齊魯軟件大賽題目3-便攜式專家系統(tǒng).doc
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第十一屆齊魯大學(xué)生軟件設(shè)計(jì)大賽命題 便攜式※※專家系統(tǒng) 1. 課題描述 所謂“專家”,一般都擁有某一特定領(lǐng)域的大量知識(shí),以及豐富的經(jīng)驗(yàn)。在解決問題時(shí),專家們通常擁有一套獨(dú)特的思維方式,能較圓滿地解決一類困難問題,或向用戶提出一些建設(shè)性的建議等。 那么,什么是專家系統(tǒng)呢?簡(jiǎn)單地講,專家系統(tǒng)就是一個(gè)具有智能特點(diǎn)的計(jì)算機(jī)程序,它的智能化主要表現(xiàn)為能夠在特定的領(lǐng)域內(nèi)模仿人類專家思維來求解復(fù)雜問題。因此,專家系統(tǒng)必須包含領(lǐng)域?qū)<业拇罅恐R(shí),擁有類似人類專家思維的推理能力,并能用這些知識(shí)來解決實(shí)際問題。例如,一個(gè)醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng)就能夠像真正的專家一樣,診斷病人的疾病,判別出病情的嚴(yán)重性,并給出相應(yīng)的處方和治療建議等。 根據(jù)“專家系統(tǒng)”的定義,結(jié)合移動(dòng)設(shè)備的便攜性、方便性,針對(duì)某個(gè)專門領(lǐng)域(如汽車修理、醫(yī)療診斷等),開發(fā)一個(gè)專家系統(tǒng)軟件,能夠在此專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)為用戶答疑解惑,代替專家實(shí)現(xiàn)問題的診斷、規(guī)劃或決策。 關(guān)于“專家系統(tǒng)”的最基本知識(shí),請(qǐng)參閱附件。 2. 課題基本要求 (1) 軟件要具備一定規(guī)模的知識(shí),以滿足用戶多方面的提問,保證推理結(jié)果的正確性。 (2) 軟件要具備人性化的操作界面及方式,讓用戶感覺這不是一臺(tái)計(jì)算機(jī)、一臺(tái)設(shè)備,而是在與專家對(duì)話。 (3) 軟件根據(jù)用戶對(duì)提問的回答,不但能得出結(jié)論,還要提供更多其他信息,如“我是怎么得到結(jié)論的”等類似信息,以增強(qiáng)用戶的人性化體驗(yàn)。 (4) 軟件要具備學(xué)習(xí)功能,初始時(shí),軟件掌握的知識(shí)較少,不足以回答用戶的多數(shù)問題,但隨著軟件的不斷學(xué)習(xí),知識(shí)庫(kù)不斷增添、完善,能夠回答的問題會(huì)越來越多。 (5) 軟件能夠運(yùn)行在移動(dòng)式便攜設(shè)備上(如手機(jī)、平板電腦等),方便用戶隨時(shí)隨地進(jìn)行咨詢。 3. 評(píng)審依據(jù) 1.軟件界面是否友好,操作是否簡(jiǎn)潔合理。 2.是否具有學(xué)習(xí)功能。 3.推理過程是否具備處理冗余的、矛盾的知識(shí)。 4.推理結(jié)果的正確率。 5.人性化程度,比如提問問題的方式、用戶能否用自然語(yǔ)言回答問題、對(duì)用戶回答問題的理解能力、是否具備語(yǔ)音問答等因素。 其它未提及的內(nèi)容,如作品提交方式及時(shí)間等,遵照大賽網(wǎng)站發(fā)布的各種文件執(zhí)行。 附件:專家系統(tǒng)簡(jiǎn)介 4. 專家系統(tǒng)概述 根據(jù)人們?cè)谀骋活I(lǐng)域內(nèi)的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)或技術(shù)而建立的解決問題和做決策的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng),它能對(duì)復(fù)雜問題給出專家水平的結(jié)果。 專家系統(tǒng)是一個(gè)智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng),其內(nèi)部含有大量的某個(gè)領(lǐng)域?qū)<宜降闹R(shí)與經(jīng)驗(yàn),能夠利用人類專家的知識(shí)和解決問題的方法來處理該領(lǐng)域問題。也就是說,專家系統(tǒng)是一個(gè)具有大量的專門知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng),它應(yīng)用人工智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù),根據(jù)某領(lǐng)域一個(gè)或多個(gè)專家提供的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),進(jìn)行推理和判斷,模擬人類專家的決策過程,以便解決那些需要人類專家處理的復(fù)雜問題,簡(jiǎn)而言之,專家系統(tǒng)是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。 