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1、1 第 9章 智能應(yīng)用簡(jiǎn)介 9.1 自然語(yǔ)言理解簡(jiǎn)介 9.1.1 自然語(yǔ)言理解的基本概念 9.1.2 詞法分析 9.1.3 句法分析 9.1.4 語(yǔ)義分析 9.2 專家系統(tǒng)簡(jiǎn)介 2 自然語(yǔ)言： 是指人類日常交流所使用的語(yǔ)言。 自然語(yǔ)言理解： 主要研究如何使計(jì)算機(jī)能夠理解和生成自然語(yǔ)言。 自然語(yǔ)言組成： 是音義結(jié)合的詞匯和語(yǔ)法體系。詞匯是語(yǔ)言的基本單位， 它在語(yǔ)法的支配下可構(gòu)成有意義和可理解的句子，句子再按一定的形式構(gòu)成 篇章等。其結(jié)構(gòu)如下圖所示： 語(yǔ)言 造句法 詞匯 是語(yǔ)言的基本單位。 熟語(yǔ) 是指一些詞的固定組合，如漢語(yǔ)中的成語(yǔ)。 詞又由詞素

2、構(gòu)成， 詞素 是構(gòu)成詞的最小有意義的單位。如“學(xué)生”是由“學(xué)” 和“生”這兩個(gè)詞素構(gòu)成的。 語(yǔ)法 是語(yǔ)言的組織規(guī)律。 詞法 是用詞素或熟語(yǔ)構(gòu)成詞的規(guī)則，可分為構(gòu)形 法和構(gòu)詞法。 構(gòu)形法 是指單數(shù)復(fù)數(shù)等。 造句法 是用詞和詞組構(gòu)造句子的規(guī)則。 詞匯 語(yǔ)法 句法 構(gòu)形法 構(gòu)詞法 詞 熟語(yǔ) 詞法 詞素 詞組構(gòu)造法 9.1.1 自然語(yǔ)言理解的基本概念 自然語(yǔ)言與自然語(yǔ)言理解 3 自然語(yǔ)言理解分聲音語(yǔ)言和文字語(yǔ)言，聲音語(yǔ)言理解分 5個(gè)階段，而文字語(yǔ) 言的理解為聲音語(yǔ)言的后 4個(gè)階段。 語(yǔ)音分析 要讓計(jì)算機(jī)能夠聽懂人類的語(yǔ)言 聲音語(yǔ)言的最小單位是因素，先根據(jù)音

3、位規(guī)則， 從語(yǔ)音流中分解出獨(dú)立的 因素，再根據(jù)音位形態(tài)規(guī)則找出一個(gè)個(gè)音節(jié)及其對(duì)應(yīng)的詞或詞素。 詞法分析 按照詞法，將句子切成一個(gè)個(gè)詞 句法分析 句法分析：按照句法，把詞組成句子 語(yǔ)義分析 上下文無(wú)關(guān)，分析句子的語(yǔ)義 語(yǔ)用分析 上下文有關(guān)，分析句子在段落中的意思 9.1.1 自然語(yǔ)言理解的基本概念 自然語(yǔ)言理解的層次 4 其主要任務(wù)是要找出詞匯的各個(gè)詞素，從中獲得語(yǔ)言學(xué)信息，并確定單詞 的詞義。以英語(yǔ)為例，其詞法分析的基本算法如下： repeat look for word in dictionary if not found

4、 then modify the word until word is found or no further modification possible 其中， word是一個(gè)變量，其初始值就是當(dāng)前詞。 例 9.1 用上述算法分析 catches。 解：其分析過(guò)程如下： catches 詞典中查不到 catche 修改 1：去掉 s catch 修改 2：去掉 e 可以看出，在修改 2時(shí)就查到了 catch。當(dāng)然，這只是一個(gè)很簡(jiǎn)單的例子， 完整的詞法分析還應(yīng)該包括復(fù)合詞的切分等。 9.1.2 詞法分析 5 9.1.3 句法分析 句法規(guī)

