【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 劃），希望藉由類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)突破人工智能的許多瓶頸。 5. 成熟期（ 1990～） 1990 以后，進(jìn)入商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)代，大量專家系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于各行業(yè) 。 專家系 統(tǒng)的特點(diǎn) 專家系統(tǒng)具有專業(yè)的知識(shí)水平。專家系統(tǒng)要解決人類專家才能解決的復(fù)雜問題就必須依賴人類專家，所以具有專業(yè)知識(shí)是專家系統(tǒng)最大的特點(diǎn)，也是所有知識(shí)庫(kù)共同的特點(diǎn)。 專家系統(tǒng)中按知識(shí)在問題求解中的作用可以分為三個(gè)層次，即數(shù)據(jù)級(jí)，知識(shí)庫(kù)級(jí)和控制級(jí)。數(shù)據(jù)級(jí)是知識(shí)按其問題所提供初始事實(shí)，及在求解過程中產(chǎn)生的中間結(jié)論、最終結(jié)論，也可稱動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)知識(shí)通常存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。知識(shí)庫(kù)級(jí)指專家知識(shí)，這類知識(shí)是構(gòu)成專家系統(tǒng)的基礎(chǔ)，一個(gè)系統(tǒng)性能的高低，取決于這種知識(shí)的質(zhì)量和數(shù)量?？刂萍?jí)也稱為元知識(shí)、是如何運(yùn)用兩種知識(shí)，如在問題求解 中搜索策略、推理方法等 .能進(jìn)行有效的推理。專家系統(tǒng)要利用專家知識(shí)來求解領(lǐng)域內(nèi)的具體問題，而問題的求解過程是個(gè)推理過程，所以專家知識(shí)來求解領(lǐng)域內(nèi)的具體問題，而問題的求解過程就是一個(gè)推理過程，所以專家系統(tǒng)必須有個(gè)推理機(jī)構(gòu)，能根據(jù)用戶提供已知的事實(shí)，、通過運(yùn)用知識(shí)庫(kù)的知識(shí)進(jìn)行有效的推理以實(shí)現(xiàn)問題的求解，專家系統(tǒng)的核心就是知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)。具有啟發(fā)性。專家系統(tǒng)具有大量的專業(yè)知識(shí)外，還必須用經(jīng)驗(yàn)和判斷對(duì)問題做多個(gè)假設(shè)，依據(jù)某些假設(shè)使推理繼續(xù)進(jìn)行。 具有靈活性。專家系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)中，知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)即相互聯(lián)系，又相互獨(dú)立。相 互聯(lián)系保證了推理機(jī)利用知識(shí)庫(kù)進(jìn)行推理的有效性，已實(shí)現(xiàn)對(duì)問題的求解；相互獨(dú)立保證了當(dāng)知識(shí)庫(kù)發(fā)生修改時(shí)，只要推理策略不變，推理機(jī)部分就可以不發(fā)生改變。使系統(tǒng)容易修改，具有較大靈活性具有透明性。專家系統(tǒng)一般具有解釋機(jī)構(gòu)，所以具有較好的透明性。人們?cè)谑褂脤＜蚁到y(tǒng)求解問題的時(shí)候，不僅能得出正確答案，還希望給出正確答案的求解過程。即回答用戶提問的“ WHY”還能給出“ HOW”等問題。具有交互性。專家系統(tǒng)一般是交互性糖 尿病專家系統(tǒng) 6 系統(tǒng)，具有良好的人機(jī)界面。