專家系統(tǒng)是人工智能中最重要的也是最活躍的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域,它實(shí)現(xiàn)了人工智能從理論研究走向?qū)嶋H應(yīng)用、從一般推理策略探討轉(zhuǎn)向運(yùn)用專門知識(shí)的重大突破。專家系統(tǒng)是早期人工智能的一個(gè)重要分支,它可以看作是一類具有專門知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)智能程序系統(tǒng),一般采用人工智能中的知識(shí)表示和知識(shí)推理技術(shù)來模擬通常由領(lǐng)域?qū)<也拍芙鉀Q的復(fù)雜問題。 專家系統(tǒng)的一個(gè)偽代碼形象化表示如下: IF 能做單腿跳嗎 = 否 AND 在蘇格蘭嗎 = 是 AND 高度 = 大 THEN 動(dòng)物 = 馬 IF 能做單腿跳嗎 = 否 AND 在蘇格蘭嗎 = 是 AND 高度 = 中 THEN 動(dòng)物 = 小馬 在這條規(guī)則當(dāng)中,IF后面的前件中包含三個(gè)條件,只有三個(gè)條件都得到了滿足,才能得出該動(dòng)物是“馬”。反之就得不出這個(gè)結(jié)論。產(chǎn)生式專家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)中包含了大量的規(guī)則,換言之,這里的知識(shí)庫(kù)就是一個(gè)規(guī)則集。 5. 專家系統(tǒng)的構(gòu)造 專家系統(tǒng)通常由人機(jī)交互界面、知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、解釋器、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)獲取等6個(gè)部分構(gòu)成。其中尤以知識(shí)庫(kù)與推理機(jī)相互分離而別具特色。專家系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)隨專家系統(tǒng)的類型、功能和規(guī)模的不同,而有所差異。 為了使計(jì)算機(jī)能運(yùn)用專家的領(lǐng)域知識(shí),必須要采用一定的方式表示知識(shí)。目前常用的知識(shí)表示方式有產(chǎn)生式規(guī)則、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)、框架、狀態(tài)空間、邏輯模式、腳本、過程、面向?qū)ο蟮?。基于?guī)則的產(chǎn)生式系統(tǒng)是目前實(shí)現(xiàn)知識(shí)運(yùn)用最基本的方法。產(chǎn)生式系統(tǒng)由綜合數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)3個(gè)主要部分組成,綜合數(shù)據(jù)庫(kù)包含求解問題的世界范圍內(nèi)的事實(shí)和斷言。知識(shí)庫(kù)包含所有用“如果:〈前提〉,于是:〈結(jié)果〉”形式表達(dá)的知識(shí)規(guī)則。推理機(jī)(又稱規(guī)則解釋器)的任務(wù)是運(yùn)用控制策略找到可以應(yīng)用的規(guī)則。 2.1知識(shí)庫(kù) 知識(shí)庫(kù)用來存放專家提供的知識(shí)。專家系統(tǒng)的問題求解過程是通過知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)來模擬專家的思維方式的,因此,知識(shí)庫(kù)是專家系統(tǒng)質(zhì)量是否優(yōu)越的關(guān)鍵所在,即知識(shí)庫(kù)中知識(shí)的質(zhì)量和數(shù)量決定著專家系統(tǒng)的質(zhì)量水平。一般來說,專家系統(tǒng)中的知識(shí)庫(kù)與專家系統(tǒng)程序是相互獨(dú)立的,用戶可以通過改變、完善知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)內(nèi)容來提高專家系統(tǒng)的性能。 人工智能中的知識(shí)表示形式有產(chǎn)生式、框架、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)等,而在專家系統(tǒng)中運(yùn)用得較為普遍的知識(shí)是產(chǎn)生式規(guī)則。