏈推理或自底向上推理。反向推理是一種以某個(gè)假設(shè)目標(biāo)為出發(fā)點(diǎn)，反向運(yùn)用推理規(guī)則的推理方式，它是一種目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的推理方式，又稱(chēng)反向鏈推理或自頂向下推理?；旌贤评硎前颜蛲评砗头聪蛲评斫Y(jié)合起來(lái)所進(jìn)行的推理。所謂雙向混合推理是指正向推理和反向推理同時(shí)進(jìn)行，使推理過(guò)程在中間的某一步驟相匯合而結(jié)束的一種推理方法。3.1推理概述

3.1.4推理的沖突消解策略

推理過(guò)程中的沖突消解策略，就是確定如何從多條匹配規(guī)則中選出一條規(guī)則作為啟用規(guī)則，將它用于當(dāng)前的推理。目前已有的多種沖突消解策略的基本思想都是對(duì)匹配的知識(shí)或規(guī)則進(jìn)行排序，以決定匹配規(guī)則的優(yōu)先級(jí)別，優(yōu)先級(jí)高的規(guī)則將作為啟用規(guī)則。常用排序方法有如下幾種:3.1推理概述

按就近原則排序

按知識(shí)特殊性排序

按上下文限制排序

按知識(shí)的新鮮性排序

按知識(shí)的差異性排序

按領(lǐng)域問(wèn)題的特點(diǎn)排序

按規(guī)則的次序排序按前提條件的規(guī)模排序

3.2命題邏輯3.2.1命題

定義3.1

能夠分辨真假的語(yǔ)句稱(chēng)作命題。定義3.2

一個(gè)語(yǔ)句如果不能再進(jìn)一步分解成更簡(jiǎn)單的語(yǔ)句，并且又是一個(gè)命題，則稱(chēng)此命題為原子命題。原子命題是命題中最基本的單位。我們一般用P、Q、R、…大寫(xiě)拉丁字母表示命題，而命題的真與假分別用“T”與“F”表示。用大寫(xiě)英文字母表示的命題既可以是一個(gè)特定的命題，也可以是一個(gè)抽象的命題。前者稱(chēng)為命題常量，后者稱(chēng)為命題變量。對(duì)于命題變量而言，只有把確定的命題代入后，它才可能有明確的邏輯值（T或F）。

3.2命題邏輯3.2.2命題公式

1.連接詞～：稱(chēng)為“非”或“否定”?！牛悍Q(chēng)為“析取”?！模悍Q(chēng)為“合取”?！悍Q(chēng)為“條件”或者“蘊(yùn)含”。：稱(chēng)為“雙條件”。PQ表示“P當(dāng)且僅當(dāng)Q”。表3.1命題邏輯真值表PQP∨QP∧QP→QPQ~PTTTTTTFTFTFFFFFTTFTFTFFFFTTT3.2命題邏輯2.命題公式定義3.3以下面的遞歸形式給出命題公式的定義：

（1）原子命題是命題公式。（2）A是命題公式，則～A也是命題公式。（3）若A和B都是命題公式，則A∧B、A∨B、

A→B、AB（4）只有按（1）—（3）所得的公式才是命題公式。

3.2命題邏輯命題公式的缺點(diǎn)：

無(wú)法把所描述的客觀事物的結(jié)構(gòu)和邏輯特征反映出來(lái)不能把不同事物的共同特征反映出來(lái)P:“張三是李四的老師”；僅用字母P看不出張三和李四之間的師生關(guān)系。為了克服命題邏輯的局限性，引入了下面的謂詞邏輯3.3謂詞邏輯3.3.1謂詞與個(gè)體

在謂詞邏輯中，將原子命題分解為謂詞與個(gè)體兩部分。個(gè)體是指可以獨(dú)立存在的物體，可以是抽象的或具體的。謂詞則是用于刻畫(huà)個(gè)體的性質(zhì)、狀態(tài)或個(gè)體間的關(guān)系的。

例如：“李白是詩(shī)人”可表示為：poet(LiBai)poet稱(chēng)為謂詞，用以刻畫(huà)“是詩(shī)人”；LiBai稱(chēng)為個(gè)體

3.3謂詞邏輯

一個(gè)謂詞可以與一個(gè)個(gè)體相關(guān)聯(lián)，此種謂詞稱(chēng)作一元謂詞，它刻畫(huà)了個(gè)體的性質(zhì)。一個(gè)謂詞也可以與多個(gè)個(gè)體相關(guān)聯(lián)，此種謂詞稱(chēng)為多元謂詞，它刻畫(huà)了個(gè)體間的“關(guān)系”。

3.3謂詞邏輯謂詞的一般形式：P(x1,x2,…,xn)其中P是謂詞，而x1,x2,…,xn是個(gè)體。謂詞通常用大寫(xiě)字母表示，個(gè)體通常用小寫(xiě)字母表示。

項(xiàng)：在謂詞中，個(gè)體可以是常量，也可以是變量，還可以是一個(gè)函數(shù)。例如，“小劉的哥哥是個(gè)工人”，可以表示為worker(brother(Liu))，其中brother(Liu)是一個(gè)函數(shù)。個(gè)體常數(shù)、變量和函數(shù)統(tǒng)稱(chēng)為項(xiàng)。

謂詞的語(yǔ)義：由使用者根據(jù)需要人為地定義.

3.3謂詞邏輯謂詞的元數(shù)：謂詞中包含的個(gè)體數(shù)目稱(chēng)為謂詞的元數(shù)，例如P(x)是一元謂詞，P(x,y)是二元謂詞，而P(x1,x2,…,xn)則是n元謂詞。謂詞的階數(shù)：在謂詞P(x1,x2,…,xn)中，若xi(i=1,2,…,n)都是個(gè)體常量、變?cè)蚝瘮?shù)，則稱(chēng)它為一階謂詞。如果某個(gè)xi本身又是一個(gè)一階謂詞，則稱(chēng)它為二階謂詞，依次類(lèi)推。謂詞和函數(shù)的區(qū)別：謂詞具有邏輯值“真”或“假”，而函數(shù)則是某個(gè)個(gè)體到另一個(gè)個(gè)體（按數(shù)學(xué)上的概念是自變量到因變量）之間的映射。

3.3謂詞邏輯3.3.2謂詞公式

1.

連接詞

～，∨，∧，→，

2.

量詞為刻畫(huà)謂詞與個(gè)體間的關(guān)系，引入了兩個(gè)量詞：全稱(chēng)量詞（x）,和存在量詞（x）。

3.

謂詞演算公式定義3.4

謂詞演算中，由單個(gè)謂詞構(gòu)成的不含任何連接詞的公式，叫做原子謂詞公式。

3.3謂詞邏輯由原子公式的定義出發(fā)，可定義謂詞演算的合式公式如下。定義3.5

可按下述規(guī)則得到謂詞演算的合式公式：（1）

原子謂詞公式是合式公式。（2）

若A是合式公式，則～A也是合式公式。（3）若A和B都是合式公式，則A∧B、A∨B、A→B、AB也都是合式公式。（4）若A是合式公式，x是任一個(gè)體變?cè)瑒t(x)A和(x)A也都是合式公式。

（5）只有按（1）—（4）所得的公式才是合式公式。

3.3謂詞邏輯4.量詞轄域與約束變?cè)谝粋€(gè)公式中，如果有量詞出現(xiàn)，位于量詞后面的單個(gè)謂詞或者用括弧括起來(lái)的合式公式稱(chēng)為量詞的轄域。在轄域內(nèi)與量詞中同名的變?cè)Q(chēng)為約束變?cè)?/p>

3.3謂詞邏輯3.3.3謂詞公式的永真性和可滿足性1．謂詞公式的解釋定義3.6

設(shè)D為謂詞公式P的個(gè)體域，若對(duì)P中的個(gè)體常量、函數(shù)和謂詞按照如下規(guī)定賦值：（1）為每個(gè)個(gè)體常量指派D中的一個(gè)元素；（2）為每個(gè)n元函數(shù)指派一個(gè)從Dn到D的映射，其中

Dn={(x1,x2,…,xn)|x1,x2,…,xn

D}（3）為每個(gè)n元謂詞指派一個(gè)從Dn到{F,T}的映射；則稱(chēng)這些指派為公式P在D上的一個(gè)解釋。3.3謂詞邏輯例3.1

設(shè)個(gè)體域D={1,2}，求公式A=(x)(P(x)→Q(f(x),b))在D上的某一個(gè)解釋?zhuān)⒅赋鲈诖私忉屜鹿紸的真值。

詳細(xì)的求解過(guò)程參見(jiàn)教材3.3謂詞邏輯2．謂詞公式的永真性定義3.7

如果謂詞公式P，對(duì)個(gè)體域D上的任何一個(gè)解釋都取得真值T，則稱(chēng)P在D上是永真的；如果P在每個(gè)非空個(gè)體域上均永真，則稱(chēng)P永真。定義3.8

如果謂詞公式P對(duì)于個(gè)體域D上的所有解釋都取得假值F，則稱(chēng)P在D上是永假的；如果P在每個(gè)非空個(gè)體域上均永假，則稱(chēng)P永假。謂詞公式的永假性又稱(chēng)為不可滿足性或不相容性。3.3謂詞邏輯3．謂詞公式的可滿足性