5、則的表示方法（句子結(jié)構(gòu)的表示） 常用方法主要有上下文無(wú)關(guān)文法、變換文法等。 句子結(jié)構(gòu)的表示 一個(gè)句子由各種不同的 句子成分 組成。這些成分可以是單詞、詞組或從句。 也還可以按其作用分為主語(yǔ)、謂語(yǔ)、賓語(yǔ)、賓語(yǔ)補(bǔ)語(yǔ)、定語(yǔ)、狀語(yǔ)、表語(yǔ)等。 這種關(guān)系可用一棵樹來(lái)表示，如： He wrote a book 可用圖 9.2所示的樹形結(jié)構(gòu)來(lái)表示 一個(gè)句子又由若干個(gè) 詞類構(gòu)成 ，如名詞、動(dòng)詞、代詞、形容詞等。若從句 子的詞類考慮，一個(gè)句子也可用一棵分析樹表示。如圖 9.3所示。 句子 主語(yǔ) 謂語(yǔ) 動(dòng)詞 賓語(yǔ) He wrote a book 句子 代詞 動(dòng)詞短語(yǔ) 動(dòng)詞

6、名詞短語(yǔ) He wrote a book 圖 9.2 按 句子成分 構(gòu)成的分析樹 圖 9.3 按 詞類構(gòu)成 的分析樹 6 上下文無(wú)關(guān)文法 (Context-free Grammars) 是喬姆斯基提出的一種對(duì)自然語(yǔ)言語(yǔ)法知識(shí)進(jìn)行形式化描述的方法。在這 種文法中，語(yǔ)法知識(shí)是用重寫規(guī)則表示的。 作為例子，下面給出了一個(gè)英語(yǔ)的很小的子集，圖 9-4。 語(yǔ)句 句子 終標(biāo)符 句子 名詞短語(yǔ) 動(dòng)詞短語(yǔ) 動(dòng)詞短語(yǔ) 動(dòng)詞 名詞短語(yǔ) 名詞短語(yǔ) 冠詞 名詞 名詞短語(yǔ) 專用名詞 冠詞 the 名詞 profe

7、ssor 動(dòng)詞 wrote 名詞 book 動(dòng)詞 trains 專用名詞 Jack 終標(biāo)符 . . 這就是一個(gè)英語(yǔ)子集的上下文無(wú)關(guān)文法 在該文法中，“語(yǔ)句”是一個(gè)特殊的非終極符，稱為起始符。 9.1.3 句法分析 句法規(guī)則的表示方法（上下文無(wú)關(guān)文法） 1/2 7 例 9.2 利用上述上下文無(wú)關(guān)文法，給出如下語(yǔ)句的分析樹。 The professor trains Jack. The professor . trains Jack 解： 如下圖 9.1.3 句法分

8、析 句法規(guī)則的表示方法（上下文無(wú)關(guān)文法） 2/2 句子 語(yǔ)句 終標(biāo)符 動(dòng)詞短語(yǔ) 名詞短語(yǔ) 冠詞 名詞 動(dòng)詞 名詞短語(yǔ) 專用名詞 8 上下文無(wú)關(guān)文法反映的僅是一個(gè)句子本身的層次結(jié)構(gòu)和生成過(guò)程，而自然 語(yǔ)言是上下文有關(guān)的。為此，喬姆斯基又提出了變換文法 (Transformational Grammar)。該文法認(rèn)為，句子的結(jié)構(gòu)有深層和表層兩個(gè)層次。例如： She read me a story 和 She read a story to me 的表層結(jié)構(gòu)不一樣，但它們的深層結(jié)構(gòu)則是一樣的。再如，主動(dòng)句和被動(dòng)句 也只是表層結(jié)構(gòu)不同，其深層結(jié)構(gòu)則是相同的。 在變換