產(chǎn)生式規(guī)則以IF…THEN…的形式出現(xiàn),就像BASIC等編程語(yǔ)言里的條件語(yǔ)句一樣,IF后面跟的是條件(前件),THEN后面的是結(jié)論(后件),條件與結(jié)論均可以通過邏輯運(yùn)算AND、OR、NOT進(jìn)行復(fù)合。在這里,產(chǎn)生式規(guī)則的理解非常簡(jiǎn)單:如果前提條件得到滿足,就產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作或結(jié)論。 2.2推理機(jī) 推理機(jī)針對(duì)當(dāng)前問題的條件或已知信息,反復(fù)匹配知識(shí)庫(kù)中的規(guī)則,獲得新的結(jié)論,以得到問題求解結(jié)果。在這里,推理方式可以有正向和反向推理兩種。 正向鏈的策略是尋找出前提可以同數(shù)據(jù)庫(kù)中的事實(shí)或斷言相匹配的那些規(guī)則,并運(yùn)用沖突的消除策略,從這些都可滿足的規(guī)則中挑選出一個(gè)執(zhí)行,從而改變?cè)瓉頂?shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容。這樣反復(fù)地進(jìn)行尋找,直到數(shù)據(jù)庫(kù)的事實(shí)與目標(biāo)一致即找到解答,或者到?jīng)]有規(guī)則可以與之匹配時(shí)才停止。 逆向鏈的策略是從選定的目標(biāo)出發(fā),尋找執(zhí)行后果可以達(dá)到目標(biāo)的規(guī)則;如果這條規(guī)則的前提與數(shù)據(jù)庫(kù)中的事實(shí)相匹配,問題就得到解決;否則把這條規(guī)則的前提作為新的子目標(biāo),并對(duì)新的子目標(biāo)尋找可以運(yùn)用的規(guī)則,執(zhí)行逆向序列的前提,直到最后運(yùn)用的規(guī)則的前提可以與數(shù)據(jù)庫(kù)中的事實(shí)相匹配,或者直到?jīng)]有規(guī)則再可以應(yīng)用時(shí),系統(tǒng)便以對(duì)話形式請(qǐng)求用戶回答并輸入必需的事實(shí)。 由此可見,推理機(jī)就如同專家解決問題的思維方式,知識(shí)庫(kù)就是通過推理機(jī)來實(shí)現(xiàn)其價(jià)值的。 2.3其它部分 人機(jī)界面是系統(tǒng)與用戶進(jìn)行交流時(shí)的界面。通過該界面,用戶輸入基本信息、回答系統(tǒng)提出的相關(guān)問題,并輸出推理結(jié)果及相關(guān)的解釋等。 綜合數(shù)據(jù)庫(kù)專門用于存儲(chǔ)推理過程中所需的原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果和最終結(jié)論,往往是作為暫時(shí)的存儲(chǔ)區(qū)。解釋器能夠根據(jù)用戶的提問,對(duì)結(jié)論、求解過程做出說明,因而使專家系統(tǒng)更具有人情味。 知識(shí)獲取是專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)是否優(yōu)越的關(guān)鍵,也是專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)的“瓶頸”問題,通過知識(shí)獲取,可以擴(kuò)充和修改知識(shí)庫(kù)中的內(nèi)容,也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)學(xué)習(xí)功能。 6. 專家系統(tǒng)的工作過程 專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖所示,其中箭頭方向?yàn)閿?shù)據(jù)流動(dòng)的方向。 專家系統(tǒng)的基本工作流程是,用戶通過人機(jī)接口回答系統(tǒng)的提問,推理機(jī)將用戶輸入的信息與知識(shí)庫(kù)中各個(gè)規(guī)則的條件進(jìn)行匹配,并把被匹配規(guī)則的結(jié)論存放到綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中。最后,專家系統(tǒng)將得出最終結(jié)論呈現(xiàn)給用戶。 在這里,專家系統(tǒng)還可以通過解釋器向用戶解釋以下問題:系統(tǒng)為什么要向用戶提出該問題(Why)?計(jì)算機(jī)是如何得出最終結(jié)論的(How)? 領(lǐng)域?qū)<一蛑R(shí)工程師通過專門的軟件工具,或編程實(shí)現(xiàn)專家系統(tǒng)中知識(shí)的獲取,不斷地充實(shí)和完善知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)。 7. 