定義3.9

對(duì)于謂詞公式P，如果至少存在一個(gè)解釋使得公式P在此解釋下的真值為T(mén)，則稱(chēng)公式P是可滿足的。按照定義3.9，對(duì)謂詞公式P，如果不存在任何解釋?zhuān)沟肞的取值為T(mén)，則稱(chēng)公式P是不可滿足的。所以，謂詞公式P永假與不可滿足是等價(jià)的。若P永假，則也可稱(chēng)P是不可滿足的。

3.3謂詞邏輯3.3.4謂詞公式的等價(jià)性與永真蘊(yùn)含

定義3.10

設(shè)P與Q是兩個(gè)謂詞公式，D是它們共同的個(gè)體域。若對(duì)D上的任何一個(gè)解釋?zhuān)琍與Q的取值都相同，則公式P和Q在域D上是等價(jià)的。如果D是任意個(gè)體域，則稱(chēng)P和Q是等價(jià)的，記作PQ。常用的一些等價(jià)式參見(jiàn)教材

定義3.11

對(duì)于謂詞公式P和Q，如果P→Q永真，則稱(chēng)P永真蘊(yùn)含Q，且稱(chēng)Q為P的邏輯結(jié)論，稱(chēng)P為Q的前提，記作P=>Q。

以后要用到的一些永真蘊(yùn)含式參見(jiàn)教材3.3謂詞邏輯謂詞邏輯中還有如下一些推理規(guī)則：（1）P規(guī)則：在推理的任何步驟上都可引入前提。（2）T規(guī)則：推理時(shí)，如果前面步驟中有一個(gè)或多個(gè)永真蘊(yùn)含公式S，則可把S引入推理過(guò)程中。（3）CP規(guī)則：如果能從R和前提集合中推出S來(lái)，則可從前提集合推出R→S來(lái)。（4）反證法：P=>Q，當(dāng)且僅當(dāng)P∧～QF，即Q為P的邏輯結(jié)論，當(dāng)且僅當(dāng)P∧～Q是不可滿足的。推廣之，可得如下定理。

定理3.1Q為P1，P2，…，Pn的邏輯結(jié)論，當(dāng)且僅當(dāng)

(P1∧P2∧…∧Pn)∧～Q是不可滿足的。3.3謂詞邏輯3.3.5置換與合一

1.置換

置換的定義定義3.12

置換是形如{t1/x1,t2/x2,…,tn/xn}的一個(gè)有限集。其中xi是變量，ti是不同于xi的項(xiàng)（常量，變量，函數(shù)），且xixj（Ij），i，j=1,2,…,n。

3.3謂詞邏輯例如，{a/x,b/y,f(x)/z}，{f(z)/x,y/z}都是置換。不含任何元素的置換稱(chēng)為空置換，以?表示。置換乘法置換乘法作用是將兩個(gè)置換合成為一個(gè)置換。定義3.13假設(shè)

={t1/x1,t2/x2,…,tn/xn}={u1/y1,u2/y2,…,um/ym}是兩個(gè)置換，則它們的乘積是一個(gè)新置換，其作用于公式E時(shí)，相當(dāng)于先后λ對(duì)E的作用。它的定義如下：3.3謂詞邏輯先作置換{t1·

/x1,t2·

/x2,…,tn·

/xn,u1/y1,u2/y2,…,um/ym}。若yi{x1,…,xn}時(shí)，先從上述集合中刪除ui/yi

。若

ti·

=xi時(shí)，再?gòu)纳鲜黾现袆h除ti·

/xi。刪除以后剩下元素所構(gòu)成的集合稱(chēng)作與的乘積，記作·

。置換結(jié)合率一般地說(shuō)，下列的置換結(jié)合律成立

(·

)·

=·(·

)

但除了空置換外，置換的交換律不成立。即只有·=·=

。3.3謂詞邏輯2.合一

合一的概念定義3.14

設(shè)有公式集{E1,E2,…,En}和置換θ，使

E1θ

=E2θ

=…=Enθ便稱(chēng)E1，E2，…，En是可合一的

，且θ稱(chēng)為合一置換。定義3.15

若E1，E2，…，En

有合一置換σ，且對(duì)E1，E2，…，En

的任一置換都存在一個(gè)置換λ，使得θ=σ·λ，則稱(chēng)σ是E1，E2，…，En

的最一般合一置換，記為mgu。3.3謂詞邏輯

最一般合一置換的求取算法設(shè)有兩個(gè)謂詞公式：

E1：P(x,y,z);E2：P(x,f(a),g(b))分別從E1與E2的第一個(gè)符號(hào)開(kāi)始逐個(gè)向右比較，此時(shí)發(fā)現(xiàn)E1中的y與E2中的f(a)不同，則它們構(gòu)成了一個(gè)不一致集：

D1={y,f(a)}當(dāng)繼續(xù)向右比較時(shí)，又發(fā)現(xiàn)中E1中的z與E2中g(shù)(b)不同，則又得到一個(gè)不一致集：

D2={z,g(b)}

下面給出求公式{E1,E2}的最一般合一置換的算法：3.3謂詞邏輯（1）

令W={E1,E2}。（2）

令

k=0，Wk=W，σk=ε；ε是空置換，它表示不作置換。（3）

如果Wk只有一個(gè)表達(dá)式，則算法停止，σk就是所要求的mgu。（4）

找出Wk的不一致集Dk

。

（5）

若Dk中存在元素xk和tk，其中xk是變?cè)瑃k是項(xiàng)，且xk不在tk中出現(xiàn)，則置：

σk+1=σk

·{tk/xk}Wk+1=wk{tk/xk}k=k+1

然后轉(zhuǎn)（3）。（6）

算法終止，W的mgu不存在?？梢宰C明，如果E1和E2可合一，則算法必停止于第（3）步。

3.3謂詞邏輯例3.5

設(shè)E1=P(a,v,f(g(y)))，E2=P(z,f(a),f(u))，求E1

和E2的mgu。解題請(qǐng)參見(jiàn)教材答案為：σ3={a/z,f(a)/v,g(y)/u}σ3就是E1

和E2的mgu。

3.4自然演繹推理方法3.4.1自然演繹推理的概念自然演繹推理是指從一組已知為真的事實(shí)出發(fā)，直接運(yùn)用命題邏輯或謂詞邏輯中的推理規(guī)則推出結(jié)論的過(guò)程。假言三段論的基本形式為

P→Q，Q→RP→R它表示如果謂詞公式P→Q和Q→R均為真，則謂詞公式P→R也為真。假言推理可用下列形式表示

P，P→QQ它表示如果謂詞公式P和P→Q都為真，則可推得Q為真結(jié)論。3.4自然演繹推理方法拒取式的一般形式為

P→Q，～Q

～P它表示如果謂詞公式P→Q為真且Q為假，則可推得P為假的結(jié)論。2.4.2利用演繹推理解決問(wèn)題在利用自然演繹推理方法求解問(wèn)題時(shí)，一定要注意避免兩種類(lèi)型的錯(cuò)誤：肯定后件的錯(cuò)誤和否定前件的錯(cuò)誤。3.4自然演繹推理方法

肯定后件的錯(cuò)誤是指當(dāng)P→Q為真時(shí)，希望通過(guò)肯定后件Q為真來(lái)推出前件P為真。這顯然是錯(cuò)誤的推理邏輯，因?yàn)楫?dāng)

P→Q及

Q為真時(shí)，前件

P既可能為真，也可能為假。

否定前件的錯(cuò)誤是指當(dāng)P→Q為真時(shí)，希望通過(guò)否定前件P來(lái)推出后件Q為假。這也是不允許的，因?yàn)楫?dāng)P→Q及P為假時(shí)，后件Q既可能為真，也可能為假。

相關(guān)的例題請(qǐng)參見(jiàn)教材3.4自然演繹推理方法3.4.3演繹推理的特點(diǎn)

參見(jiàn)教材3.5歸結(jié)推理方法

研究用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)定理證明的機(jī)械化，已是人工智能研究的一個(gè)重要領(lǐng)域。對(duì)于定理證明問(wèn)題，如果用一階謂詞邏輯表示的話，就是要求對(duì)前提P和結(jié)論Q證明P→Q是永真的。然而，要證明這個(gè)謂詞公式的永真性，必須對(duì)所有個(gè)體域上的每一個(gè)解釋進(jìn)行驗(yàn)證，這是極其困難的。為了化簡(jiǎn)問(wèn)題，和數(shù)學(xué)上常采用的方法一樣，我們考慮反證法。即，我們先否定邏輯結(jié)論Q，再由否定后的邏輯結(jié)論～Q及前提條件P出發(fā)推出矛盾，即可證明原問(wèn)題。3.5歸結(jié)推理方法3.5.1謂詞公式與子句集

1．范式前束形范式

一個(gè)謂詞公式，如果它的所有量詞均非否定地出現(xiàn)在公式的最前面，且它的轄域一直延伸到公式之末，同時(shí)公式中不出現(xiàn)連接詞→及，這種形式的公式稱(chēng)作前束形范式。例如，公式(x)(y)(z)(P(x)∧F(y,z)∧Q(y,z))即是一個(gè)前束形的公式。3.5歸結(jié)推理方法

