【文章內(nèi)容簡介】 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，進入商業(yè)競爭時代，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 專家系統(tǒng)具有專業(yè)的知識水平。專家系統(tǒng)要解決人類專家才能解決的復雜問題就必須依賴人類專家，所以具有專業(yè)知識是專家系統(tǒng)最大的特點，也是所有知識庫共同的特點。 專家系統(tǒng)中按知識在問題求解中的作用可以分為三個層次，即數(shù)據(jù)級，知識庫級和控制級。數(shù)據(jù)級是知識按其問題所提供初始事實，及在求解過程中產(chǎn)生的中間結(jié)論、最終結(jié)論，也可稱動態(tài)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)知識通常存在數(shù)據(jù)庫中。知識庫級指專家知識，這類知識是構(gòu)成專家系統(tǒng)的基礎(chǔ)，一個系統(tǒng)性能的高低，取決于這種知識的質(zhì)量和數(shù)量。控制級也稱為元知識、是如何運用兩種知識，如在問題求解 中搜索策略、推理方法等 .能進行有效的推理。專家系統(tǒng)要利用專家知識來求解領(lǐng)域內(nèi)的具體問題，而問題的求解過程是個推理過程，所以專家知識來求解領(lǐng)域內(nèi)的具體問題，而問題的求解過程就是一個推理過程，所以專家系統(tǒng)必須有個推理機構(gòu)，能根據(jù)用戶提供已知的事實，、通過運用知識庫的知識進行有效的推理以實現(xiàn)問題的求解，專家系統(tǒng)的核心就是知識庫和推理機。具有啟發(fā)性。專家系統(tǒng)具有大量的專業(yè)知識外，還必須用經(jīng)驗和判斷對問題做多個假設(shè)，依據(jù)某些假設(shè)使推理繼續(xù)進行。 具有靈活性。專家系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)中，知識庫和推理機即相互聯(lián)系，又相互獨立。相 互聯(lián)系保證了推理機利用知識庫進行推理的有效性，已實現(xiàn)對問題的求解；相互獨立保證了當知識庫發(fā)生修改時，只要推理策略不變，推理機部分就可以不發(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)一般具有解釋機構(gòu)，所以具有較好的透明性。人們在使用專家系統(tǒng)求解問題的時候，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)，具有良好的人機界面。一方面他需要領(lǐng)域?qū)＜一蛑R工程師進行對話來取得知識，另一方面它也不斷從用戶獲得已知 知識，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和經(jīng)驗以及推理分析手段才能解決的問題。為了達到這一目的，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 : 知識庫用于存放從人類專家處獲取到的知識和經(jīng)驗。 推理機用于應(yīng)用知識庫中的知識對問題進行推理、分析和求解。 數(shù)據(jù)庫用于存放問題的信息、求解過程和求解結(jié)果。 解釋器用于對求解過程進行解 釋，以使用戶相信對問題的求解是正確合理的。 知識獲取器用于補充和完善知識庫中的知識和經(jīng)驗。 利用專家系統(tǒng)方法開發(fā)實現(xiàn)的軟件系統(tǒng)與利用其它方法開發(fā)實現(xiàn)的軟件系統(tǒng)不同的地方主要在于它擁有知識庫和推理機兩個重要組成部分。因此，設(shè)計建立知識庫、設(shè)計建立推理機是專家系統(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)計實現(xiàn)。 用專家系統(tǒng)方法開發(fā)實現(xiàn)的軟件系統(tǒng)通常稱為專家系統(tǒng)，像其它類型的計算機軟件系統(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工具。在實際運用中，評價一個專家系統(tǒng)，一般是講符合率而不是講準確率。這是因為，專家系統(tǒng)的設(shè)計，是根據(jù)專家的方法、知識與經(jīng)驗而設(shè)計的，所以只要系統(tǒng)的結(jié)論與專家的結(jié)論相同，那么設(shè)計就達到要求了。至于準確率，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．知識庫 知識庫主要用來存放領(lǐng)域?qū)＜姨峁┑膶ｉT知識。知識庫的知識來源于知識獲取機構(gòu)，同時他又為推理機提供求解問題的知識。建立知識庫必須解決如何存儲知識的問題，這就是所謂的知識表達。 目前常用的知識表示方法是規(guī)則、框架和 邏輯等表示方法 : （ 1）知識的規(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 表示知識的方法。一般表示形式為： IF 前提 THEN 結(jié)論 例：是動物識別專家系統(tǒng)中的一條產(chǎn)生式規(guī)則。 產(chǎn)生式規(guī)則實例 ： IF 動物吃肉 THEN 該動物是食肉動物 用產(chǎn)生式規(guī)則表示知識的優(yōu)點： 1)結(jié)構(gòu)上的模塊化?？蓪螚l產(chǎn)生式規(guī)則進行增添、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 知識表示形式易于被其它人所理解和接受。 3)表達上的自然性。表示形式與人們求解問題時的思維形式非常相似。 它的缺點是缺乏靈活性，效率低下，對復雜、大型以及動態(tài)概念不能很好地表示。目前，過程性知識通常用這種表示方法表示。 （ 2）知識的框架表示 框架是七十年代初 提出來的一種知識表達方法。在該方法中，所要描述的對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象。其下層是由一些稱為槽的結(jié)構(gòu)組成，用于表示對象的各個方面。每個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，作為對槽的進一步說明。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），當向槽或側(cè)面填值時，必須滿足這些條件或調(diào)用這些過程。