一方面他需要領(lǐng)域?qū)＜一蛑R(shí)工程師進(jìn)行對(duì)話來取得知識(shí)，另一方面它也不斷從用戶獲得已知 知識(shí)，并回答用戶的提問。 專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理 專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 采用專家系統(tǒng)方法進(jìn)行軟件開發(fā)的主要目的是為了解決那些需要借助人類專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)以及推理分析手段才能解決的問題。為了達(dá)到這一目的，相應(yīng)軟件系統(tǒng)必須具備如圖 所示基本成分。 圖 專家系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu) 其中 : 知識(shí)庫(kù)用于存放從人類專家處獲取到的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。 推理機(jī)用于應(yīng)用知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)對(duì)問題進(jìn)行推理、分析和求解。 數(shù)據(jù)庫(kù)用于存放問題的信息、求解過程和求解結(jié)果。 解釋器用于對(duì)求解過程進(jìn)行解 釋，以使用戶相信對(duì)問題的求解是正確合理的。 知識(shí)獲取器用于補(bǔ)充和完善知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。 利用專家系統(tǒng)方法開發(fā)實(shí)現(xiàn)的軟件系統(tǒng)與利用其它方法開發(fā)實(shí)現(xiàn)的軟件系統(tǒng)不同的地方主要在于它擁有知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)兩個(gè)重要組成部分。因此，設(shè)計(jì)建立知識(shí)庫(kù)、設(shè)計(jì)建立推理機(jī)是專家系統(tǒng)方法的主要工作內(nèi)容和任務(wù)，而系統(tǒng)的其它成分，包括用戶界面等則均可采用結(jié)構(gòu)化方法或面向?qū)ο蠓椒ㄖ械募夹g(shù)手段設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。 用專家系統(tǒng)方法開發(fā)實(shí)現(xiàn)的軟件系統(tǒng)通常稱為專家系統(tǒng)，像其它類型的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)一樣，它能夠幫助人們更快更有效地解決問題，但它不可能代 替人，它僅僅是能作為人們手中的一個(gè)工具。在實(shí)際運(yùn)用中，評(píng)價(jià)一個(gè)專家系統(tǒng)，一般是講符合率而不是講準(zhǔn)確率。這是因?yàn)?，專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是根據(jù)專家的方法、知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)而設(shè)計(jì)的，所以只要系統(tǒng)的結(jié)論與專家的結(jié)論相同，那么設(shè)計(jì)就達(dá)到要求了。至于準(zhǔn)確率，那就要看專家的水平了。 糖 尿病專家系統(tǒng) 7 專家系統(tǒng)的工作原理 1．知識(shí)庫(kù) 知識(shí)庫(kù)主要用來存放領(lǐng)域?qū)＜姨峁┑膶ｉT知識(shí)。知識(shí)庫(kù)的知識(shí)來源于知識(shí)獲取機(jī)構(gòu)，同時(shí)他又為推理機(jī)提供求解問題的知識(shí)。