斯克林范式從前束形范式中消去全部存在量詞所得到的公式即為Skolem范式，或稱(chēng)Skolem標(biāo)準(zhǔn)型。例如，如果用f(x)代替上面前束形范式中的y即得到Skolem范式：(x)(z)(P(x)∧F(f(x),z)∧Q(f(x),z))Skolem標(biāo)準(zhǔn)型的一般形式是(x1)(x2)…(xn)M(x1,x2,…,xn)其中，M(x1,x2,…,xn)是一個(gè)合取范式，稱(chēng)為Skolem標(biāo)準(zhǔn)型的母式。3.5歸結(jié)推理方法將謂詞公式G化為Skolem標(biāo)準(zhǔn)型的步驟如下：（1）

消去謂詞公式G中的蘊(yùn)涵（→）和雙條件符號(hào)（），以～A∨B代替A→B，以(A∧B)∨(～A∧～B)替換AB。（2）

減少否定符號(hào)（～）的轄域，使否定符號(hào)“～”最多只作用到一個(gè)謂詞上。（3）

重新命名變?cè)?，使所有的變?cè)拿志煌?，并且自由變?cè)凹s束變?cè)嗖煌?.5歸結(jié)推理方法（4）

消去存在量詞。這里分兩種情況，一種情況是存在量詞不出現(xiàn)在全稱(chēng)量詞的轄域內(nèi)，此時(shí)，只要用一個(gè)新的個(gè)體常量替換該存在量詞約束的變?cè)?，就可以消去存在量詞；另一種情況是，存在量詞位于一個(gè)或多個(gè)全稱(chēng)量詞的轄域內(nèi)，這時(shí)需要用一個(gè)Skolem函數(shù)替換存在量詞而將其消去。（5）把全稱(chēng)量詞全部移到公式的左邊，并使每個(gè)量詞的轄域包括這個(gè)量詞后面公式的整個(gè)部分。（6）母式化為合取范式：任何母式都可以寫(xiě)成由一些謂詞公式和謂詞公式否定的析取的有限集組成的合取。需要指出的是，由于在化解過(guò)程中，消去存在量詞時(shí)作了一些替換，一般情況下，G的Skolem標(biāo)準(zhǔn)型與G并不等值。3.5歸結(jié)推理方法2．子句與子句集定義3.16

不含有任何連接詞的謂詞公式叫原子公式，簡(jiǎn)稱(chēng)原子，而原子或原子的否定統(tǒng)稱(chēng)文字。定義3.17

子句就是由一些文字組成的析取式。定義3.18

不包含任何文字的子句稱(chēng)為空子句，記為NIL。定義3.199

由子句構(gòu)成的集合稱(chēng)為子句集。3.5歸結(jié)推理方法3．不可滿足意義下的一致性定理3.2設(shè)有謂詞公式G，而其相應(yīng)的子句集為S，則G是不可滿足的充分必要條件是S是不可滿足的。

要再次強(qiáng)調(diào)：公式G與其子句集S并不等值，只是在不可滿足意義下等價(jià)。相關(guān)的例子參見(jiàn)教材中的例3.93.5歸結(jié)推理方法4．P＝P1∧P2∧…Pn的子句集

當(dāng)P＝P1∧P2∧…Pn時(shí)，若設(shè)P的子句集為SP，Pi的子句集為Si，則一般情況下，SP并不等于S1∪S2∪S3…∪Sn，而是要比S1∪S2∪S3…∪Sn復(fù)雜得多。但是，在不可滿足的意義下，子句集SP與S1∪S2∪S3…∪Sn是一致的，即

SP不可滿足S1∪S2∪S3…∪Sn不可滿足3.5歸結(jié)推理方法

3.5.2Herbrand理論

1．H域

定義3.20

設(shè)謂詞公式G的子句集為S，則按下述方法構(gòu)造的個(gè)體變?cè)騂。稱(chēng)為公式G或子句集S的Herbrand域，簡(jiǎn)稱(chēng)H域。（1）

令H0是S中所出現(xiàn)的常量的集合。若S中沒(méi)有常量出現(xiàn)，就任取一個(gè)常量aD，規(guī)定H0={a}。（2）

令

Hi+1=Hi∪{S中所有的形如f(t1,…,tn)的元素}其中f(t1,…,tn)是出現(xiàn)于G中的任一函數(shù)符號(hào)，而t1，…，tn是Hi中的元素。i=0，1，2，…。

3.5歸結(jié)推理方法例3.10求子句集S＝{T(x)∨Q(z),R(f(y))}的H域。解

此例中沒(méi)有個(gè)體常量，任意指定一個(gè)常量a作為個(gè)體常量；只有一個(gè)函數(shù)f(y)，有：H0={a}H1={a,f(a)}H2={a,f(a),f(f(a))}……H∞={a,f(a),f(f(a)),f(f(f(a))),…}3.5歸結(jié)推理方法2．原子集定義3.21

下列集合稱(chēng)為子句集S的原子集：

A＝｛所有形如P(t1,t2,…,tn)的元素｝其中，P(t1,t2,…,tn)是出現(xiàn)在S中的任一謂詞符號(hào)，而t1，t2，…，tn則是S的H域上的任意元素。3.5歸結(jié)推理方法定義3.22

將沒(méi)有變?cè)霈F(xiàn)的原子、文字、子句和子句集分別稱(chēng)作基原子、基文字、基子句和基子句集。定義3.23

當(dāng)子句集S中的某個(gè)子句C中的所有變?cè)?hào)均以其H域中的元素替換時(shí)，所得到的基子句稱(chēng)作C的一個(gè)基例。

例如，對(duì)于子句集

S＝{P(a),～P(x)∨P(f(x))}

它的H域?yàn)閧a,f(a),f(f(a)),…}。對(duì)于子句P(a)，因?yàn)槠渲胁缓凶冊(cè)?，所以它已是基子句，而且aH，所以它也是基例。

3.5歸結(jié)推理方法3．H域上的解釋定義3.24

如果子句集S的原子集為A，則對(duì)A中各元素的真假值的一個(gè)具體設(shè)定都是S的一個(gè)H解釋?？梢宰C明，在給定域D上的任一個(gè)解釋I，總能在H域上構(gòu)造一個(gè)解釋I*與之對(duì)應(yīng)，使得如果D域上的解釋能滿足子句集S，則在H域的解釋I*也能滿足S（即若S|I=T，就有S|I*=T）。相關(guān)舉例參見(jiàn)教材3.5歸結(jié)推理方法定理3.3

設(shè)I是子句集S在域D上的一個(gè)解釋?zhuān)瑒t存在對(duì)應(yīng)于I的H域解釋I*，使得若有S|I=T，就必有S|I*=T。定理3.4

子句集S不可滿足的充要條件是S對(duì)H域上的一切解釋都為假。

證明充分性：若S在一般域D上是不可滿足的，必然在H域上是不可滿足的，從而對(duì)H域上的一切解釋都為假。必要性：若S在任一H解釋I*下均為假，必然會(huì)使S在D域上的每一個(gè)解釋為假。否則，如果存在一個(gè)解釋I0使S為真，那么依據(jù)定理3.3可知，一定可以在H域找到相對(duì)應(yīng)的一個(gè)解釋I*0使S為真。這與S在所有H解釋下均為假矛盾。3.5歸結(jié)推理方法定理3.5

子句集S不可滿足的充分必要條件是存在一個(gè)有限的不可滿足的基例集S′。該定理稱(chēng)為Herbrand定理，下面給出它的簡(jiǎn)要證明。證明充分性：設(shè)子句集S有一個(gè)不可滿足的基例集S′，因?yàn)樗豢蓾M足，所以一定存在一個(gè)解釋I′使S′為假。根據(jù)H域上的解釋與D域上的解釋的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可知在D域上一定存在一個(gè)解釋使S不可滿足，從而證明了子句集S是不可滿足的。3.5歸結(jié)推理方法必要性：設(shè)子句集S不可滿足，由定理3.4可知，S對(duì)H域上的所有解釋均為假。這樣，就至少會(huì)存在一個(gè)S中的某子句Ci的基例Ci′為假。既然至少有一個(gè)基例Ci′為假，因而S的基例集S′是不可滿足的。另外，由于S中的子句是有限的，而每個(gè)子句又由有限的文字組成，因而S的不可滿足的基例集也是有限的。3.5歸結(jié)推理方法3.5.3歸結(jié)原理定義3.25若P是原子謂詞公式或原子命題，則稱(chēng)P與～P為互補(bǔ)文字。1．命題邏輯中的歸結(jié)原理歸結(jié)與歸結(jié)式定義3.26設(shè)C1與C2是子句集中的任意兩個(gè)子句，如果C1中的文字L1與C2中的文字L2互補(bǔ)，則從C1和C2中可以分別消去L1和L2，并將二子句中余下的部分做析取構(gòu)成一個(gè)新的子句C12，稱(chēng)這一過(guò)程為歸結(jié)，所得到的子句C12稱(chēng)為C1和C2的歸結(jié)式，而稱(chēng)C1和C2為C12的親本子句。3.5歸結(jié)推理方法定理3.6

歸結(jié)式C12是其親本子句C1和C2的邏輯結(jié)論。推論

設(shè)C1和C2是子句集S上的子句，C12是C1和C2的歸結(jié)式。如果把C12加入子句集S后得到新子句集S1，則S1和S在不可滿足的意義下是等價(jià)的。即：

