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高級(jí)專家系統(tǒng):原理、設(shè)計(jì)及應(yīng)用(第2版) 讀者對(duì)象:智能科學(xué)與技術(shù)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、自動(dòng)控制、機(jī)電工程、電子信息和電子工程及其它專業(yè)本科高年級(jí)學(xué)生和研究生及相關(guān)的科技工作者
高級(jí)專家系統(tǒng):第二版介紹專家系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)、設(shè)計(jì)技術(shù)及其應(yīng)用,共11章。高級(jí)專家系統(tǒng):概述專家系統(tǒng)定義、發(fā)展歷史、類型、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)以及專家系統(tǒng)構(gòu)建的步驟;討論開(kāi)發(fā)專家系統(tǒng)時(shí)可能采用的人工智能的知識(shí)表示方法和搜索推理技術(shù);探討專家的解釋機(jī)制;研究基于規(guī)則專家系統(tǒng)、基于框架專家系統(tǒng)、基于模型專家系統(tǒng)、基于Web專家系統(tǒng)和實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、推理技術(shù)、設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用示例;介紹人工智能和專家系統(tǒng)的編程語(yǔ)言和開(kāi)發(fā)工具;展望專家系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)和研究課題,并簡(jiǎn)介新型專家系統(tǒng)的特征與示例.高級(jí)專家系統(tǒng):內(nèi)容比第一版有較大的更新,特別是補(bǔ)充了許多專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法、編程技術(shù)和應(yīng)用實(shí)例.
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高級(jí)專家系統(tǒng):作為專著和教材可供高等學(xué)校計(jì)算機(jī)、智能科學(xué)與技術(shù)、自動(dòng)化、自動(dòng)控制、機(jī)電工程、電子信息和電子工程及其他專業(yè)本科高年級(jí)學(xué)生和研究生作為“專家系統(tǒng)”課程的教材或參考書(shū)也可供從事專家系統(tǒng)、人工智能和智能系統(tǒng)研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的科技工作者使用。
目錄
第二版前言 第一版前言 第1章 專家系統(tǒng)概述 1 1.1 專家系統(tǒng)的定義 1 1.2 專家系統(tǒng)的發(fā)展歷史 4 1.3 專家系統(tǒng)的分類 11 1.3.1 系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域 11 1.3.2 問(wèn)題求解任務(wù) 12 1.3.3 系統(tǒng)工作原理 16 1.4 專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 16 1.5 專家系統(tǒng)的特點(diǎn) 18 1.6 構(gòu)建專家系統(tǒng)的步驟 22 1.7 人在專家系統(tǒng)中的作用 24 1.8 本章小結(jié) 26 習(xí)題1 27 第2章 專家系統(tǒng)的知識(shí)表示和推理 28 2.1 知識(shí)表示 28 2.1.1 知識(shí)的類型 28 2.1.2 對(duì)象屬性值三元組 29 2.1.3 規(guī)則 30 2.1.4 框架 32 2.1.5 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò) 34 2.1.6 謂詞邏輯 35 2.2 知識(shí)獲取 37 2.2.1 基本概念和知識(shí)類型 37 2.2.2 知識(shí)提取任務(wù) 39 2.2.3 知識(shí)獲取的時(shí)間需求和困難 40 2.3 知識(shí)推理 41 2.3.1 人類的推理 41 2.3.2 機(jī)器的推理 43 2.4 不確定推理 44 2.4.1 關(guān)于證據(jù)的不確定性 44 2.4.2 關(guān)于結(jié)論的不確定性 45 2.4.3 多個(gè)規(guī)則支持同一事實(shí)的不確定性 46 2.5 基于規(guī)則的推理系統(tǒng) 47 2.6 模糊邏輯 48 2.6.1 模糊集合?模糊邏輯及其運(yùn)算 48 2.6.2 模糊邏輯推理 51 2.6.3 模糊判決方法 53 2.7 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 54 2.7.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究的進(jìn)展 55 2.7.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu) 56 2.7.