建立知識(shí)庫(kù)必須解決如何存儲(chǔ)知識(shí)的問題，這就是所謂的知識(shí)表達(dá)。 目前常用的知識(shí)表示方法是規(guī)則、框架和 邏輯等表示方法 : （ 1）知識(shí)的規(guī)則表示 規(guī)則，又稱產(chǎn)生式規(guī)則，是一種借助條件語句 IFTHEN 表示知識(shí)的方法。一般表示形式為： IF 前提 THEN 結(jié)論 例：是動(dòng)物識(shí)別專家系統(tǒng)中的一條產(chǎn)生式規(guī)則。 產(chǎn)生式規(guī)則實(shí)例 ： IF 動(dòng)物吃肉 THEN 該動(dòng)物是食肉動(dòng)物 用產(chǎn)生式規(guī)則表示知識(shí)的優(yōu)點(diǎn)： 1)結(jié)構(gòu)上的模塊化。可對(duì)單條產(chǎn)生式規(guī)則進(jìn)行增添、刪除或修改，而不用考慮它與其它 規(guī)則的關(guān)系。 2)形式上的單一性。采用單一的 知識(shí)表示形式易于被其它人所理解和接受。 3)表達(dá)上的自然性。表示形式與人們求解問題時(shí)的思維形式非常相似。 它的缺點(diǎn)是缺乏靈活性，效率低下，對(duì)復(fù)雜、大型以及動(dòng)態(tài)概念不能很好地表示。目前，過程性知識(shí)通常用這種表示方法表示。 （ 2）知識(shí)的框架表示 框架是七十年代初 提出來的一種知識(shí)表達(dá)方法。在該方法中，所要描述的對(duì)象是用一種稱之為框架的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表示的。如圖 1所示，它的頂層是框架名，用于表示所要描述的對(duì)象。其下層是由一些稱為槽的結(jié)構(gòu)組成，用于表示對(duì)象的各個(gè)方面。每個(gè)槽都有它自己的名字和填 入槽的值。槽的下面又可以設(shè)側(cè)面，作為對(duì)槽的進(jìn)一步說明。槽或側(cè)面的取值可以是二值邏輯的真或假，可以是實(shí)數(shù)值，可以是文字或其它形式的定義域。還可以附有一組與它有關(guān)的條件或過程（程序附件），當(dāng)向槽或側(cè)面填值時(shí)，必須滿足這些條件或調(diào)用這些過程。例如說明在填槽時(shí)需要干些什么（ ifadded 過程）、填槽時(shí)應(yīng)如何計(jì)算槽值（ ifneeded 過程），如果沒有填入槽值，默認(rèn)的槽值是什么（ defaultvalue），等等。另外，框架下層的槽或側(cè)面也可以是一種子框架，子框架本身還可以進(jìn)一步分層。對(duì)于實(shí)際中的復(fù)雜對(duì)象，單用一 個(gè)框架往往是難以表示的，必須借用多個(gè)框架來表示，這種由按一定方式聯(lián)系起來的多個(gè)框架組成的系統(tǒng)稱為框架系統(tǒng)。 糖 尿病專家系統(tǒng) 8 框架名 槽 1 側(cè)面 11 側(cè)面值 11 側(cè)面 12 側(cè)面值 12 槽 n 側(cè)面 n1 側(cè)面值 n1 側(cè)面 n2 側(cè)面值 n2 圖 框架結(jié)構(gòu) 框架表示方法的主要優(yōu)點(diǎn)是對(duì)問題的抽象概念及其細(xì)節(jié)描述進(jìn)行了分層處理和表示，這樣有助于減少在知識(shí)庫(kù)中搜索知識(shí)的時(shí)間。目前，說明性知識(shí)通常用這種表示方法表示。 值得一提的是，如果對(duì)這種框架表示方法稍作改進(jìn)，并進(jìn)一步完善其程序附件的概念之后，那么它與面向?qū)ο蟮姆椒ê褪侄尉突旧蠜]有兩樣了，因而也就可以借助面向?qū)ο蟮姆椒ê褪侄螌?duì)這種知識(shí)的框架表示方法進(jìn)行描述和實(shí)現(xiàn)了。換句話說，面向?qū)ο蠓椒ū旧砭褪且环N描述和實(shí)現(xiàn)專家系統(tǒng)的很好的方法和手段。 （ 3）知識(shí)的邏輯表示 在知識(shí)的邏輯表示方法中，知識(shí)是借助于原子公式或由原子公式組合而成的合式公式表示的。