9、文法中，句子深層結(jié)構(gòu)和表層結(jié)構(gòu)之間的變換是通過(guò)變換規(guī)則實(shí)現(xiàn) 的，如圖 9.6給出了一條把主動(dòng)句變換為被動(dòng)句的變換規(guī)則。 動(dòng)詞 介詞 動(dòng)詞的過(guò)去分詞 名詞短語(yǔ) 1 句子 介詞短語(yǔ) 句子 名詞短語(yǔ) 1 動(dòng)詞短語(yǔ) 動(dòng)詞 名詞短語(yǔ) 2 名詞短語(yǔ) 2 動(dòng)詞被動(dòng)語(yǔ)態(tài) 9.1.3 句法分析 句法規(guī)則的表示方法 (變換文法 )1/2 9 助動(dòng)詞 介詞 動(dòng)詞的過(guò)去分詞 名詞短語(yǔ) 1 句子 介詞短語(yǔ) 句子 名詞短語(yǔ) 1 動(dòng)詞短語(yǔ) 動(dòng)詞 名詞短語(yǔ) 2 名詞短語(yǔ) 2 動(dòng)詞被動(dòng)語(yǔ)態(tài) 冠詞 名詞 專用名詞 上下文無(wú) 關(guān)文法 變換規(guī)則 冠詞 名詞 The professor Jack tr

10、ains Jack 專用名詞 is trained by the professor 先用上下文無(wú)關(guān)文法得句子的深層結(jié)構(gòu)，再用變換文法得表層結(jié)構(gòu)。 例 9.3 利用變換文法，將前述主動(dòng)句變?yōu)楸粍?dòng)句。 解： 其變換過(guò)程是：先從非終極符“句子”開始產(chǎn)生一個(gè)主動(dòng)句： The professor trains Jack 然后再應(yīng)用圖 9.7所示的變換規(guī)則把它變?yōu)楸粍?dòng)句： Jack is trained by the professor 9.1.3 句法分析 句法規(guī)則的表示方法 (變換文法 )2/2 10 自頂向下分析，是指從起始符開始應(yīng)用文法規(guī)則，一層一

11、層地向下產(chǎn)生分析樹的各 個(gè)分支，直至生成與輸入語(yǔ)句相匹配的完整的句子結(jié)構(gòu)為止。 例如，圖 9-4所示的上下文無(wú)關(guān)文法，采用自頂向下分析方法對(duì)語(yǔ)句： The professor trains Jack . 進(jìn)行分析的過(guò)程是： 首先，從起始符“語(yǔ)句”開始，正 向運(yùn)用規(guī)則： 語(yǔ)句 句子 終標(biāo)符 把分析樹的根節(jié)點(diǎn)“語(yǔ)句”替換為它 的兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)“句子”和“終標(biāo)符”。 如分析樹一 然后，再對(duì)新生成的節(jié)點(diǎn)“句子” 使用規(guī)則： 句子 名詞短語(yǔ) 動(dòng)詞短語(yǔ) 將其替換為兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)“名詞短語(yǔ)” 與“動(dòng)詞短語(yǔ)”。如分析樹二 語(yǔ)句 句子 終標(biāo)符 語(yǔ)句

12、 句子 終標(biāo)符 圖：部分分析樹一 動(dòng)詞短語(yǔ) 名詞短語(yǔ) 圖：部分分析樹二 9.1.3 句法分析 自頂向下分析 11 接著，對(duì)于“名詞短語(yǔ)”，有兩 條規(guī)則可用，若按規(guī)則的排列順序， 則選用 名詞短語(yǔ) 冠詞 名詞 將“名詞短語(yǔ)”被替換為“冠詞” 和“名詞”，生成兩個(gè)新節(jié)點(diǎn)。如 分析樹三 再接著，對(duì)“冠詞”使用規(guī)則： 冠詞 The 對(duì)名詞使用規(guī)則： 名詞 professor 將冠詞 替換為 The，名詞替換為 professor。如分析樹四 語(yǔ)句 句子 終標(biāo)符 動(dòng)詞短語(yǔ) 明詞短語(yǔ) 圖：部分分析樹三 冠詞 名詞 句子 終標(biāo)符

13、動(dòng)詞短語(yǔ) 明詞短語(yǔ) 圖：部分分析樹四 冠詞 名詞 語(yǔ)句 The professor 依此進(jìn)行 ，最后可得到 如圖 9.5所示的自頂向下的 完整分析樹。 9.1.3 句法分析 自頂向下分析 12 它以輸入語(yǔ)句的單詞為基礎(chǔ)，首先按重寫規(guī)則的箭頭指向，反方向使用那 些最具體的重寫規(guī)則，把單詞歸并成較大的結(jié)構(gòu)成分，如短語(yǔ)等，然后對(duì)這 些成分繼續(xù)逆向使用規(guī)則，直到分析樹的根節(jié)點(diǎn)為止。 還是前面的語(yǔ)句 The professor trains Jack 按自底向上，先逆向使用圖 8.4中的具體規(guī)則，可得到如下所示的部分分析樹。 Jack 名詞短語(yǔ) 專用名詞