例如說明在填槽時需要干些什么（ ifadded 過程）、填槽時應(yīng)如何計算槽值（ ifneeded 過程），如果沒有填入槽值，默認的槽值是什么（ 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一步分層。對于實際中的復雜對象，單用一 個框架往往是難以表示的，必須借用多個框架來表示，這種由按一定方式聯(lián)系起來的多個框架組成的系統(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)點是對問題的抽象概念及其細節(jié)描述進行了分層處理和表示，這樣有助于減少在知識庫中搜索知識的時間。目前，說明性知識通常用這種表示方法表示。 值得一提的是，如果對這種框架表示方法稍作改進，并進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@種知識的框架表示方法進行描述和實現(xiàn)了。換句話說，面向?qū)ο蠓椒ū旧砭褪且环N描述和實現(xiàn)專家系統(tǒng)的很好的方法和手段。 （ 3）知識的邏輯表示 在知識的邏輯表示方法中，知識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。這種表達方法中的基本組成成分是謂 詞符號、變量符號、函數(shù)符號和常量符號，并用圓括弧、方括弧、花括弧和逗號隔開，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， father 和 mother 是函數(shù)符號，表示某人與他的父親和母親 之間的一個映射， Li是常量符號。應(yīng)用謂詞演算表示知識的主要優(yōu)點是： 1)精確。邏輯是一種情確的、標準的表示方法。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，不會對其它語句有影響。它的主要缺點是隨著知識庫中事實（知識）的增加，推理所需的事實組合的工作量按指數(shù)增加。 2．推理機 推理的功能是模擬領(lǐng)域?qū)＜业乃季S過程，控制并執(zhí)行對問題的求解。它能根據(jù)當前已有的事實，利用知識庫的知識，按一定推理方法和控制策略進行推理。直到得出相應(yīng)結(jié)果為止。推理機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 個確定因子，當確定因子超過某個閥值時，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)別于其他軟件的標志。推理機實際上是一段計算機程序。因此 ,可借用軟件工程的思想 ,利用軟件設(shè)計的方法來分析、設(shè)計推理程序 ,再采用某一編程開發(fā)工具和語言來具體編程 ,從而實現(xiàn)推理機的構(gòu)造。傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)開發(fā)語言有符號處理語言ＬＩＳＰ ,ＰＲＯＬＯＧ等 ,它們能夠以接近自然語言的方式表達知識和規(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 利用知識庫的能力 ,嚴重影響系統(tǒng)的效率 ,而且其內(nèi)部推理對外還不清晰。 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)驗知識而不是常規(guī)知識 2． 存在真正的領(lǐng)域?qū)＜?，這也是開發(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，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，當在不同地點需要知識時，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)驗不斷流失。當某種 條件下，如專家退休，出國或人事變動，會導致某種專業(yè)知識不斷流失，專家系統(tǒng)可以使這個問題嚴重性減小到最小 4． 危險場合需要專家。當不友好的環(huán)境或危險環(huán)境需要專家時，人類專家親臨決策，代價太大 專家系統(tǒng)開發(fā)步驟 圖 問題識別 概念化 形式化 實現(xiàn) 測試 糖尿病專家系統(tǒng) 10 第三章 糖尿病知識與之時表示 一、糖尿病概述： 糖尿病是一組病因和發(fā)病機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志。因胰島素絕對或相對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系統(tǒng)，甚至誘發(fā)許多致命性并發(fā)癥，嚴重影響人的勞動能力，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?。?I 型糖尿病 IDDM） 2）非胰島素依賴型糖尿?。?II 型糖尿病 NIDDM） 3）營養(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)多種流行病學調(diào)查表明，我國糖耐者降低者（ IGT）數(shù)量遠遠大于糖尿病患者數(shù)量，這個龐大的糖尿病后備軍，會進一步發(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，甚至平時一無所知，直到全面體查時才被發(fā)現(xiàn)。 嚴重的并發(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，但據(jù)我國某糖尿病專家介紹，糖尿病患者同時發(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：導致失明的概率比正常人高 10 倍，我國糖尿病患者并發(fā)視網(wǎng)膜病變的比率高達 47%（國際平均水平為 45%），是各種并發(fā)癥之首。 3）高血壓：我國糖尿病患者并發(fā)高血壓的比率高達 43%（國際平均水平為 35%），是糖尿病患者第二大并發(fā)癥 4）腎臟病變：糖尿病會誘發(fā)腎小球微血管病變、腎動脈硬化和反復或慢性腎炎等腎臟病變，我國糖尿病患者并發(fā)腎臟病變的比率為 41。 9%（國際平均水平為 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≡獌雌鋵嵕褪翘悄虿?，我國 25%左右的糖尿病患者（國際水平為 27%）同時患有冠心病。 6）下肢血管病變：糖尿病患者還可誘發(fā)下肢血管病變， %的糖尿病患者同時患有下肢血管病變（國際水平為 %）。 7）腦血管病變：腦血管病變也是糖尿病患者應(yīng)該注意的問題，據(jù)統(tǒng)計，7