在實(shí)際中一般只用一階謂詞演算，例如人工智能語言PROLOG 就是以它為基礎(chǔ)的。這種表達(dá)方法中的基本組成成分是謂 詞符號(hào)、變量符號(hào)、函數(shù)符號(hào)和常量符號(hào)，并用圓括弧、方括弧、花括弧和逗號(hào)隔開，以表示論域內(nèi)的關(guān)系。例如，用原子公式表示“李 (Li)的母親和他的父親結(jié)婚” 。MARRIED[father(Li), mother(Li)] 其中， MARRIED 是謂詞符號(hào)， father 和 mother 是函數(shù)符號(hào)，表示某人與他的父親和母親 之間的一個(gè)映射， Li是常量符號(hào)。應(yīng)用謂詞演算表示知識(shí)的主要優(yōu)點(diǎn)是： 1)精確。邏輯是一種情確的、標(biāo)準(zhǔn)的表示方法。沒有含混性。 2)模塊化。與產(chǎn)生式規(guī)則相似，語句可以任意 增添、刪除和修改，不會(huì)對(duì)其它語句有影響。它的主要缺點(diǎn)是隨著知識(shí)庫(kù)中事實(shí)（知識(shí)）的增加，推理所需的事實(shí)組合的工作量按指數(shù)增加。 2．推理機(jī) 推理的功能是模擬領(lǐng)域?qū)＜业乃季S過程，控制并執(zhí)行對(duì)問題的求解。它能根據(jù)當(dāng)前已有的事實(shí)，利用知識(shí)庫(kù)的知識(shí)，按一定推理方法和控制策略進(jìn)行推理。直到得出相應(yīng)結(jié)果為止。推理機(jī)包括推理方法和控制策略兩部分。 推理方法有精確推理和不精確推理兩種，精確推理必須把知識(shí)表示成必然的因果關(guān)系，推理的結(jié)論或是肯定的或是否定的；不精確推理中知識(shí)可以有一些不確定性，得出結(jié)論可以是不確定的，但一定有一 個(gè)確定因子，當(dāng)確定因子超過某個(gè)閥值時(shí)，結(jié)論便可成立。 控制策略主要指推理方向的控制和推理規(guī)則的選擇策略。推理有正向推理糖 尿病專家系統(tǒng) 9 反向推理，和正反雙向推理。知識(shí)推理是專家系統(tǒng)具有智能的表現(xiàn) ,也是區(qū)別于其他軟件的標(biāo)志。推理機(jī)實(shí)際上是一段計(jì)算機(jī)程序。因此 ,可借用軟件工程的思想 ,利用軟件設(shè)計(jì)的方法來分析、設(shè)計(jì)推理程序 ,再采用某一編程開發(fā)工具和語言來具體編程 ,從而實(shí)現(xiàn)推理機(jī)的構(gòu)造。傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)開發(fā)語言有符號(hào)處理語言ＬＩＳＰ ,ＰＲＯＬＯＧ等 ,它們能夠以接近自然語言的方式表達(dá)知識(shí)和規(guī)則以及推理構(gòu)成。但這類系統(tǒng)缺乏高效的管理搜索和 利用知識(shí)庫(kù)的能力 ,嚴(yán)重影響系統(tǒng)的效率 ,而且其內(nèi)部推理對(duì)外還不清晰。 專家系統(tǒng)的建立 專家系統(tǒng)求解的問題 ? 開發(fā)專家系統(tǒng)的基本條件 1． 問題求解主要是經(jīng)驗(yàn)知識(shí)而不是常規(guī)知識(shí) 2． 存在真正的領(lǐng)域?qū)＜遥@也是開發(fā)專家系統(tǒng)的最重要要求之一 3． 任務(wù)不太難，有明確的開發(fā)目標(biāo)，任務(wù)能很好的理解 ? 開發(fā)專家系統(tǒng)的合理性條件 1． 問題的求解能帶來較高的經(jīng)濟(jì)效益。 2． 人類專家奇缺。人類專家通常缺乏，但有十分重要十分昂貴，當(dāng)在不同地點(diǎn)需要知識(shí)時(shí)，問題就更加突出。如果用專家系統(tǒng)求解，就能很好的解決。 3． 人類專家經(jīng)驗(yàn)不斷流失。