14、 trains 動(dòng)詞 冠詞 名詞 The professor 終標(biāo)符 . 然后，繼續(xù)逆向使用規(guī)則，一步步歸并，直到根節(jié)點(diǎn)“語(yǔ)句”為止，最后 即可生成如圖 9.5所示的完整的分析樹。 自頂向下分析方法與自底向上分析方法雖然思路清晰，但分析效率不高。 為了提高分析效率，可采用自頂向下與自底向上相結(jié)合的分析方法。 9.1.3 句法分析 自底向上分析 13 9.1.4 語(yǔ)義分析 概述 語(yǔ)義分析就是要識(shí)別一句話所表達(dá)的實(shí)際意義。即弄清楚“干什么了”， “誰(shuí)干的”，“這個(gè)行為的原因和結(jié)果是什么”以及“這個(gè)行為發(fā)生的時(shí)間、 地點(diǎn)及其所用的工具或方法”等。 由于句法分析僅是在

15、句法范圍內(nèi)根據(jù)詞性信息來(lái)分析自然語(yǔ)言中句子的文 法結(jié)構(gòu)，并沒(méi)有考慮句子本身的含義，因此不能排除像 The paper received the professor 這種在語(yǔ)法結(jié)構(gòu)上正確，但實(shí)際意義上錯(cuò)誤的句子。 目前，用于語(yǔ)義分析的技術(shù)比較多，本節(jié)僅簡(jiǎn)單介紹語(yǔ)義文法和格文法。 14 語(yǔ)義文法是在上下文無(wú)關(guān)文法的基礎(chǔ)上，將“名詞短語(yǔ)”、“動(dòng)詞短語(yǔ)”、“名詞” 等這些不含有語(yǔ)義信息的純語(yǔ)法類別，用所討論領(lǐng)域的專門信息，像“山”、“水”、 “動(dòng)物”、等這些具有很強(qiáng)語(yǔ)義約束的語(yǔ)義類別來(lái)代替。利用語(yǔ)義文法進(jìn)行語(yǔ)義分析， 就可以排除像“論文收到教授”這類無(wú)意義的句子。 例如，下面是

16、一個(gè)關(guān)于艦船信息的語(yǔ)義文法的例子： S PRESENT the ATTRIBUTE of SHIP // 介紹艦船的屬性信息 PRESENT what is | can you tell me // 是什么或能告訴什么 ATTRIBUTE length | class // 長(zhǎng)度或級(jí)別 SHIP the SHIPNAME | CLASSNAME class ship // 艦船名或類別名 SHIPNAME Huanghe | Changjiang // 黃河或長(zhǎng)江 CLASSNAME carrier |

17、submarine // 貨船或潛艇 在上述重寫規(guī)則中，用大寫英文字母的單詞表示非終極符，小寫英文字母表示終極 符，豎線表示“或”的意思。 利用上述語(yǔ)義文法進(jìn)行語(yǔ)義分析，可以從語(yǔ)義上識(shí)別以下的輸入： what is the length of the Huanghe? //黃河號(hào)的長(zhǎng)度 Can you tell me the class of the Changjiang? //長(zhǎng)江號(hào)的級(jí)別？ 9.1.4 語(yǔ)義分析 語(yǔ)義文法 15 格文法是以句子的 中心動(dòng)詞 為主導(dǎo)，并用格來(lái)表示其它成分與此中心動(dòng)詞 之間的語(yǔ)義關(guān)系的一種描述方法。 格文法