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的典型模型 58 2.7.4 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)表示與推理 59 2.8 進(jìn)化計(jì)算 64 2.8.1 遺傳算法基本原理 64 2.8.2 遺傳算法求解步驟 67 2.9 免疫計(jì)算 72 2.9.1 自體和異體的知識(shí)表示 72 2.9.2 異體特征空間的表示 73 2.9.3 異體特征空間的搜索與推理 74 2.10 本章小結(jié) 77 習(xí)題2 78 第3章 專家系統(tǒng)的解釋機(jī)制 80 3.1 解釋機(jī)制的行為 80 3.2 解釋機(jī)制的要求 81 3.3 解釋機(jī)制的結(jié)構(gòu) 82 3.3.1 預(yù)制文本法 83 3.3.2 追蹤解釋法 83 3.3.3 策略解釋法 88 3.3.4 自動(dòng)程序員法 91 3.3.5 基于事實(shí)的自動(dòng)解釋機(jī)制 93 3.4 解釋機(jī)制的實(shí)現(xiàn) 94 3.4.1 預(yù)制文本法的實(shí)現(xiàn) 94 3.4.2 基于事實(shí)的自動(dòng)解釋機(jī)制的實(shí)現(xiàn) 95 3.5 解釋機(jī)制的Web可視化 98 3.5.1 基于Web的解釋界面設(shè)計(jì) 98 3.5.2 解釋信息的可視化顯示 99 3.5.3 解釋機(jī)制的Web可視化案例 100 3.6 本章小結(jié) 104 習(xí)題3 104 第4章 基于規(guī)則的專家系統(tǒng) 105 4.1 基于規(guī)則專家系統(tǒng)的發(fā)展 105 4.2 基于規(guī)則專家系統(tǒng)的工作模型 107 4.2.1 產(chǎn)生式系統(tǒng) 107 4.2.2 基于規(guī)則專家系統(tǒng)的工作模型和結(jié)構(gòu) 120 4.3 基于規(guī)則專家系統(tǒng)的特點(diǎn) 122 4.3.1 基于規(guī)則專家系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 122 4.3.2 基于規(guī)則專家系統(tǒng)的缺點(diǎn) 124 4.4 基于規(guī)則專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程 125 4.4.1 專家知識(shí)的描述 125 4.4.2 知識(shí)的使用和決策解釋 128 4.5 反向推理規(guī)則專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 129 4.5.1 基于規(guī)則專家系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法 130 4.5.2 反向推理規(guī)則專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù) 130 4.6 正向推理規(guī)則專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 142 4.6.1 正向規(guī)則專家系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法 142 4.6.2 正向推理規(guī)則專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù) 143 4.7 基于規(guī)則專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)示例 152 4.7.1 MYCIN概述 152 4.7.2 咨詢子系統(tǒng) 154 4.7.3 靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù) 156 4.7.4 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù) 160 4.7.5 非精確推理 161 4.7.6 控制策略 163 4.8 基于規(guī)則專家系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例 165 4.8.1 機(jī)器人規(guī)劃專家系統(tǒng) 165 4.8.2 基于模糊規(guī)則的飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)特征預(yù)測(cè)專家系統(tǒng) 169 4.9 本章小結(jié) 175 習(xí)題4 176 第5章 基于框架的專家系統(tǒng) 178 5.1 基于框架的專家系統(tǒng)概述 178 5.2 框架的表示與推理 179 5.2.1 框架的表示 179 5.2.2 框架的推理 179 5.3 基于框架專家系統(tǒng)的定義和結(jié)構(gòu) 181 5.4 基于框架專家系統(tǒng)的概念剖析 182 5.4.1 框架的類剖析 182 5.4.2 框架的子類剖析 183 5.4.3 實(shí)例框架剖析 184 5.4.4 框架的屬性剖析 184 5.5 基于框架專家系統(tǒng)的繼承?槽和方法 185 5.5.1 基于框架專家系統(tǒng)的繼承 185 5.5.2 基于框架專家系統(tǒng)的槽 187 5.5.3 基于框架專家系統(tǒng)的方法 188 5.6 基于框架專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 188 5.6.1 框架專家系統(tǒng)與規(guī)則專家系統(tǒng)的對(duì)比 188 5.6.2 基于框架專家系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)任務(wù) 190 5.7 基于框架專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)示例 201 5.7.1 基于槽的對(duì)象間通信 202 5.7.2 消息傳遞 203 5.8 基于框架專家系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例 