S是不可滿足的

<=>S1是不可滿足的

歸結(jié)推理過(guò)程子句集S不可滿足性的推理過(guò)程如下：

(1)

對(duì)子句集S中的各子句間使用歸結(jié)推理規(guī)則。

(2)

將歸結(jié)所得的歸結(jié)式放入子句集S中，得新子句集S′。

(3)

檢查子句集S′中是否有空子句(NIL),若有則停止推理;否則轉(zhuǎn)（4）。

(4)

置S=S′，轉(zhuǎn)步驟（1）。3.5歸結(jié)推理方法

2．一階謂詞邏輯中的歸結(jié)原理下面是謂詞邏輯關(guān)于歸結(jié)的定義。定義3.27

設(shè)C1和C2是兩個(gè)沒(méi)有相同變?cè)淖泳?，L1和L2分別是C1和C2的文字，如果L1與～

L2有mguσ，則把

C12=(C1σ－{L1σ})∪(C2σ－{L2σ})稱(chēng)作子句C1和C2的一個(gè)二元?dú)w結(jié)式，而L1和L2是被歸結(jié)的文字。

為了說(shuō)明的方便。將Ciσ和Liσ寫(xiě)成集合形式，如P(x)∨～Q(y){P(x),～Q(y)}。在集合的表示下做減法或做并運(yùn)算，然后再寫(xiě)成子句形，如集合運(yùn)算結(jié)果為{P(x),～Q(y)}，可改寫(xiě)為P(x)∨～Q(y)。

3.5歸結(jié)推理方法在謂詞邏輯中，對(duì)子句進(jìn)行歸結(jié)推理時(shí)，要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：（1）若被歸結(jié)的子句C1和C2中具有相同的變?cè)獣r(shí)，需要將其中一個(gè)子句的變?cè)?，否則可能無(wú)法做合一置換。從而沒(méi)有辦法進(jìn)行歸結(jié)。

（2）在求歸結(jié)式時(shí)，不能同時(shí)消去兩個(gè)互補(bǔ)文字對(duì)，消去兩個(gè)互補(bǔ)文字對(duì)所得的結(jié)果不是兩個(gè)親本子句的邏輯推論。（3）如果在參加歸結(jié)的子句內(nèi)含有可合一的文字，則在進(jìn)行歸結(jié)之前，應(yīng)對(duì)這些文字進(jìn)行合一，以實(shí)現(xiàn)這些子句內(nèi)部的化簡(jiǎn)。

3.5歸結(jié)推理方法

應(yīng)用因子的概念，可對(duì)謂詞邏輯中的歸結(jié)原理定義如下。

定義3.28

設(shè)C1和

C2是沒(méi)有相同變?cè)淖泳洌瑒t下列四種二元?dú)w結(jié)式都叫做C1和C2的歸結(jié)式，仍記作C12。（1）

C1與C2的二元?dú)w結(jié)式。（2）

C1的因子C1σ1與C2的二元?dú)w結(jié)式。（3）

C1與C2的因子C2σ2的二元?dú)w結(jié)式。（4）

C1的因子C1σ1與C2的因子C2σ2的二元?dú)w結(jié)式。3.5歸結(jié)推理方法例

設(shè)C1=～P(a)∨Q(x)∨R(x)，C2=P(y)∨～Q(b)，

求其二元?dú)w結(jié)式。解若選L1=～P(a)，L2=P(y)，則L1和L2的mgu是σ={a/y}，于是由定義3.27得C1和C2

的二元?dú)w結(jié)式為C12=(C1σ-{L1σ})∪(C2σ-{L2σ})=({～P(a),Q(x),R(x)}-{～P(a)})∪({P(a),～Q(b)})-{P(a)}=({Q(x),R(x)})∪({～Q(b)})=Q(x)∨R(x)∨～Q(b)

若選L1=Q(x)，L2=～Q(b)，則二者的mguσ={b/x}，

C12=～P(a)∨R(b)∨P(y)3.5歸結(jié)推理方法3．歸結(jié)原理的完備性

對(duì)于一階謂詞邏輯，從不可滿足的意義上說(shuō)，歸結(jié)原理是完備的。即若子句集是不可滿足的，則必存在一個(gè)從該子句集到空子句的歸結(jié)推理過(guò)程；反之，若從子句集到空子句存在一個(gè)歸結(jié)推理過(guò)程，則該子句集必是不可滿足的。

3.5歸結(jié)推理方法3.5.4利用歸結(jié)原理進(jìn)行定理證明

應(yīng)用歸結(jié)原理進(jìn)行定理證明的步驟如下：

設(shè)要被證明的定理可用謂詞公式表示為如下的形式：

A1∧A2∧…∧An→B(1)

首先否定結(jié)論B，并將否定后的公式～B與前提公式集組成如下形式的謂詞公式：

G=A1∧A2∧…∧An∧～B(2)

求謂詞公式G的子句集S。(3)

應(yīng)用歸結(jié)原理，證明子句集S的不可滿足性，從而證明謂詞公式G的不可滿足性。這就說(shuō)明對(duì)結(jié)論B的否定是錯(cuò)誤的，推斷出定理的成立。3.5歸結(jié)推理方法例

已知：A:(x)((y)(P(x,y)∧Q(y))→(y)(R(y)∧T(x,y)))B:～(x)R(x)→(x)(y)(P(x,y)→～Q(y))求證：B是A的邏輯結(jié)論。證明

首先將A和～B化為子句集～P(x,y)∨～Q(y)∨R(f(x))～P(x,y)∨～Q(y)∨T(x,f(x))//(1)(2)為A～R(z)P(a，b)Q(b)//(3)(4)(5)為B3.5歸結(jié)推理方法下面進(jìn)行歸結(jié)：

（6）

～P(x,y)∨～Q(y)

（1）與（3）歸結(jié)，σ={f(x)/z}

（7）

～Q(b) （4）與（6）歸結(jié)，σ={a/x,b/y}

（8）

NIL（空子句）

（5）與（7）歸結(jié)所以B是A的邏輯結(jié)論。3.5歸結(jié)推理方法3.5.5應(yīng)用歸結(jié)原理進(jìn)行問(wèn)題求解下面是利用歸結(jié)原理求取問(wèn)題答案的步驟：（1）把已知前提條件用謂詞公式表示出來(lái)，并化成相應(yīng)的子句集，設(shè)該子句集的名字為S1。（2）把待求解的問(wèn)題也用謂詞公式表示出來(lái)，然后將其否定，并與一謂詞ANSWER構(gòu)成析取式。謂詞ANSWER是一個(gè)專(zhuān)為求解問(wèn)題而設(shè)置的謂詞，其變量必須與問(wèn)題公式的變量完全一致。（3）把問(wèn)題公式與謂詞ANSWER構(gòu)成的析取式化為子句集，并把該子句集與S1合并構(gòu)成子句集S。3.5歸結(jié)推理方法（4）對(duì)子句集S應(yīng)用謂詞歸結(jié)原理進(jìn)行歸結(jié)，在歸結(jié)的過(guò)程中，通過(guò)合一置換，改變ANSWER中的變?cè)＃?）如果得到歸結(jié)式ANSWER，則問(wèn)題的答案即在ANSWER謂詞中。3.5歸結(jié)推理方法例任何兄弟都有同一個(gè)父親，John和Peter是兄弟，且John的父親是David，問(wèn)Peter的父親是誰(shuí)？解

第一步：將已知條件用謂詞公式表示出來(lái)，并化成子句集，那么要先定義謂詞。（1）

定義謂詞：設(shè)Father(x,y)表示x是y的父親。Brother(x,y)表示x和y是兄弟。3.5歸結(jié)推理方法（2）

將已知事實(shí)用謂詞公式表示出來(lái)。

F1：任何兄弟都有同一個(gè)父親。

(x)(y)(z)(Brother(x,y)∧Father(z,x)→Father(z,y))F2：John和Peter是兄弟。

Brother(John,Peter)F3：

John的父親是David。

Father(David,John)（3）

將它們化成子句集得：

S1={~Brother(x,y)∨~Father(z,x)∨Father(z,y),Brother(John,Peter),Father(David,John)}3.5歸結(jié)推理方法第二步：把問(wèn)題用謂詞公式表示出來(lái)，并將其否定與謂詞ANSWER作析取。設(shè)Peter的父親是u，則有：Father(u,Peter)。將其否定與ANSWER作析取，得：

G：～Father(u,Peter)∨ANSWER(u)3.5歸結(jié)推理方法第三步：將上述公式G化為子句集S2，并將S1和S2合并到S。

S2={～Father(u,Peter)∨ANSWER(u)}S=S1∪S2將S中各子句列出如下：（1）～Brother(x,y)∨～Father(z,x)∨Father(z,y)。（2）Brother(John,Peter)。（3）Father(David,John)。（4）～Father(u,Peter)∨ANSWER(u)。3.5歸結(jié)推理方法第四步：應(yīng)用歸結(jié)原理進(jìn)行歸結(jié)（5）～Brother(John,y)∨Father(David,y)

（1）與（3）歸結(jié)

σ={David/z,John/x}（6）～Brother(John,Peter)∨ANSWER(David)

