專傢系統

　　以知識為基礎，在特定問題領域內能像人類專傢那樣解決複雜現實問題的電腦（程式）系統，屬於知識型系統（見知識工程）。也有人認為，應將專傢系統理解為人機系統。研製專傢系統的實際經驗表明：專傢系統獲得成功主要是因為系統擁有大量的知識。用什麼方式表示和應用知識決定於問題的性質（見知識表示）。

　　專傢系統的理想結構　

早期的專傢系統結構比較簡單，一般由知識庫、全局數據庫和解釋程序三個基本部分組成。隨著專傢系統應用的發展，其體系結構也產生瞭相應的變化。一個理想的專傢系統的體系結構（見圖）大體上由 7個部分組成。①語言處理程序：它在特定問題領域內提供用限定的自然語言進行人機通信的手段（見 自然語言理解）。② 知識庫：用以存放相對穩定的規則和事實。③全局數據庫：黑板結構是它的一種新形式，主要用以記錄動態變化的中間數據，其中“計劃”部分包含問題目標、待解決的子問題和當前的環境數據等；“議程”部分包含待處理的事件和待采取的行動；“方案”部分列出所有可以選用的假說和相應的決定。④解釋程序：根據當前局勢具體執行某條規則。⑤調度程序：對知識庫中各規則的執行順序進行控制。⑥協調程序：當引入新數據或新規則而使某結論的前提條件發生變化時，對該結論進行調整。早期的專傢系統中，對控制功能要求不高，往往隻設一個統一的解釋程序。⑦說明程序：向用戶顯示解題過程並說明其理由。專傢系統起著人的智能助手作用，要使專傢系統真正實用化，必須取得用戶信賴，克服人的消極心理因素。從這個意義說，說明程序的作用非常重要。

　　專傢系統的功能和應用領域　專傢系統的功能和相應的應用領域大致可歸納為以下幾個方面。

　　解釋　根據實驗數據或由傳感器提供的感覺信號對當前局勢進行解釋。可用於空間監視、言語理解、圖像理解、化學結構分析、信號解釋等方面。這類系統的共同技術特征是對獲得的數據指派合適的符號意義。

　　預測　根據當前局勢對以後可能出現的結局進行預測，可用於天氣預報、人口統計、交通事故分析、作物收成估算、軍事預測等方面。這類系統通常使用一個參數動態模型，模型中參數的值與給定的局勢擬合，從模型推出的結論形成預測的依據。

　　診斷　根據觀測數據確定故障所在,可用於醫療、電子、機械和計算機軟件等方面的故障診斷。這類系統通常使用一張聯想表，將待診斷對象的異常行為與其出現原因聯系起來，在較復雜的情形下需要將設計知識同運轉維護知識結合起來，對可能出現的各種故障進行比較。

　　設計　根據設計要求確定產品結構，可用於電路佈線、建築設計和預算編制等方面。這類系統屬於智能化計算機輔助設計系統，要對設計部件相互關系進行描述和分析來證明所定結構的合理性，有時還要考慮設計目標的優化問題。

　　行動計劃　它的任務是設計行動步驟，可用於機器人作業設計、自動程序設計等方面。

　　監控　將觀測到的系統行為與可能影響工作完成的因素進行比較和辨識。它能辨識兩種情況：正常作業的前提條件是否受到破壞；作業是否有破壞工作環境的副作用。這類系統可用於核電站監控、空中交通調度、作物病害管理、財務監督等方面。但它尚處於實驗室階段。

　　調試或故障排除　它的任務是對已發現的計算機程序錯誤或機電等設備的故障提出處理意見。這類專傢系統尚處於研制過程中。

　　修理　針對已診斷出的問題制訂修理計劃並具體執行。這類專傢系統一般兼有故障排除和計劃制訂等功能，預期可應用於汽車、電子、航空、航天等工業，但尚處於研究的初始階段。

　　教學　能在特定領域內對學生（或徒工）因材施教地授業傳藝，因此常稱為智能化計算機輔助教學。這類專傢系統通常包含診斷子系統和錯誤糾正子系統。首先需要建立關於對象知識狀態的模型，然後從中發現問題並采取相應措施，最後通過對話使教學對象得到適應其需要的知識。

　　控制　能自適應地控制對象的宏觀行為。用於控制的專傢系統一般兼有理解、預測、診斷、計劃制訂、監控等多方面功能，能用於空中交通管制、商務管理、軍事控制問題，稱為專傢控制系統（見智能控制）。將研制專傢系統的知識工程技術用於控制問題具有重大而深遠的意義。實踐表明，許多復雜控制過程難以用數學方法建立定量計算模型，而必須用知識工程技術建立定性分析模型，有時還需要建立定性分析與定量計算相結合的理論模型（如核電站控制問題）。這不但表明工程控制技術與知識工程技術的結合，還意味著系統科學與思維科學的相互滲透。上述各種功能並不互相排斥，因此一個實際專傢系統可能兼有多種功能。