203 5.8.1 基于框架的系統(tǒng)知識(shí)表示與獲取 204 5.8.2 故障診斷推理與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 206 5.9 本章小結(jié) 206 習(xí)題5 207 第6章 基于模型的專家系統(tǒng) 208 6.1 基于模型專家系統(tǒng)的提出 208 6.2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的專家系統(tǒng) 210 6.2.1 傳統(tǒng)專家系統(tǒng)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的集成 210 6.2.2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 211 6.2.3 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的專家系統(tǒng)實(shí)例 212 6.3 基于概率模型的專家系統(tǒng) 216 6.3.1 主觀概率與MonteCarlo模擬 216 6.3.2 概率模型 217 6.4 基于模型專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 219 6.4.1 因果時(shí)間本體論 219 6.4.2 推理系統(tǒng)設(shè)計(jì) 225 6.4.3 可變系統(tǒng)的本體論 228 6.5 基于模型專家系統(tǒng)的實(shí)例 229 6.5.1 核電站應(yīng)用實(shí)例 230 6.5.2 電路和汽車啟動(dòng)部分的實(shí)例 234 6.6 本章小結(jié) 236 習(xí)題6 237 第7章 基于Web的專家系統(tǒng) 238 7.1 基于Web專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 238 7.2 基于Web專家系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例 243 7.2.1 基于Web的飛機(jī)故障遠(yuǎn)程診斷專家系統(tǒng) 243 7.2.2 基于Web的拖網(wǎng)絞機(jī)專家系統(tǒng) 245 7.2.3 基于Web的通用配套件選型專家系統(tǒng) 247 7.2.4 基于Web的苜蓿產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與利用專家系統(tǒng) 251 7.2.5 基于Web的好萊塢經(jīng)理決策支持系統(tǒng) 251 7.3 基于Web專家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工具 260 7.4 本章小結(jié) 264 習(xí)題7 265 第8章 實(shí)時(shí)專家系統(tǒng) 266 8.1 實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)的定義和技術(shù)要求 266 8.1.1 實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)的定義 266 8.1.2 實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和技術(shù)要點(diǎn) 267 8.2 基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)專家系統(tǒng) 268 8.2.1 基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 268 8.2.2 基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)案例分析 269 8.3 基于嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)專家系統(tǒng) 270 8.3.1 基于嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 271 8.3.2 基于嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)案例 271 8.3.3 基于手機(jī)的實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)案例 273 8.4 實(shí)時(shí)控制與決策的專家系統(tǒng)RTXPS 275 8.5 高爐監(jiān)控專家系統(tǒng) 276 8.6 實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)研究的難點(diǎn)與生長(zhǎng)點(diǎn) 280 8.7 本章小結(jié) 282 習(xí)題8 283 第9章 專家系統(tǒng)的評(píng)估 284 9.1 評(píng)估專家系統(tǒng)的原因 284 9.1.1 發(fā)展專家系統(tǒng)的需要 284 9.1.2 專家系統(tǒng)評(píng)估的受益者 285 9.2 評(píng)估專家系統(tǒng)的內(nèi)容和時(shí)機(jī) 286 9.2.1 評(píng)估專家系統(tǒng)的內(nèi)容 286 9.2.2 評(píng)估專家系統(tǒng)的時(shí)機(jī) 289 9.3 專家系統(tǒng)的評(píng)估方法 291 9.4 專家系統(tǒng)的評(píng)估工具 293 9.4.1 一致性檢驗(yàn)程序 293 9.4.2 在數(shù)據(jù)庫(kù)中查找模式搜索程序 293 9.4.3 