（4）與（5）歸結(jié)σ={David/u,Peter/y}（7）ANSWER(David)（2）與（6）歸結(jié)第五步：得到了歸結(jié)式ANSWER(David)，答案即在其中，所以u(píng)=David。即Peter的父親是David。3.5歸結(jié)推理方法3.6歸結(jié)過(guò)程的控制策略

3.6.1引入控制策略1．引入控制策略的原因

對(duì)子句集S進(jìn)行歸結(jié)時(shí)，首先要從子句集中找出可進(jìn)行歸結(jié)的一對(duì)子句進(jìn)行歸結(jié)。由于事先并不知道子句集中的哪兩個(gè)子句可以進(jìn)行歸結(jié)，也不知道通過(guò)對(duì)哪些子句的歸結(jié)可盡快得到空子句，所以就必須對(duì)子句集中的所有子句逐一進(jìn)行比較，以對(duì)所有可能歸結(jié)的子句對(duì)進(jìn)行歸結(jié)，并將歸結(jié)式加入S中，再做第二層這樣的歸結(jié)……，直到產(chǎn)生空子句（NIL）為止。這是一種盲目全面的歸結(jié)，其結(jié)果是產(chǎn)生大量的不必要的歸結(jié)式，況且這種不必要的歸結(jié)式在下一輪歸結(jié)時(shí)，會(huì)以?xún)绱畏降脑鲩L(zhǎng)速度快速增長(zhǎng)，從而產(chǎn)生組合爆炸。

3.5歸結(jié)推理方法

為了解決這一問(wèn)題，研究如何選擇合適的子句進(jìn)行歸結(jié)，以避免多余的、不必要的歸結(jié)式的出現(xiàn)，已顯得非常重要。在解決上述問(wèn)題的過(guò)程中，人們研究出了許多歸結(jié)策略。

3.5歸結(jié)推理方法2．控制策略的分類(lèi)歸結(jié)策略大致可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是刪除策略，刪除策略包括：純文字刪除法、重言式刪除法、包孕刪除法。另一類(lèi)是限制策略，限制策略主要是通過(guò)對(duì)參加歸結(jié)的子句進(jìn)行種種限制，盡可能地減小歸結(jié)的盲目性，使其盡快歸結(jié)出空子句。包括：線性歸結(jié)策略、單元（單文字）歸結(jié)策略、輸入歸結(jié)策略、支持集策略等。3.5歸結(jié)推理方法3.6.2歸結(jié)控制策略及其應(yīng)用舉例1．刪除策略純文字刪除法如果文字L出現(xiàn)在S中，而～L不出現(xiàn)于S中，便說(shuō)L為S的純文字。例如，設(shè)有子句集，

S={T∨Q∨R,～R,Q,R∨～Q}其中T是純文字，因此可將子句T∨Q∨R刪去，只用剩余的子句集進(jìn)行歸結(jié)，不會(huì)影響S的不可滿足性。3.5歸結(jié)推理方法

重言式刪除法如果一個(gè)子句中同時(shí)包含互補(bǔ)文字時(shí)，則稱(chēng)該子句為重言式。例如，Q(x)∨～Q(x)，P(x)∨～Q(x)∨～P(x)都是重言式。重言式是取值為永真的子句?？梢詮淖泳浼袆h去重言式。

包孕刪除法設(shè)有子句C1和C2，如果存在一個(gè)置換σ，使得C1σC2，則稱(chēng)C1包孕于C2。例如，P(x)∨Q(a)包孕于P(f(a))∨Q(a)∨R(y)，σ={f(a)/x}T(x)∨S(y)包孕于T(b)∨S(v)∨R(x)，σ={b/x，v/y}?？蓮淖泳浼袆h去那些被包孕的子句。3.5歸結(jié)推理方法2．線性歸結(jié)策略線性歸結(jié)策略對(duì)參加歸結(jié)的子句提出如下限制：首先從子句集S中先取一個(gè)稱(chēng)作頂子句的子句C0開(kāi)始作歸結(jié)；其次是將歸結(jié)過(guò)程中所得到的歸結(jié)式Ci立即同另一子句Bi進(jìn)行歸結(jié)，得歸結(jié)式Ci+1，而B(niǎo)i是原子句集S中的一個(gè)子句或是已經(jīng)歸結(jié)出的某個(gè)歸結(jié)式Cj（j<i）。

3.5歸結(jié)推理方法3．單文字（單元）歸結(jié)策略如果一個(gè)子句只包含一個(gè)文字，則稱(chēng)該子句為單文字子句或單元子句。如果在歸結(jié)過(guò)程中，每次歸結(jié)都有一個(gè)子句是單文字子句，則稱(chēng)這種歸結(jié)就是單文字歸結(jié)。用單文字歸結(jié)策略時(shí)，歸結(jié)式將比親本子句含有較少的文字。這有利于朝著空子句的方向前進(jìn)，因此它有較高的歸結(jié)效率。但是，這種歸結(jié)策略是不完備的。因?yàn)榧僭O(shè)子句集S是不可滿足的，但其中卻不含有單文字子句，則單元?dú)w結(jié)就無(wú)法進(jìn)行。3.5歸結(jié)推理方法4．輸入歸結(jié)策略輸入歸結(jié)策略對(duì)參加歸結(jié)的子句有如下限制：參加歸結(jié)的兩個(gè)子句中，必須至少有一個(gè)子句是初始子句集中的子句。

5．支持集策略支持集策略對(duì)參加歸結(jié)的子句提出如下限制：每一次歸結(jié)時(shí)，參加歸結(jié)的兩個(gè)子句中至少應(yīng)有一個(gè)是由目標(biāo)公式的否定所得到的子句，或者是它們的后裔。

第三章結(jié)束感謝您的使用第四章

不確定推理方法第五章

狀態(tài)空間搜索策略第五章結(jié)束謝謝您的使用第六章

機(jī)器學(xué)習(xí)第七章

自然語(yǔ)言理解第七章結(jié)束謝謝您的使用

第八章

專(zhuān)家系統(tǒng)

專(zhuān)家系統(tǒng)是人工智能應(yīng)用研究的一個(gè)重要分支。自20世紀(jì)60年代末，費(fèi)根鮑姆等人研制成功第一個(gè)專(zhuān)家系統(tǒng)DENDRAL以來(lái),專(zhuān)家系統(tǒng)已被成功地運(yùn)用到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)礦產(chǎn)業(yè)、科學(xué)技術(shù)、醫(yī)療、教育、軍事等眾多領(lǐng)域，并已產(chǎn)生了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。它實(shí)現(xiàn)了人工智能從理論研究走向?qū)嶋H應(yīng)用，從一般思維方法探討轉(zhuǎn)入專(zhuān)門(mén)知識(shí)運(yùn)用的重大突破。成為人工智能應(yīng)用研究中最活躍、也最有成效的一個(gè)重要領(lǐng)域。8.1專(zhuān)家系統(tǒng)概述

8.1.1專(zhuān)家系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展

1.產(chǎn)生與發(fā)展過(guò)程

1968年世界上的第一個(gè)專(zhuān)家系統(tǒng)DENDRAL在美國(guó)的斯坦福大學(xué)研發(fā)成功。DENDRAL是世界上第一例成功的專(zhuān)家系統(tǒng)，它的出現(xiàn)標(biāo)志著人工智能的一個(gè)新領(lǐng)域——專(zhuān)家系統(tǒng)的誕生。

20世紀(jì)60年代末，美國(guó)麻省理工學(xué)院開(kāi)始研究用于解決復(fù)雜微積分運(yùn)算和數(shù)學(xué)推導(dǎo)的專(zhuān)家系統(tǒng)MACSYMA?？▋?nèi)基—梅隆大學(xué)在同一時(shí)期也開(kāi)發(fā)了一個(gè)用于語(yǔ)音識(shí)別的專(zhuān)家系統(tǒng)HEARSAY，并相繼研發(fā)成功HEARSAY—II和HEARSAY—III。

1974年，匹茲堡大學(xué)研制成功內(nèi)科病診斷咨詢(xún)系統(tǒng)INTERNIST，并在以后對(duì)其不斷完善，使之發(fā)展成專(zhuān)家系統(tǒng)CADUCEUS。

8.1專(zhuān)家系統(tǒng)概述

1976年，專(zhuān)家系統(tǒng)MYCIN由美國(guó)斯坦福大學(xué)的E.H.Shortliffe開(kāi)發(fā)成功，其主要設(shè)計(jì)目的是為細(xì)菌感染疾病提供抗菌劑治療建議。MYCIN還首次使用了目前專(zhuān)家系統(tǒng)中常用的知識(shí)庫(kù)的概念，并在不確定性的表示和處理中采用了可信度的方法。