18、 及其 分析過(guò)程 比較復(fù)雜，下面僅討論 格的簡(jiǎn)單概念 、 格框架的簡(jiǎn)化 表示 、 格文法分析的大致過(guò)程 。 語(yǔ)義分析中的 “格” 與傳統(tǒng)語(yǔ)法中的格有著本質(zhì)不同。在傳統(tǒng)語(yǔ)法中，格 僅表示一個(gè)詞或短語(yǔ)再句子中的功能，如主格、賓格、等，反映的也只是詞 尾的變化規(guī)則，故稱為 表層格 。 在格文法中，格表示的是語(yǔ)義方面的關(guān)系，反映的是句子中所包含的思想、 觀念等，故稱為 深層格 。 格文法中的“格” 相對(duì)于中心動(dòng)詞的不同語(yǔ)義關(guān)系，格可分為許多種。例 如，在句子 John gave the book to Sally 中，相對(duì)于 中心動(dòng)詞 gave John是這個(gè)行為的發(fā)出

19、者，稱為 動(dòng)作格 ； the book是行為作用的對(duì)象，稱為 受動(dòng)格 ； Sally是行為作用對(duì)象所到達(dá)的目標(biāo)，稱為 目標(biāo)格 。 9.1.4 語(yǔ)義分析 格文法 (格和格框架 ) 16 一套正確的深層格究竟應(yīng)包括多少個(gè)格，以及這些格的明確含義是什么， 目前尚無(wú)定論。 下面給出一個(gè)描述行為的句子，它所涉及的深層格主要有： Agent（施事）， 動(dòng)作主格，指行為的施動(dòng)者； Object（受事），受動(dòng)者格，指行為作用的對(duì)象； Co-Agent（共施事），幫助者格，指行為施動(dòng)者的合作者； Instrument（工具），工具格，指施事者或共施事者實(shí)現(xiàn)行為中

20、所使用的 對(duì)象； Time（時(shí)間）， 時(shí)間格，指行為發(fā)生的時(shí)間； Source（來(lái)源），來(lái)源格，指行為作用對(duì)象移出的位臵； Goal（目標(biāo)）， 目標(biāo)格，指行為作用對(duì)象到達(dá)的位臵； Trajectory（軌跡），軌跡格，指從來(lái)源到目標(biāo)所經(jīng)過(guò)的路徑。 9.1.4 語(yǔ)義分析 格文法 (格和格框架 ) 17 格框架 是一種用來(lái) 描述句子深層格的框架 。 在格文法中，每個(gè)句子都聯(lián)系著一個(gè)格框架。其中，框架名可以是相應(yīng)句 子的中心動(dòng)詞，框架的槽可分別對(duì)應(yīng)于相應(yīng)句子的各個(gè)深層格，每個(gè)槽的槽 值為該深層格在相應(yīng)句子中所代表的語(yǔ)義成分。 例如，前述句子分析結(jié)束時(shí)所

21、得到的實(shí)際 格框架 為： GAVE Agent: John //動(dòng)作主格 Object: the book //受動(dòng)者格 Co-Agent： //幫助者格 空 Instrument： //工具格 空 Time： //時(shí)間格 空 Source: John //來(lái)源格 Goal: Sally //目標(biāo)格 Trajectory： //軌跡格

22、 空 9.1.4 語(yǔ)義分析 格文法 (格和格框架 ) 18 格文法分析過(guò)程主要是對(duì)格框架的填充過(guò)程。 例如，前述句子分析結(jié)束時(shí)所得到的實(shí)際格框架為： GAVE Agent: John //動(dòng)作主格 Object: the book //受動(dòng)者格 Source: John //來(lái)源格 Goal: Sally //目標(biāo)格 9.1.4 語(yǔ)義分析 格文法分析 19 第 9章 智能應(yīng)用簡(jiǎn)介 9.1 自然語(yǔ)言理解簡(jiǎn)介 9.2 專家系統(tǒng)簡(jiǎn)介 9.2