比較計(jì)算機(jī)結(jié)論與專家結(jié)論 294 9.5 專家系統(tǒng)的評(píng)估實(shí)例 295 9.5.1 多面評(píng)估方法實(shí)例 295 9.5.2 R1專家系統(tǒng)的評(píng)估實(shí)例 299 9.6 本章小結(jié) 302 習(xí)題9 303 第10章 專家系統(tǒng)的編程語(yǔ)言和開(kāi)發(fā)工具 304 10.1 概述 304 10.2 LISP 305 10.2.1 LISP的特點(diǎn)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 305 10.2.2 LISP的基本函數(shù) 307 10.2.3 遞歸和迭代 310 10.2.4 LISP編程舉例 312 10.3 PROLOG 315 10.3.1 PROLOG語(yǔ)法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 315 10.3.2 PROLOG程序設(shè)計(jì)原理 316 10.3.3 PROLOG編程舉例 318 10.4 基于Web專家系統(tǒng)的編程語(yǔ)言 319 10.4.1 Java語(yǔ)言 319 10.4.2 JavaScript語(yǔ)言 320 10.4.3 JSP語(yǔ)言 321 10.4.4 PHP語(yǔ)言 322 10.4.5 ASP.NET語(yǔ)言 322 10.5 其他語(yǔ)言 323 10.5.1 關(guān)系數(shù)據(jù)模型 323 10.5.2 關(guān)系模型的操作語(yǔ)言 329 10.6 專家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工具 333 10.6.1 骨架開(kāi)發(fā)工具 333 10.6.2 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)工具 334 10.6.3 輔助構(gòu)建工具 334 10.6.4 支持環(huán)境 335 10.7 專家系統(tǒng)的新型開(kāi)發(fā)工具 336 10.7.1 基于框架的開(kāi)發(fā)工具 336 10.7.2 基于模糊邏輯的開(kāi)發(fā)工具 338 10.7.3 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)發(fā)工具 341 10.8 專家系統(tǒng)的Matlab開(kāi)發(fā)工具 342 10.9 其他開(kāi)發(fā)工具 347 10.10 本章小結(jié) 350 習(xí)題10 351 第11章 專家系統(tǒng)的展望 353 11.1 專家系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 353 11.1.1 專家系統(tǒng)的發(fā)展要求 353 11.1.2 專家系統(tǒng)的研究方向 355 11.2 專家系統(tǒng)的研究課題 358 11.3 新型專家系統(tǒng) 359 11.3.1 新型專家系統(tǒng)的特征 359 11.3.2 分布式專家系統(tǒng) 360 11.3.3 協(xié)同式專家系統(tǒng) 362 11.3.4 基于免疫計(jì)算的專家系統(tǒng) 363 11.3.5 無(wú)處不在與隨時(shí)隨地的專家系統(tǒng) 364 11.4 本章小結(jié) 369 習(xí)題11 370 參考文獻(xiàn) 371 索引 378 Contents PrefaceforSecondEdition PrefaceforFirstEdition Chapter1 IntroductiontoExpertSystems 1 1.1 DefinitionofExpertSystems 1 1.2 DevelopmentHistoryofExpertSystems 4 1.3 TypesofExpertSystems 11 1.3.1 ClassifybyApplicationFields 11 1.3.2 ClassifybyProblemGsolvingTasks 12 1.3.3 ClassifybyWorkingPrinciples 16 1.4 StructureofExpertSystems 16 1.5 FeaturesofExpertSystems 18 1.6 StepsforBuildingExpertSystems 22 1.7 HumanRolesinExpertSystems 24 1.8 Summary 26 Exercise1 27 Chapter2 KnowledgeRepresentationandReasoningofExpertSystems 28 2.1 KnowledgeRepresentation 28 2.1.1 KnowledgeTypes 28 2.1.2 ObjectGAttributeGValueCombination 29 2.1.3 Rule 30 2.1.4 Frame 32 2.1.5 SemanticNetwork 34 2.1.6 Logic 35 2.2 KnowledgeAcquisition 37 2.2.1 BasicConceptsandKnowledgeTypes 37 2.2.2 TasksofKnowledgeAcquisition 39 2.2.3 TimeRequirementsandDifficultyofKnowledgeAcquisition 40 2.3 KnowledgeReasoning 41 2.3.1 HumanReasoning 41 2.3.2 MachineReasoning 43 2.4 ReasoningwithUncertainty 44 2.4.1 UncertaintyaboutEvidence 44 2.4.2 UncertaintyaboutConclusion 