當(dāng)某種 條件下，如專家退休，出國(guó)或人事變動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致某種專業(yè)知識(shí)不斷流失，專家系統(tǒng)可以使這個(gè)問題嚴(yán)重性減小到最小 4． 危險(xiǎn)場(chǎng)合需要專家。當(dāng)不友好的環(huán)境或危險(xiǎn)環(huán)境需要專家時(shí)，人類專家親臨決策，代價(jià)太大 專家系統(tǒng)開發(fā)步驟 圖 問題識(shí)別 概念化 形式化 實(shí)現(xiàn) 測(cè)試 糖 尿病專家系統(tǒng) 10 第三章 糖尿病知識(shí)與之時(shí)表示 一、糖尿病概述： 糖尿病是一組病因和發(fā)病機(jī)理尚未完全闡明的內(nèi)分泌 代謝疾病，以高血糖為其共同標(biāo)志。因胰島素絕對(duì)或相對(duì)分泌不足所造成的糖、蛋白質(zhì)、 脂肪和繼發(fā)的水、電解質(zhì)代謝紊亂。 它可以涉及全身各個(gè)系統(tǒng)，甚至誘發(fā)許多致命性并發(fā)癥，嚴(yán)重影響人的勞動(dòng)能力，并威脅人的生命安全。 隨著世界人口的老齡化，糖尿病已成為一種常見病、多發(fā)病，是一種嚴(yán)重危害人類健康的疾病。 防治糖尿病已成為臨床上重要的、緊迫的醫(yī)療保健問題之一，日益為人們所重視。 二、糖尿病的幾種類型 1）胰島素依賴型糖尿病（ I 型糖尿病 IDDM） 2）非胰島素依賴型糖尿?。?II 型糖尿病 NIDDM） 3）營(yíng)養(yǎng)不良型糖尿病 4）其它類型糖尿病。 其中 II型糖尿病患者占糖尿病總患病人數(shù)的 95%，本文中除特殊注明之外，均指 II 型糖尿病。 此外，據(jù)多種流行病學(xué)調(diào)查表明，我國(guó)糖耐者降低者（ IGT）數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于糖尿病患者數(shù)量，這個(gè)龐大的糖尿病后備軍，會(huì)進(jìn)一步發(fā)展成為真正的糖尿病患者。 三、糖尿病癥狀 血糖值和尿糖值均高于正常人 典型的“三多一少癥狀” 1）多尿：日小便次數(shù)明顯增多 2）多飲：日飲水量超 5鎊（ 1 壺半） 3）多食：沒有出現(xiàn)“三十三，大轉(zhuǎn)彎”，反而食量超常增 4）消瘦：體力不支、體重下降（較 以往） 此外，糖尿病患者常發(fā)生餐前低血糖現(xiàn)象，在飲食上表現(xiàn)出“上管不了下頓”。但相當(dāng)一部分甚至多數(shù)病人并非具有全部上述癥狀，而是僅表現(xiàn)出某一種癥狀，甚至平時(shí)一無所知，直到全面體查時(shí)才被發(fā)現(xiàn)。 嚴(yán)重的并發(fā)癥 1） 感染合并癥：以皮膚感染常見，瘡疥易生難愈等。該并發(fā)癥發(fā)病率沒有明確的統(tǒng)計(jì)，但據(jù)我國(guó)某糖尿病專家介紹，糖尿病患者同時(shí)發(fā)生此癥的比率不低于 20% 糖 尿病專家系統(tǒng) 11 2) 網(wǎng)膜病變：導(dǎo)致失明的概率比正常人高 10 倍，我國(guó)糖尿病患者并發(fā)視網(wǎng)膜病變的比率高達(dá) 47%（國(guó)際平均水平為 45%），是各種并發(fā)癥之首。 3）高血壓：我國(guó)糖尿病患者并發(fā)高血壓的比率高達(dá) 43%（國(guó)際平均水平為 35%），是糖尿病患者第二大并發(fā)癥 4）腎臟病變：糖尿病會(huì)誘發(fā)腎小球微血管病變、腎動(dòng)脈硬化和反復(fù)或慢性腎炎等腎臟病變，我國(guó)糖尿病患者并發(fā)腎臟病變的比率為 41。 9%（國(guó)際平均水平為 31%），是糖尿病患者的第三大并發(fā)癥。 5）冠心?。翰簧俟谛牟』颊叩闹虏≡獌雌鋵?shí)就是糖尿病，我國(guó) 25%左右的糖尿病患者（國(guó)際水平為 27%）同時(shí)患有冠心病。 6）下肢血管病變：糖尿病患者還可誘發(fā)下肢血管病變， %的糖尿病患者同時(shí)患有下肢血管病變（國(guó)際水平為 %）。 7）腦血管病變：腦血管病變也是糖尿病患者應(yīng)該注意