　　MYCIN系統　MYCIN是典型的專傢系統，由美國斯坦福大學首先研制成功。現代許多專傢系統都是遵循MYCIN系統設計方法建立的,因此對MYCIN系統的描述有助於瞭解一般專傢系統的工作過程。

　　MYCIN 是對傳染病的診斷和治療提出建議的專傢系統，工作時將患者的病史、已服藥物和藥物反應等數據錄入全局數據庫中。知識庫中則存放相對穩定、不因人而異的知識，這些知識用LISP語言寫成，例如

　　　　(IDENT ORGANISM-2KLEBSIELLA.75)就代表一個事實，意為2號菌體是克雷白氏桿菌,此事實的可靠性（稱為置信度，常用CF代表）為0.75。法則的表示則復雜一些，MYCIN中采用產生式規則的形式

PREMISE:(AND(SAME CNTXT INFECT

　　　　 PRIMARY-BACTEREMIA)

　　　　 (MEMBF CNTXT SITE STERILESITES)

　　　　 (SAME CNTXT PORTAL GI))

ACTION: (CONCLUDE CNTXT IDENT

　　　　 BACTEROIDES TALLY.7)

這條規則有三個前提條件，一個結論。其意義如下：如果①感染屬於原發性菌血癥，②菌體的培養點是無菌點，③細菌的侵入門戶是胃腸,那麼可以0.7的置信度判定菌體是一種擬桿菌。將這類規則轉換為自然語言是比較方便的，因此MYCIN具有較強的說明功能。在MYCIN的知識庫中有500條左右這類規則。MYCIN中的法則是以產生式規則的形式表出，所以從結構的觀點看它屬於規則型系統或產生式系統。根據數據庫中反映當前局勢的數據,運用知識庫的法則來作出相應結論的推理機制有時稱為推理機。MYCIN 中采用深度優先與或樹搜索的逆向推理法（見搜索）。根據推理結果,MYCIN對疾病作出診斷並提出相應的治療建議。為瞭便於 MYCIN從專傢醫生獲取知識（另一方面也可用MYCIN培訓青年醫生），MYCIN系統還設置有知識獲取程序TEIRESIAS。

　　MYCIN系統用置信度處理不精確知識的方法,受到人們重視，但也引起一些爭議。另外，模糊邏輯在實際專傢系統中的應用也是值得註意的問題。

　　若幹典型的專傢系統　從60年代開始已研制出一批有典型意義的專傢系統。

　　DENDRAL系統　60年代後期在美國研制成功而且目前仍在使用的專傢系統。知識工程的基本思想就起源於這一系統。DENDRAL包括DENDRAL和META－DENDRAL兩個子系統。DENDRAL根據核磁共振分析儀和其他化學試驗的測定數據對未知化合物的分子結構式進行預測；META－DENDRAL則向DENDRAL提供關於有機化合物結構的裂解公式。

　　CASNET系統　70年代研制成的用於青光眼的診斷醫療系統，但是設計的指導思想是企圖模擬一般的疾病而並不局限於青光眼。根據這種思想建立瞭適用於CASNET型系統的、稱為EXPERT的專用語言,可用來構築其他專傢系統,例如風濕病和內分泌疾患的醫療診斷系統。CASNET系統采用因果聯系網絡(associational networks)來表示知識法則，這同DENDRAL、MYCIN中用產生式規則來表示知識法則有所不同。

　　MACSYMA系統　70年代為瞭幫助天文、物理方面的應用數學傢從事符號微積分運算和簡化公式推演研制的專傢系統。

　　CADUCEUS系統　原名INTERNIST,70年代後期開始研制的、期望能對整個內科領域85％疾病(包括並發癥)進行診斷治療，它的知識庫已包含100000條法則，是迄今為止最大的專傢系統之一。

　　PROSPECTOR系統 它是地質勘探專傢系統,已在發現大型鉬礦藏中起瞭重要的咨詢作用。

　　SOPHIE系統　它是智能化計算機輔助教學系統，能起電子實驗室輔導教師作用。

　　HEARSAY-Ⅱ和HARPPY系統　二者都是引人註目的實驗性言語理解系統。

　　

參考書目

　Frederick Hayes-Roth and others，eds，Building Expert Systems，Addison－Wesley Publ.Co.，Mass.,1983.

　Avron Barr and Edward A.Feigenbaum, eds, The Handbook of Artificial Intelligence，Vol.Ⅱ, William Kaufmann, Inc., Los Altos, Calif.,1981.