23、.1 專家系統(tǒng)概述 9.2.2 基于規(guī)則和基于框架的專家系統(tǒng) 9.2.3 模糊專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng) 9.2.4 基于 Web的專家系統(tǒng) 9.2.5 分布式和協(xié)同式專家系統(tǒng) 9.2.6 專家系統(tǒng)的開發(fā) 20 專家系統(tǒng) 專家系統(tǒng)是一種具有大量專門知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的智能程序系統(tǒng)，它能運(yùn)用領(lǐng)域 專家多年積累的經(jīng)驗(yàn)和專門知識(shí)，模擬領(lǐng)域?qū)＜宜季S過(guò)程，解決該領(lǐng)域中需 要專家才能解決的復(fù)雜問(wèn)題。 專家系統(tǒng)的主要特性 (1) 具有領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn) (2) 可高效、準(zhǔn)確、不疲倦地穩(wěn)定工作 (3) 使人類專家的領(lǐng)域知識(shí)突破了時(shí)間、空間的限制 (4)

24、 能進(jìn)行有效推理，包括精確、非精確 (5) 具有透明性，能解釋推理過(guò)程 (6) 具有自學(xué)習(xí)能力 專家系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展 1965年，美國(guó)斯坦福大學(xué)費(fèi)根鮑姆研究化學(xué)專家系統(tǒng) DENDRAL 1976年，費(fèi)根鮑姆又研究成功了醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng) MYCIN 1981年，斯坦福大學(xué)杜達(dá)研究成功了地質(zhì)勘探專家系統(tǒng) PROSPECTOR 9.2.1 專家系統(tǒng)概述 專家系統(tǒng)的概念 21 先進(jìn)專家系統(tǒng)是指在傳統(tǒng)專家系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，引入一些新思想、新技術(shù)所 產(chǎn)生的專家系統(tǒng)。 先進(jìn)專家系統(tǒng)的特性 (1) 并行分布式處理功能 (2) 多專家協(xié)同工作 (3) 更強(qiáng)的自學(xué)習(xí)

25、能力 (4) 更新的推理機(jī)制 (5) 自糾錯(cuò)和自完善能力 (6) 先進(jìn)的智能接口 (7) 更多的先進(jìn)技術(shù)被引入和融合 先進(jìn)專家系統(tǒng)的類型 (1) 分布式專家系統(tǒng) (2) 協(xié)同式專家系統(tǒng) (3) 模糊專家系統(tǒng) (4) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng) (5) 基于 Web的專家系統(tǒng) 9.2.1 專家系統(tǒng)概述 先進(jìn)專家系統(tǒng)的概念 22 人 機(jī) 接 口 數(shù)據(jù)庫(kù) 推理機(jī) 知識(shí)獲取 用戶 知識(shí)庫(kù) 領(lǐng)域?qū)＜?AI專家 解釋模塊 圖 9.10 專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 盡管不同類型的專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)會(huì)存在一定差異，但其基本結(jié)構(gòu)還是大致 相同

26、的。通常，一個(gè)專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)由知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、推理機(jī)、解釋 模塊、知識(shí)獲取模塊和人機(jī)接口 6大部分所組成。如下圖所示： 9.2.1 專家系統(tǒng)概述 專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 23 基于規(guī)則的專家系統(tǒng) 是指采用產(chǎn)生式知識(shí)表示方法的專家系統(tǒng)。它以產(chǎn)生 式系統(tǒng)為基礎(chǔ)，是專家系統(tǒng)開發(fā)中常用的一種方式，其最基本的工作模型如 圖 9.11所示。 在該模型中，規(guī)則庫(kù)是基于規(guī)則專家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)；事實(shí)庫(kù)也稱綜合數(shù)據(jù) 庫(kù)，是用來(lái)存放推理前的已知事實(shí)和推理過(guò)程中所得到的中間結(jié)論的；推理 機(jī)是基于規(guī)則專家系統(tǒng)的推理機(jī)構(gòu)。 推理機(jī) 規(guī)則庫(kù) 事實(shí)庫(kù) 基于框架的專家系統(tǒng) 是指采用框架知識(shí)表示方法的專