1976年，美國(guó)斯坦福大學(xué)國(guó)際研究所人工智能研究中心的R.O.Duda等人研制成功一個(gè)探礦專(zhuān)家系統(tǒng)ROSPECTOR，該系統(tǒng)把礦床模型按計(jì)算機(jī)能解釋的形式編碼，隨后利用這些模型進(jìn)行推理，達(dá)到勘探評(píng)價(jià)、區(qū)域資源估值、鉆井井位選擇的目的。進(jìn)入20世紀(jì)80年代以后，專(zhuān)家系統(tǒng)的研發(fā)開(kāi)始趨于商品化。8.1專(zhuān)家系統(tǒng)概述2.專(zhuān)家系統(tǒng)的成就由數(shù)字設(shè)備公司（DEC）和卡內(nèi)基—梅隆大學(xué)合作研發(fā)的專(zhuān)家系統(tǒng)XCON，是一個(gè)用于為VAX計(jì)算機(jī)系統(tǒng)制定硬件配置方案的商用系統(tǒng)，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。ACE是由貝爾實(shí)驗(yàn)室于80年代初開(kāi)發(fā)的一個(gè)用于設(shè)備錯(cuò)誤診斷的專(zhuān)家系統(tǒng)，用于定位和識(shí)別在電話網(wǎng)絡(luò)中的故障點(diǎn)。DELTA則是由通用電氣公司在80年代中期開(kāi)發(fā)的錯(cuò)誤診斷系統(tǒng)，以幫助維修人員發(fā)現(xiàn)在柴油發(fā)電機(jī)中的故障。3.中國(guó)的情況我國(guó)專(zhuān)家系統(tǒng)的研發(fā)起步于20世紀(jì)80年代，開(kāi)發(fā)成功了許多具有實(shí)用價(jià)值的應(yīng)用型專(zhuān)家系統(tǒng)。8.1專(zhuān)家系統(tǒng)概述4.需要進(jìn)一步研究并加以解決的問(wèn)題

知識(shí)的自動(dòng)獲取方法、深層知識(shí)的表示和利用方法、分布式知識(shí)的處理方法以及知識(shí)的完備性等問(wèn)題都是要繼續(xù)探討和研究的。8.1專(zhuān)家系統(tǒng)的概述8.1.2專(zhuān)家系統(tǒng)的定義

到目前為止，有關(guān)專(zhuān)家系統(tǒng)還沒(méi)有一個(gè)嚴(yán)格公認(rèn)的形式化定義。但人們普遍認(rèn)為，專(zhuān)家系統(tǒng)是一種具有大量專(zhuān)門(mén)知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的智能程序系統(tǒng)，它能運(yùn)用某個(gè)領(lǐng)域一個(gè)或多個(gè)專(zhuān)家多年積累的經(jīng)驗(yàn)和專(zhuān)門(mén)知識(shí)，模擬領(lǐng)域?qū)＜仪蠼鈫?wèn)題時(shí)的思維過(guò)程，以解決該領(lǐng)域中的各種復(fù)雜問(wèn)題。也就是說(shuō)，專(zhuān)家系統(tǒng)具有三個(gè)方面的含義：

它是一種具有智能的程序系統(tǒng)。能運(yùn)用專(zhuān)家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理的啟發(fā)式程序系統(tǒng)。它必須包含有大量專(zhuān)家水平的領(lǐng)域知識(shí)，并能在運(yùn)行過(guò)程中不斷地對(duì)這些知識(shí)進(jìn)行更新。它能應(yīng)用人工智能技術(shù)模擬人類(lèi)專(zhuān)家求解問(wèn)題的推理過(guò)程，解決那些本來(lái)應(yīng)該由領(lǐng)域?qū)＜也拍芙鉀Q的復(fù)雜問(wèn)題。8.1專(zhuān)家系統(tǒng)的概述8.1.3專(zhuān)家系統(tǒng)的種類(lèi)

對(duì)專(zhuān)家系統(tǒng)的類(lèi)型劃分可以有多種不同的方法。不同的分類(lèi)方法所得到的分類(lèi)結(jié)果也不同。

1.按專(zhuān)家系統(tǒng)特性和處理問(wèn)題的類(lèi)型分類(lèi)

海葉斯—羅斯（F.Heyes-Roth)等人按照專(zhuān)家系統(tǒng)的特性及處理問(wèn)題的類(lèi)型，將專(zhuān)家系統(tǒng)分為以下10種類(lèi)型。

（1）解釋型：通過(guò)對(duì)已知信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和推理，從而確定它們的含義，給出相應(yīng)解釋的一類(lèi)專(zhuān)家系統(tǒng)。（2）診斷型：根據(jù)輸入系統(tǒng)的有關(guān)被診斷對(duì)象的信息，來(lái)推斷出相應(yīng)對(duì)象存在的故障和產(chǎn)生故障的原因，并進(jìn)一步給出排除故障方法的一類(lèi)專(zhuān)家系統(tǒng)。

8.1專(zhuān)家系統(tǒng)的概述（3）設(shè)計(jì)型：根據(jù)用戶(hù)輸入的設(shè)計(jì)要求數(shù)據(jù)，求解出滿足設(shè)計(jì)要求的目標(biāo)配置方案的一種專(zhuān)家系統(tǒng)。（4）預(yù)測(cè)型：通過(guò)對(duì)過(guò)去知識(shí)以及當(dāng)前的事實(shí)與數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，推斷未來(lái)情況的一類(lèi)專(zhuān)家系統(tǒng)。（5）規(guī)劃型：根據(jù)給定的規(guī)劃目標(biāo)數(shù)據(jù)，制定出某個(gè)能夠達(dá)到目的的動(dòng)作規(guī)劃或行動(dòng)步驟的一類(lèi)專(zhuān)家系統(tǒng)。（6）監(jiān)視型：這是一類(lèi)用于對(duì)被檢控對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)地、不斷地觀察，并能觀察到情況及時(shí)做出適當(dāng)反應(yīng)的專(zhuān)家系統(tǒng)。（7）控制型：用來(lái)對(duì)一個(gè)受控對(duì)象或客體的行為進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)與管理，以使其滿足預(yù)期要求的一類(lèi)專(zhuān)家系統(tǒng)。（8）調(diào)試型：對(duì)失靈的對(duì)象制定出排除故障的規(guī)劃并實(shí)施排除的一類(lèi)專(zhuān)家系統(tǒng)。8.1專(zhuān)家系統(tǒng)的概述（9)教學(xué)型：是一類(lèi)可根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，制定適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)計(jì)劃和教學(xué)方法，以對(duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)和輔導(dǎo)的專(zhuān)家系統(tǒng)。

(10)修理型：對(duì)發(fā)生故障的系統(tǒng)或設(shè)備進(jìn)行處理，使其恢復(fù)正常工作的一類(lèi)專(zhuān)家系統(tǒng)。除了以上這10種類(lèi)型的專(zhuān)家系統(tǒng)外，決策型和管理型的專(zhuān)家系統(tǒng)也是近年來(lái)頗受人們重視的兩類(lèi)專(zhuān)家系統(tǒng)。

8.1專(zhuān)家系統(tǒng)的概述2、按系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)分類(lèi)

(1)集中式專(zhuān)家系統(tǒng)這是一類(lèi)對(duì)知識(shí)及推理進(jìn)行集中管理的專(zhuān)家系統(tǒng)。對(duì)于這類(lèi)專(zhuān)家系統(tǒng)，又可根據(jù)系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)與推理機(jī)構(gòu)的組織方式，細(xì)分為層次式結(jié)構(gòu)、深-淺雙層結(jié)構(gòu)、多層聚焦結(jié)構(gòu)及黑板結(jié)構(gòu)等專(zhuān)家系統(tǒng)。

層次式結(jié)構(gòu)專(zhuān)家系統(tǒng)是指其推理機(jī)構(gòu)為多層機(jī)制，推理方式采用逐層推理的專(zhuān)家系統(tǒng)。深—淺雙層結(jié)構(gòu)專(zhuān)家系統(tǒng)是指系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)由兩個(gè)子知識(shí)庫(kù)構(gòu)成，其中一個(gè)稱(chēng)為深層知識(shí)庫(kù)，用于存放問(wèn)題領(lǐng)域內(nèi)的原理性知識(shí)，另一個(gè)稱(chēng)為淺層知識(shí)庫(kù)，用于存放領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)知識(shí)。多層聚焦結(jié)構(gòu)專(zhuān)家系統(tǒng)是指知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)按動(dòng)態(tài)分層組織的形式進(jìn)行管理。黑板結(jié)構(gòu)類(lèi)型的專(zhuān)家系統(tǒng)一般用于求解比較復(fù)雜的問(wèn)題，通常具有多個(gè)知識(shí)庫(kù)和多個(gè)推理機(jī)。8.1專(zhuān)家系統(tǒng)的概述

(2)分布式專(zhuān)家系統(tǒng)

分布式專(zhuān)家系統(tǒng)是指將知識(shí)庫(kù)或/和推理機(jī)分布在一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的一類(lèi)專(zhuān)家系統(tǒng)。主要特點(diǎn)是，系統(tǒng)中的知識(shí)庫(kù)及推理機(jī)在邏輯上和物理上都采用一種分布結(jié)構(gòu)，其各機(jī)構(gòu)間通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互連，并在求解問(wèn)題的過(guò)程中，相互通信、相互協(xié)作。

(3)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)家系統(tǒng)采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行建造，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)知識(shí)表示和求解推理。這種類(lèi)型的專(zhuān)家系統(tǒng)目前尚處于研究階段。

(4)符號(hào)系統(tǒng)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的專(zhuān)家系統(tǒng)將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與符號(hào)處理系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來(lái)就用于專(zhuān)家系統(tǒng)的知識(shí)表示與推理求解。8.1專(zhuān)家系統(tǒng)的概述8.1.4專(zhuān)家系統(tǒng)的一般特點(diǎn)在總體上，專(zhuān)家系統(tǒng)還具有以下一些共同特點(diǎn)：