專家系統(tǒng)的功能 專家系統(tǒng)應(yīng)具備以下幾個(gè)功能: ⑴存儲(chǔ)問題求解所需的知識(shí)。 ⑵存儲(chǔ)具體問題求解的初始數(shù)據(jù)和推理過程中涉及的各種信息,如中間結(jié)果、目標(biāo)、字母表以及假設(shè)等。 ⑶根據(jù)當(dāng)前輸入的數(shù)據(jù),利用已有的知識(shí),按照一定的推理策略,去解決當(dāng)前問題,并能控制和協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)。 ⑷能夠?qū)ν评磉^程、結(jié)論或系統(tǒng)自身行為作出必要的解釋,如解題步驟、處理策略、選擇處理方法的理由、系統(tǒng)求解某種問題的能力、系統(tǒng)如何組織和管理其自身知識(shí)等。這樣既便于用戶的理解和接受,同時(shí)也便于系統(tǒng)的維護(hù)。 ⑸提供知識(shí)獲取,機(jī)器學(xué)習(xí)以及知識(shí)庫(kù)的修改、擴(kuò)充和完善等維護(hù)手段。只有這樣才能更有效地提高系統(tǒng)的問題求解能力及準(zhǔn)確性。 ⑹提供一種用戶接口,既便于用戶使用,又便于分析和理解用戶的各種要求和請(qǐng)求。 這里強(qiáng)調(diào)指出,存放知識(shí)和運(yùn)用知識(shí)進(jìn)行問題求解是專家系統(tǒng)的兩個(gè)最基本的功能。 8. 專家系統(tǒng)的特點(diǎn) 專家系統(tǒng)是一個(gè)基于知識(shí)的系統(tǒng),它利用人類專家提供的專門知識(shí),模擬人類專家的思維過程,解決對(duì)人類專家都相當(dāng)困難的問題。一般來說,一個(gè)高性能的專家系統(tǒng)應(yīng)具備如下特征: (1)為解決特定領(lǐng)域的具體問題,除需要一些公共的常識(shí),還需要大量與所研究領(lǐng)域問題密切相關(guān)的知識(shí); (2)一般采用啟發(fā)式的解題方法; (3)在解題過程中除了用演繹方法外,有時(shí)還要求助于歸納方法和抽象方法; (4)需處理問題的模糊性、不確定性和不完全性; (5)能對(duì)自身的工作過程進(jìn)行推理(自推理或解釋); (6)采用基于知識(shí)的問題求解方法; (7)知識(shí)庫(kù)與推理機(jī)分離。 9. 專家系統(tǒng)的分類 (1)診斷型專家系統(tǒng):根據(jù)對(duì)癥狀的觀察分析,推導(dǎo)出產(chǎn)生癥狀的原因以及排除故障方法的一類系統(tǒng),如醫(yī)療、機(jī)械、經(jīng)濟(jì)等。 (2)解釋型專家系統(tǒng):根據(jù)表層信息解釋深層結(jié)構(gòu)或內(nèi)部情況的一類系統(tǒng),如地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析、物質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)分析等。 (3)預(yù)測(cè)型專家系統(tǒng):根據(jù)現(xiàn)狀預(yù)測(cè)未來情況的一類系統(tǒng),如氣象預(yù)報(bào)、人口預(yù)測(cè)、水文預(yù)報(bào)、經(jīng)濟(jì)形勢(shì)預(yù)測(cè)等。 (4)設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng):根據(jù)給定的產(chǎn)品要求設(shè)計(jì)產(chǎn)品的一類系統(tǒng),如建筑設(shè)計(jì)、機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)等。 (5)決策型專家系統(tǒng):對(duì)可行方案進(jìn)行綜合評(píng)判并優(yōu)選的一類專家系統(tǒng)。 (6)規(guī)劃型專家系統(tǒng):用于制定行動(dòng)規(guī)劃的一類專家系統(tǒng),如自動(dòng)程序設(shè)計(jì)、軍事計(jì)劃的制定等。 (7)教學(xué)型專家系統(tǒng):能夠輔助教學(xué)的一類專家系統(tǒng)。 (8)數(shù)學(xué)專家系統(tǒng):用于自動(dòng)求解某些數(shù)學(xué)問題的一類專家系統(tǒng)。 (9)監(jiān)視型專家系統(tǒng):對(duì)某類行為進(jìn)行監(jiān)測(cè)并在必要時(shí)候進(jìn)行干預(yù)的一類專家系統(tǒng),如機(jī)場(chǎng)監(jiān)視、森林監(jiān)視等。- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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