27、家系統(tǒng)。它以框架系 統(tǒng)為基礎(chǔ)，具有較好的結(jié)構(gòu)化特性。這種專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)也與圖 9.10所 示的專家系統(tǒng)類似，其主要區(qū)別在于知識(shí)庫(kù)中知識(shí)表示和組織方式，綜合數(shù) 據(jù)庫(kù)中事實(shí)的表示方式，推理機(jī)的推理方法和系統(tǒng)推理過(guò)程的控制策略等。 9.2.2 基于規(guī)則和基于框架的專家系統(tǒng) 基于規(guī)則的專家系統(tǒng) 24 模糊專家系統(tǒng) 是指采用模糊技術(shù)來(lái)處理不確定性的一類專家系統(tǒng)。模糊專 家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)專家系統(tǒng)類似，一般由模糊知識(shí)庫(kù)、模糊數(shù)據(jù)庫(kù)、 模糊推理機(jī)、知識(shí)獲取模塊、解釋模塊和人機(jī)接口 6部分所組成。 結(jié)構(gòu)如下圖： 人 機(jī) 接 口 模糊數(shù)據(jù)庫(kù) 模糊推理機(jī) 模糊知識(shí)獲取 用戶

28、 模糊知識(shí)庫(kù) 領(lǐng)域?qū)＜?AI專家 解釋模塊 圖 9.12 模糊專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 9.2.3 模糊專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng) 模糊專家系統(tǒng) 25 學(xué)習(xí)示例 知識(shí)庫(kù) 學(xué)習(xí)算法 知識(shí)獲取 用戶 推理機(jī) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 專家 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 圖 9.13 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 解釋器 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)專家系統(tǒng)集成所得到的一種專家系統(tǒng)。 它將傳統(tǒng)專家系統(tǒng)的顯式的知識(shí)表示方法變?yōu)榛谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)及其連接權(quán)值的 隱式知識(shí)表示，把基于邏輯的串行推理技術(shù)變?yōu)榛谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的并行聯(lián)想和 自適應(yīng)推理。 9.2.3 模糊專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng) 26

29、 基于 Web的專家系統(tǒng)是 Web數(shù)據(jù)交換技術(shù)與傳統(tǒng)專家系統(tǒng)集成所得到的一 種先進(jìn)專家系統(tǒng)。它利用 Web瀏覽器實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，基于 Web專家系統(tǒng)中的 各類用戶都可通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)專家系統(tǒng)。從結(jié)構(gòu)上，它由瀏覽器、應(yīng)用服務(wù) 器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器三個(gè)層次所組成，包括 Web接口、推理機(jī)、知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù) 庫(kù)和解釋器。 Web 瀏覽 器 數(shù)據(jù) 庫(kù)服 務(wù)器 普通用戶 領(lǐng)域?qū)＜? AI專家 圖 9.14 基于 Web專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 應(yīng)用服 務(wù)器 解釋器 數(shù)據(jù)庫(kù) 知識(shí)庫(kù) Web 接口 推理機(jī) 9.2.4 基于 Web的專家系統(tǒng) 27 這是兩種不同的先進(jìn)專家系統(tǒng)，它

30、們各自的側(cè)重點(diǎn)不一樣。分布式專家系 統(tǒng)強(qiáng)調(diào)并行和分布，而協(xié)同式專家系統(tǒng)則強(qiáng)調(diào)協(xié)作與協(xié)同。 分布式專家系統(tǒng) 分布式專家系統(tǒng)（ Distributed Expert System, DES）是具有并行分布處理特 征的專家系統(tǒng)，它可以把一個(gè)專家系統(tǒng)的功能分解后，分布到多個(gè)處理機(jī)上 去并行執(zhí)行，從而在總體上提高系統(tǒng)的處理效率。其運(yùn)行環(huán)境可以是緊密耦 合的多處理器系統(tǒng)，也可以是松耦合的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。 協(xié)同式專家系統(tǒng) 協(xié)同式專家系統(tǒng)（ Cooperative Expert System, CES）亦稱群專家系統(tǒng)，是 一種能綜合若干個(gè)相近領(lǐng)域或同一領(lǐng)域內(nèi)不同方面專家系統(tǒng)相互協(xié)作、共同