（1）啟發(fā)性（2）透明性（3）靈活性（4）交互性（5）推理有效性（6）復(fù)雜性（7）實(shí)用性（8）知識(shí)的專(zhuān)門(mén)性（9）易推廣8.2專(zhuān)家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

8.2專(zhuān)家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)8.2.1數(shù)據(jù)庫(kù)及其管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)又稱(chēng)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，用來(lái)存儲(chǔ)有關(guān)領(lǐng)域問(wèn)題的初始事實(shí)、問(wèn)題描述以及系統(tǒng)推理過(guò)程中得到的種種中間狀態(tài)或結(jié)果等，系統(tǒng)的目標(biāo)結(jié)果也存于其中。

8.2.2知識(shí)庫(kù)及其管理系統(tǒng)

知識(shí)庫(kù)是專(zhuān)家系統(tǒng)的知識(shí)存儲(chǔ)器，用來(lái)存放被求解問(wèn)題的相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的原理性知識(shí)或一些相關(guān)的事實(shí)以及專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)。原理性或事實(shí)性知識(shí)是一種廣泛公認(rèn)的知識(shí)，即書(shū)本知識(shí)和常識(shí)，而專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)則是長(zhǎng)期的實(shí)踐結(jié)晶。

8.2.3知識(shí)獲取機(jī)構(gòu)

知識(shí)獲取機(jī)構(gòu)是專(zhuān)家系統(tǒng)中的一個(gè)重要部分,它負(fù)責(zé)系統(tǒng)的知識(shí)獲取，由一組程序組成。其基本任務(wù)是從知識(shí)工程師那里獲得知識(shí)或人訓(xùn)練數(shù)據(jù)8.2專(zhuān)家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)中自動(dòng)獲取知識(shí)，并把得到的知識(shí)送入知識(shí)庫(kù)中，并確保知識(shí)的一致性及完整性。

8.2.4推理機(jī)

推理機(jī)是專(zhuān)家系統(tǒng)在解決問(wèn)題時(shí)的思維推理核心，它是一組程序，用以模擬領(lǐng)域?qū)＜宜季S過(guò)程，以使整個(gè)專(zhuān)家系統(tǒng)能夠以邏輯方式進(jìn)行問(wèn)題求解。

8.2.5解釋器

解釋器是人與機(jī)接口相連的部件，它負(fù)責(zé)對(duì)專(zhuān)家系統(tǒng)的行為進(jìn)行解釋?zhuān)⑼ㄟ^(guò)人機(jī)接口界面提供給用戶(hù)。

8.2.6人—機(jī)接口人－機(jī)接口是專(zhuān)家系統(tǒng)的另一個(gè)關(guān)鍵組成部分，它是專(zhuān)家系統(tǒng)與外界進(jìn)行通訊與交互的橋梁，由一組程序與相應(yīng)的硬件組成。8.3知識(shí)獲取8.3.1知識(shí)獲取的任務(wù)利用某種手段從知識(shí)源中獲取專(zhuān)家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)問(wèn)題求解所需的專(zhuān)門(mén)知識(shí)，并以某種形式在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)，滿足領(lǐng)域問(wèn)題求解的需求。一般包括知識(shí)抽取、表示、輸入和檢測(cè)等幾項(xiàng)工作。

1、知識(shí)抽取

知識(shí)抽取是指把蘊(yùn)含于多個(gè)知識(shí)源中的知識(shí)經(jīng)過(guò)分析、識(shí)別、理解、遴選、歸納等處理后抽取出來(lái)，以便用于知識(shí)庫(kù)的建立。知識(shí)源是指專(zhuān)家系統(tǒng)知識(shí)的來(lái)源，包括領(lǐng)域?qū)＜摇⒓夹g(shù)報(bào)告、課本教材、相關(guān)論文、實(shí)例研究、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及系統(tǒng)本身的運(yùn)行實(shí)踐等。8.3知識(shí)獲取

2、知識(shí)的表示將知識(shí)源中以自然語(yǔ)言、圖形、表格等形式表示的知識(shí)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別或運(yùn)用的形式。這種轉(zhuǎn)換通常先由知識(shí)工程師對(duì)知識(shí)源中的知識(shí)進(jìn)行分析和抽樣，并用適當(dāng)?shù)闹R(shí)表示形式表示出來(lái)，然后再把這種知識(shí)表示形式通過(guò)某種編譯程序翻譯成計(jì)算機(jī)可直接識(shí)別或應(yīng)用的內(nèi)部編碼。

3、知識(shí)的輸入

知識(shí)輸入就是要把從知識(shí)源獲取的、以某種表示形式表示的知識(shí)經(jīng)過(guò)在計(jì)算機(jī)上編輯、編譯送入知識(shí)庫(kù)的過(guò)程。

4、知識(shí)的檢測(cè)

知識(shí)檢測(cè)的主要任務(wù)是保證知識(shí)庫(kù)的一致性和完整性。8.3知識(shí)獲取8.3.2知識(shí)獲取主要途徑

按照知識(shí)獲取所使用的手段，可分為人工獲取、半自動(dòng)化獲取和自動(dòng)化獲取三種。

1、人工知識(shí)獲取是一種通過(guò)知識(shí)工程師對(duì)知識(shí)源中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，以獲取知識(shí)的一種途徑。知識(shí)工程師首先從領(lǐng)域?qū)＜夷抢锪私馑麄兘鉀Q問(wèn)題的方法，閱讀有關(guān)文獻(xiàn)，初步獲取專(zhuān)家系統(tǒng)所需要的原始知識(shí)；然后，再對(duì)所獲得的原始知識(shí)進(jìn)行分析、歸納、整理、總結(jié)，將每一條知識(shí)用自然語(yǔ)言的形式表達(dá)出來(lái)，并交由領(lǐng)域?qū)＜覍彶椤＝?jīng)反復(fù)交流，最后把所總結(jié)的每條知識(shí)確定下來(lái)，再將每條知識(shí)用適當(dāng)?shù)闹R(shí)表示方法表示出來(lái)，應(yīng)用知識(shí)編輯器輸入計(jì)算機(jī)。8.3知識(shí)獲取

在從領(lǐng)域?qū)＜夷抢铽@取知識(shí)時(shí)一般采用如下的技術(shù)步驟：

（1）現(xiàn)場(chǎng)觀察（2）問(wèn)題討論（3）問(wèn)題描述（4）問(wèn)題分析（5）建造原型系統(tǒng)（6）系統(tǒng)檢查

（7）系統(tǒng)驗(yàn)證

8.3知識(shí)獲取2、半自動(dòng)化知識(shí)獲取半自動(dòng)知識(shí)獲取是指在人工知識(shí)獲取的基礎(chǔ)上增加了部分機(jī)器學(xué)習(xí)功能，使專(zhuān)家系統(tǒng)本身能夠從大量的實(shí)例中歸納出某些知識(shí)。由于它不是純粹的人工知識(shí)獲取，又不是完全的機(jī)器自動(dòng)知識(shí)獲取，因而稱(chēng)作半自動(dòng)和知識(shí)獲取。以下的一些方法屬于半自動(dòng)化獲取方法。（1）智能知識(shí)編輯這是一個(gè)通過(guò)建立智能知識(shí)編輯器來(lái)實(shí)現(xiàn)知識(shí)獲取的方法。智能知識(shí)編輯器是一種類(lèi)似于數(shù)據(jù)庫(kù)編輯器的軟件，它可實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)庫(kù)的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容進(jìn)行修改，是目前建造專(zhuān)家系統(tǒng)時(shí)常用的一種工具。8.3知識(shí)獲取

（2）知識(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)

這是一種利用計(jì)算機(jī)輔助以獲取知識(shí)的系統(tǒng)，是目前機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域研究的主要內(nèi)容。這種系統(tǒng)能夠利用計(jì)算機(jī)通過(guò)內(nèi)建的各種數(shù)據(jù)分析模型與算法，對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)或?qū)嶋H問(wèn)題進(jìn)行分析處理，歸納、總結(jié)或發(fā)現(xiàn)一些尚未為專(zhuān)家系統(tǒng)掌握或認(rèn)識(shí)的新知識(shí)，并將其送入系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)，使其知識(shí)不斷完善豐富。

3、自動(dòng)知識(shí)獲取自動(dòng)知識(shí)獲取是指通過(guò)專(zhuān)家系統(tǒng)本身來(lái)獲取知識(shí)。為此，系統(tǒng)應(yīng)具備如下的功能：（1）具有語(yǔ)音、文字、圖像的識(shí)別功能（2）具有理解、分析、歸納的能力（3）具有從自身運(yùn)行過(guò)程中學(xué)習(xí)的能力8.4專(zhuān)家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建造8.4.1開(kāi)發(fā)專(zhuān)家系統(tǒng)的基本要求

1、選擇合適的應(yīng)用領(lǐng)域及問(wèn)題哪些領(lǐng)域適合開(kāi)發(fā)專(zhuān)家系統(tǒng)，哪些領(lǐng)域不適于開(kāi)發(fā)專(zhuān)家系統(tǒng)，是開(kāi)發(fā)專(zhuān)家系統(tǒng)首先要考慮的一個(gè)問(wèn)題。下面是選擇專(zhuān)家系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域時(shí)應(yīng)遵循的一些原則。

