【正文】 糖尿病專家系統(tǒng) 4 第二章 專家系統(tǒng)理論 專家系統(tǒng)的定義 什么是專家系統(tǒng)，目前尚無統(tǒng)一精確的定義。 專家系統(tǒng)是基于知識系統(tǒng)，用于在某種特定領域中運用領域專家積累的經(jīng)驗和專業(yè)知識，求解決需要專家才能解決困難問題。從而博采眾長。所以專家系統(tǒng)的專業(yè)水平能達到，甚至超出人類的專業(yè)水平。 1943 年， Post 產生式規(guī)則。 1956 年，人工智能（ Artificial Intelligene , AI）一詞在美國一次學者聚會中誕生。 1960 年， MaCarthy 研制的 LISP 語言誕生。 1965 年， Robinson 提出 Resolution Refutation 理論，使定理證明向前邁進一大步。 1969 年， MIT 開發(fā) MACSYMA （數(shù)學符號運算專家系統(tǒng)）。 1972 年， Stanfond 研究院（ SRI）開發(fā) Prospector （礦床探測專家系統(tǒng)）。 1974 年，卡內基 美隆大學開發(fā) OPS 語言（人工智能與專家系統(tǒng)專用語言）。 1976 年， AM(Artificial Mathematician)人工智能數(shù)學家，數(shù)學概念的創(chuàng)造性發(fā)現(xiàn)。 4. 成長期（ 1978～ 1990） 1978 年，卡內基 美隆大學和 DEC 公司合作開發(fā) R1（又稱 XCON），用來依據(jù)客戶需求，架構適當?shù)挠嬎銠C系統(tǒng)。 1980 年， LISP 機器開始生產問世。 1983 年， IntelliCorp 公司推出 KEE（結合多樣 知識表現(xiàn)與推論方法的專家系統(tǒng)建構工具），隨后大量的專家系統(tǒng)建構工具問世，如： ART， Knowledge Craft。 1985 年， NASA 開發(fā)出 CLIPS 專家系統(tǒng)工具。 1989 年，日本宣布人類領域科學計劃（第六代計算機計劃），希望藉由類神經(jīng)網(wǎng)絡突破人工智能的許多瓶頸。 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)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。知識庫級指專家知識，這類知識是構成專家系統(tǒng)的基礎，一個系統(tǒng)性能的高低，取決于這種知識的質量和數(shù)量。專家系統(tǒng)要利用專家知識來求解領域內的具體問題，而問題的求解過程是個推理過程，所以專家知識來求解領域內的具體問題，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，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。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，依據(jù)某些假設使推理繼續(xù)進行。專家系統(tǒng)的體系結構中，知識庫和推理機即相互聯(lián)系，又相互獨立。使系統(tǒng)容易修改，具有較大靈活性具有透明性。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。具有交互性。一方面他需要領域專家或知識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。為了達到這一目的，相應軟件系統(tǒng)必須具備如圖 所示基本成分。 推理機用于應用知識庫中的知識對問題進行推理、分析和求解。 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。 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。 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。這是因為，專家系統(tǒng)的設計，是根據(jù)專家的方法、知識與經(jīng)驗而設計的，所以只要系統(tǒng)的結論與專家的結論相同，那么設計就達到要求了。 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域專家提供的專門知識。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。一般表示形式為： IF 前提 THEN 結論 例：是動物識別專家系統(tǒng)中的一條產生式規(guī)則。可對單條產生式規(guī)則進行增添、刪除或修改，而不用考慮它與其它 規(guī)則的關系。采用單一的 知識表示形式易于被其它人所理解和接受。表示形式與人們求解問題時的思維形式非常相似。目前，過程性知識通常用這種表示方法表示。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)結構來表示的。其下層是由一些稱為槽的結構組成，用于表示對象的各個方面。槽的下面又可以設側面，作為對槽的進一步說明。還可以附有一組與它有關的條件或過程（程序附件），當向槽或側面填值時，必須滿足這些條件或調用這些過程。另外，框架下層的槽或側面也可以是一種子框架，子框架本身還可以進一步分層。 糖尿病專家系統(tǒng) 8 框架名 槽 1 側面 11 側面值 11 側面 12 側面值 12 槽 n 側面 n1 側面值 n1 側面 n2 側面值 n2 圖 框架結構 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。 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，那么它與面向對象的方法和手段就基本上沒有兩樣了，因而也就可以借助面向對象的方法和手段對這種知識的框架表示方法進行描述和實現(xiàn)了。 （ 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。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，以表示論域內的關系。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。邏輯是一種情確的、標準的表示方法。 2)模塊化。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。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。推理機包括推理方法和控制策略兩部分。 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。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。因此 ,可借用軟件工程的思想 ,利用軟件設計的方法來分析、設計推理程序 ,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)推理機的構造。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 ,而且其內部推理對外還不清晰。 2． 人類專家奇缺。如果用專家系統(tǒng)求解，就能很好的解決。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。因胰島素絕對或相對分泌不足所造成的糖、蛋白質、 脂肪和繼發(fā)的水、電解質代謝紊亂。 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。 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。 此外，據(jù)多種流行病學調查表明，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。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)。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。 9%（國際平均水平為 31%），是糖尿病患者的第三大并發(fā)癥。 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 %）。 以上情況表明，我國目前糖尿病常見并發(fā)癥的患病率已處于國外報道的中上水平，這些并發(fā)癥已成為糖尿病死亡的主要原因。 糖尿病專家系統(tǒng) 12 糖尿病專家診斷標準 糖尿病確診樹 問癥狀？ 是否有三多一少，體重減輕，傷口舊不愈合 問既往史 ：高血壓，酗酒，等 問遺傳史：是否家族遺傳 測飯前 /飯后血糖 飯前 飯后 飯前 = 飯后 = 飯前 mmol 飯后 mmol OGTT 測驗 口服葡糖糖耐糖量檢測 OGTT 測驗 口服葡糖糖耐糖量檢測 再測一次 如無誤差則判斷為糖尿病 mmol 正常 = mmol 患糖尿病 — mmol 糖耐量異常 — 正常 = mmol 患糖尿病 — mmol 糖耐量異常 圖 糖尿病確診 糖尿病專家系統(tǒng) 13 糖尿病分型樹 患糖尿病 真胰島素 INS C 肽化驗結果 38mmol/l 8mmol/l GAD 抗體檢測 陽性 陰性 GAD 抗體檢測 陽性 陰性 1 型糖尿病 年齡 35 體型偏胖 體形偏瘦 II 型糖尿病 I 型糖尿病 年齡 =35 體型偏胖 體形偏瘦 II 型糖尿病 I 型糖尿病 I 型糖尿病 體型偏胖 體形偏瘦 I 型糖尿病 II 型糖尿病 體重檢測標準： BMI=體重（ kg） /身高 2（ m） BMI 25 胖 BMI 1923 正常 BMI 超重 BMI 19 瘦 圖 糖尿病分型 糖尿病專家系統(tǒng) 14 糖尿病急性并發(fā)癥診斷 是否有惡心，腹 肌緊張 呼吸有味 血糖值 33mmol/l 15mmol/l血糖值 33mmol/l 尿酮體 =++ 尿酮體 =+++ 高滲性非酮癥高血糖昏迷 糖尿病酮酸中毒 圖 糖尿病急性并發(fā)癥診斷 糖尿病專家系統(tǒng) 15 糖尿病慢性并發(fā)癥診斷 1． 糖尿病腎病診斷 2．糖尿病足診斷 體征 :是否有水腫 ,尿蛋白 ,腎功能 衰退 兩個月的尿蛋白值 30—300mml 不明顯 為 13 期 300 mml 明顯 為 末期 糖尿病腎病治療 糖尿病腎病預防 糖尿病 糖尿病神經(jīng)病變 糖尿病自主神經(jīng)病變 出汗減少 皮膚干燥 .潰瘍 糖尿病足 圖 糖尿病足確診 圖 糖尿病腎病診斷 糖尿病專家系統(tǒng) 16 3． 3 二型糖尿病治療方案 確診患 2 型糖尿病 降低體重 滿意者繼續(xù)治療 口服 降糖藥 第一期：高血糖 /高胰島素血癥 第二期：高血糖 /高胰島素血癥 一線降糖藥 AGI 磺脲類藥物 有效繼續(xù) 有效繼續(xù) 聯(lián)合治療 口服胰島素 有效繼續(xù) 三合治療 聯(lián)合治療加口服降糖藥 圖 糖尿病二型治療方案 糖尿病專家系統(tǒng) 17 第四章 系統(tǒng)分析 電子計算機專家診斷系統(tǒng)程序一般分為四個模塊。 詢問病癥，各個檢測值。 通過用戶的事實給出結論 (3)輸出模塊。 系統(tǒng)需求分析 根據(jù) 糖尿病的診斷方式， 確定以下需求方式 ● 用戶進行登記，密碼修改。 ● 對急性并發(fā)癥進行診斷、并且給出治療方案。 ● 對病人的治療情況給出方案。 系統(tǒng)功能結構設計 在系統(tǒng)需求分析的基礎上，結合系統(tǒng)設計的目標，可將本系統(tǒng)劃分為 4個功能模塊： 1. 用戶管理：主要是進行用戶登記、用戶管理，使系統(tǒng)使用者多樣化，避免系統(tǒng)過于單一，便于病人和醫(yī)生的管理。 3. 糖尿病治療模塊：包括急性并發(fā)癥治療、各種慢性并發(fā)癥治療，一型糖尿病治療、二型糖尿病治療等。 糖尿病專家系統(tǒng) 18