31、解決單個(gè)專家系統(tǒng)無(wú)法解決的更廣領(lǐng)域或更復(fù)雜問(wèn)題的專家系統(tǒng)。 從結(jié)構(gòu)上它們有一定的相似之處，它們都涉及到多個(gè)分專家系統(tǒng)。但在功 能上卻有較大差異，分布式專家系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)的是功能分布和知識(shí)分布，它要求 系統(tǒng)必須在多個(gè)節(jié)點(diǎn)上并行運(yùn)行；而協(xié)調(diào)式專家系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)的則是各專家系統(tǒng) 之間的協(xié)同，各分專家系統(tǒng)可以在不同節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行，也可以在同一個(gè)節(jié)點(diǎn)上 運(yùn)行。 9.2.5 分布式和協(xié)同式專家系統(tǒng) 28 采用原型技術(shù)的專家系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程如下圖所示，它可分為設(shè)計(jì)初始知識(shí)庫(kù)、 原型系統(tǒng)開發(fā)與試驗(yàn)、知識(shí)庫(kù)的改進(jìn)與歸納三個(gè)主要步驟。 知 識(shí) 化 改進(jìn) 再設(shè)計(jì) 問(wèn)題 圖 9.15 建立專家系統(tǒng)的步驟 概 念

32、 化 知識(shí) 形 式 化 概念 規(guī)則 化 結(jié)構(gòu) 形式 合 理 化 規(guī)則 重新闡述 9.2.6 專家系統(tǒng)的開發(fā) 開發(fā)步驟 29 專家系統(tǒng) 知識(shí)工程師 領(lǐng)域?qū)＜? 抽取知識(shí) 檢驗(yàn)知識(shí) 圖 9.16 知識(shí)獲取的任務(wù) 輸入知識(shí) 9.2.6 專家系統(tǒng)的開發(fā) 知識(shí)獲取 30 常用的專家系統(tǒng)開發(fā)工具和環(huán)境可按其性質(zhì)分為程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、骨架型工 具、語(yǔ)言 型工具、開發(fā)環(huán)境及一些新型專家系統(tǒng)開發(fā)工具等。 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言包括人工智能語(yǔ)言和通用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它們是專家系統(tǒng)開發(fā)的最基 礎(chǔ)的語(yǔ)言工具。人工智能語(yǔ)言的主要有以 LISP為代表的函數(shù)型語(yǔ)言和以 PROL

33、OG為 代表的邏輯型語(yǔ)言等；通用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的主要代表有 C、 C++和 JAVA等。 骨架型工具 骨架型工具也稱為專家系統(tǒng)外殼，它是由一些已經(jīng)成熟的具體專家系統(tǒng)演變來(lái)的。 其演變方法是，抽去這些專家系統(tǒng)中的具體知識(shí)，保留它們的體系結(jié)構(gòu)和功能，再把 領(lǐng)域?qū)Ｓ玫慕缑娓臑橥ㄓ媒缑妫@樣，就可得到相應(yīng)的專家系統(tǒng)外殼。 語(yǔ)言型工具 語(yǔ)言型工具是一種通用型專家系統(tǒng)開發(fā)工具，它是不依賴于任何已有專家系統(tǒng)，不 針對(duì)任何具體領(lǐng)域，完全重新設(shè)計(jì)的一類專家系統(tǒng)開發(fā)工具。與骨架系統(tǒng)相比，語(yǔ)言 型工具具有更大的靈活性和通用性，并且對(duì)數(shù)據(jù)及知識(shí)的存取和查詢提供了更多的控 制手段。常用的語(yǔ)言型工具

34、有 CLIPS和 OSP等。 開發(fā)環(huán)境 專家系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境是一種為高效率開發(fā)專家系統(tǒng)而設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的大型智能計(jì)算機(jī)軟 件系統(tǒng)。專家系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境一般由調(diào)試輔助工具、輸入輸出設(shè)施、解釋設(shè)施和知識(shí)編 輯器 4個(gè)典型部件所組成。 9.2.6 專家系統(tǒng)的開發(fā) 開發(fā)工具與環(huán)境 31 作 業(yè) 題 9.2 對(duì)下列每個(gè)語(yǔ)句給出文法分析樹： (1) John wanted to go the movie with Sally. (2) John wanted to go to the movie with Robert Redford. 9.4 什么是專家系統(tǒng)？它有哪些基本特征？ 9-9 什么是分布式專家系統(tǒng)？什么是協(xié)同式專家系統(tǒng)？它們的主要區(qū)別是 什么？