(1)該應(yīng)用領(lǐng)域是否有使用專(zhuān)家系統(tǒng)的需求例如：中醫(yī)診療方面，由于病因的復(fù)雜性，將多名老中醫(yī)、老專(zhuān)家的診病經(jīng)驗(yàn)合在一起，開(kāi)發(fā)一個(gè)中醫(yī)診斷專(zhuān)家系統(tǒng)就很有必要。8.4專(zhuān)家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建造(2)所涉及的領(lǐng)域問(wèn)題是否適合專(zhuān)家系統(tǒng)來(lái)解決計(jì)算機(jī)專(zhuān)家系統(tǒng)適合解決那些迄今為止人類(lèi)還沒(méi)有徹底掌握的、不存在成熟算法且主要靠專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)來(lái)解決的、帶有點(diǎn)模糊性的領(lǐng)域問(wèn)題。

(3)領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)是否易于獲得問(wèn)題領(lǐng)域的選擇通常還與專(zhuān)家掌握該問(wèn)題領(lǐng)域知識(shí)的程度有關(guān)，即與求解問(wèn)題的準(zhǔn)確性和知識(shí)好壞程序有關(guān)。如果任務(wù)非常新、難度又十分大，以至于為求解該問(wèn)題需要做一些基礎(chǔ)性研究工作的話，則該任務(wù)不宜用專(zhuān)家系統(tǒng)來(lái)解決。8.4專(zhuān)家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建造2、建造專(zhuān)家系統(tǒng)可行性

可行性問(wèn)題包括經(jīng)濟(jì)可行性、技術(shù)可行性、操作可行性等。

(1)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)可行性經(jīng)濟(jì)和技術(shù)可行性主要考慮建造專(zhuān)家系統(tǒng)所要付出的代價(jià)是否值得，所需技術(shù)是否完備。以下幾種情況是不合適的：

①問(wèn)題求解需要很大的物質(zhì)或金錢(qián)代價(jià)；②人類(lèi)專(zhuān)家的知識(shí)被遺忘或在知識(shí)傳遞中被損失；③領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)或經(jīng)驗(yàn)非常少；④在許多情況下必須人類(lèi)專(zhuān)家親臨現(xiàn)場(chǎng)解決。8.4專(zhuān)家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建造

(2)操作可行性操作可行性是指當(dāng)其他條件具備之后，能否付諸實(shí)施。

3、領(lǐng)域?qū)＜曳e極參與

如果沒(méi)有某領(lǐng)域內(nèi)的真正公認(rèn)的高水平領(lǐng)域?qū)＜业姆e極參與，開(kāi)發(fā)一個(gè)該領(lǐng)域的實(shí)用專(zhuān)家系統(tǒng)只能是一句空話。

4、知識(shí)的可表達(dá)性

專(zhuān)家知識(shí)的可表達(dá)性是非常必要的。只有那些專(zhuān)家的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)?zāi)苡谜Z(yǔ)言或文字表達(dá)清楚的應(yīng)用領(lǐng)域，才適合開(kāi)發(fā)專(zhuān)家系統(tǒng)。

8.4專(zhuān)家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建造8.4.2專(zhuān)家系統(tǒng)建造步驟應(yīng)用領(lǐng)域選擇與可行性分析需求分析原型設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)原型系統(tǒng)評(píng)價(jià)最終系統(tǒng)設(shè)計(jì)最終系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)測(cè)試與評(píng)價(jià)系統(tǒng)維護(hù)圖8.2專(zhuān)家系統(tǒng)的建造步驟8.4專(zhuān)家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建造

下面對(duì)圖8.2所描述的專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的各個(gè)階段分別進(jìn)行討論。

1、應(yīng)用領(lǐng)域選擇與可行性分析

這一階段主要工作包括以下幾個(gè)方面：

（1）問(wèn)題調(diào)研；（2）可行性分析；（3）確定最終開(kāi)發(fā)專(zhuān)家系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域及要解決的問(wèn)題。

2、需求分析

需求分析就是系統(tǒng)建造人員對(duì)用戶(hù)的需求進(jìn)行詳盡的調(diào)查和仔細(xì)的分析，它是建立專(zhuān)家系統(tǒng)的第一步，需求分析的好壞直接影響著系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的成敗。其內(nèi)容包括：目標(biāo)與任務(wù)描述、數(shù)據(jù)與知識(shí)描述、功能描述、性能描述、質(zhì)量保證、時(shí)間與進(jìn)度要求等。

8.4專(zhuān)家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建造3、原型設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

在建造系統(tǒng)原型時(shí)，要注意這樣一些問(wèn)題：（1）只追求系統(tǒng)主要功能的實(shí)現(xiàn)，暫不考慮系統(tǒng)的處理效率和次要功能；（2）知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)數(shù)量不能太多，但對(duì)解決該類(lèi)型問(wèn)題所需的知識(shí)類(lèi)型應(yīng)該齊全；（3）對(duì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法與知識(shí)庫(kù)的構(gòu)建方法、推理方法等都應(yīng)有多種備選方案，以供專(zhuān)家、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者和用戶(hù)比較，以便在開(kāi)發(fā)最終系統(tǒng)時(shí)選用最好的方法。

4、原型評(píng)價(jià)

由用戶(hù)、領(lǐng)域?qū)＜?、知識(shí)工程師和系統(tǒng)編程人員共同對(duì)系統(tǒng)的主要功能、知識(shí)推理功能等需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)中的主要指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試及評(píng)價(jià)，對(duì)其不足進(jìn)行反饋，以便進(jìn)行修改。

8.4專(zhuān)家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建造5、最終系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該階段的主要任務(wù)包括：?jiǎn)栴}的詳細(xì)定義；確定項(xiàng)目規(guī)劃；對(duì)系統(tǒng)各個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，如基本知識(shí)描述、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、工具選擇、知識(shí)表示方式、推理方式、對(duì)話模型等；制定測(cè)試規(guī)劃；制定產(chǎn)品規(guī)劃；提出實(shí)施規(guī)劃等。本階段的最終結(jié)果使系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。

6、最終系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本階段依據(jù)最終系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)對(duì)專(zhuān)家系統(tǒng)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)。選擇適當(dāng)?shù)恼Z(yǔ)言環(huán)境和軟件開(kāi)發(fā)工具，完成的主要工作包括：原型系統(tǒng)修改；系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；系統(tǒng)集成與驗(yàn)證。

8.4專(zhuān)家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建造

7、系統(tǒng)測(cè)試與評(píng)價(jià)

最終系統(tǒng)完成后，還需對(duì)其進(jìn)行必要的測(cè)試與評(píng)估，并根據(jù)測(cè)試與評(píng)估結(jié)果對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行必要的修改，以達(dá)到需求分析書(shū)中所確立的性能與功能指標(biāo)。

8、系統(tǒng)維護(hù)與完善

在這一階段中，系統(tǒng)人員要傾聽(tīng)用戶(hù)的反映，對(duì)系統(tǒng)中的一些不足進(jìn)行不斷的完善。主要的工作是：不斷增加系統(tǒng)功能；不斷修改系統(tǒng)，尤其是擴(kuò)充知識(shí)庫(kù)，使其更完備；不斷擴(kuò)大系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，增強(qiáng)系統(tǒng)的問(wèn)題求解能力；修改系統(tǒng)，使其能夠適應(yīng)外部環(huán)境的變化。8.5專(zhuān)家系統(tǒng)的評(píng)價(jià)1.專(zhuān)家系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法

到目前為止還沒(méi)有一個(gè)令人信服的專(zhuān)家系統(tǒng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。不過(guò)，以下兩種方法是在評(píng)價(jià)專(zhuān)家系統(tǒng)時(shí)常用的方法。（1）“逸事”評(píng)價(jià)法。利用一些典型例子來(lái)對(duì)系統(tǒng)的性能進(jìn)行說(shuō)明，向人們證明系統(tǒng)在這些典型例子所具有的條件下工作性能良好。對(duì)于這些例子以外的其他情況，系統(tǒng)能否很好的工作并不知道。

（2）實(shí)驗(yàn)的方法。利用實(shí)驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)專(zhuān)家系統(tǒng)在處理存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中的各種問(wèn)題實(shí)例時(shí)，所表現(xiàn)出的性能。這種方法看起來(lái)似乎比逸事方法優(yōu)越，但在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上難度較大，在獲取數(shù)據(jù)庫(kù)中哪些有代表性的實(shí)例時(shí)，也常常會(huì)遇到困難。8.5專(zhuān)家系統(tǒng)的評(píng)價(jià)2.評(píng)價(jià)內(nèi)容

對(duì)專(zhuān)家系統(tǒng)的評(píng)價(jià)可以從專(zhuān)家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)、結(jié)構(gòu)、性能、實(shí)用性等方面來(lái)進(jìn)行，其內(nèi)容主要包括以下幾項(xiàng)：（1）知識(shí)庫(kù)中知識(shí)是否完備。

（2）知識(shí)的表示方法與組織方法是否適當(dāng)。

（3）系統(tǒng)的推理是否正確。