45 2.4.3 UncertaintySupportedbyMultipleRulesforSameFact 46 2.5 ReasoningSystemBasedonRules 47 2.6 FuzzyLogic 48 2.6.1 FuzzySets,FuzzyLogicandTheirOperations 48 2.6.2 FuzzyLogicInference 51 2.6.3 MethodsofDefuzzification 53 2.7 ArtificialNeuralNetwork 54 2.7.1 AdvancesofANNResearch 55 2.7.2 ArchitectureofANN 56 2.7.3 TypicalModelsofANN 58 2.7.4 KnowledgeRepresentationandReasoningBasedonANN 59 2.8 EvolutionaryComputation 64 2.8.1 GenericPrincipleofGeneticAlgorithm 64 2.8.2 StepofGeneticAlgorithm 67 2.9 ImmuneComputation 72 2.9.1 KnowledgeRepresentationofSelfandNonGself 72 2.9.2 RepresentationofNonGselfCharacteristicSpace 73 2.9.3 SearchingandReasoningofNonGselfCharacteristicSpace 74 2.10 Summary 77 Exercise2 78 Chapter3 InterpretationMechanismofExpertSystems 80 3.1 BehaviorsofInterpretationMechanism 80 3.2 RequirementsofInterpretationMechanism 81 3.3 ArchitectureofInterpretationMechanism 82 3.3.1 PrefabricatedTextMethod 83 3.3.2 TrackInterpretationMethod 83 3.3.3 StrategyInterpretationMethod 88 3.3.4 AutomaticProgrammerMethod 91 3.3.5 AutomaticInterpretationMechanismBasedonFacts 93 3.4 ImplementationofInterpretationMechanism 94 3.4.1 ImplementationofPrefabricatedTextMethod 94 3.4.2 ImplementationofAutomaticInterpretationMechanismBasedonFacts 95 3.5 WebVisualizationofInterpretationMechanism 98 3.5.1 DesignofInterpretationInterfaceBasedonWeb 98 3.5.2 VisualizationDisplayofInterpretationInformation 99 3.5.3 ParadigmforWebVisualizationofInterpretationMechanism 100 3.6 Summary 104 Exercise3 104 Chapter4 RuleGBasedExpertSystems 105 4.1 DevelopmentofRuleGBasedExpertSystems 105 4.2 ModelofRuleGBasedExpertSystems 107 4.2.1 ProductionSystem 107 4.2.2 ModelandArchitectureofRuleGBasedExpertSystems 120 4.3 FeaturesofRuleGBasedExpertSystems 122 4.3.1 AdvantagesofRuleGBasedExpertSystems 122 4.3.2 DisadvantagesofRuleGBasedExpertSystems 124 4.4 DesignIssuesofRuleGBasedExpertSystems 125 4.4.1 DescriptionofExpertise 125 4.4.2 KnowledgeUtilizationandDecisionInterpretation 128 4.5 DesignofBackwardChainingRuleGBasedExpertSystems 129 4.5.1 GeneralDesignMethodsofRuleGBasedExpertSystems 130 4.5.2 DesignTasksofBackwardChainingRuleGBasedExpertSystems 130 4.6 DesignofForwardChainingRuleGBasedExpertSystems 142 4.6.1 GeneralDesignMethodsofForwardChainingRuleGBasedExpertSystems 142 4.6.2 DesignTasksofForwardChainingRuleGBasedExpertSystems 143 4.7 DesignExampleofRuleGBasedExpertSystems 152 4.7.1 IntroductiontoMYCIN 152 4.7.2 ConsultingSubGSystem 154 4.7.3 StaticDatabase 156 4.7.4 DynamicDatabase 160 4.7.5 ImpreciseReasoning 161 4.7.6 ControlStrategies 163 4.8 ParadigmsofRuleGBasedExpertSystems 165 4.8.1 RobotPlanningBasedonExpertSystems 165 4.8.2 PredictionExpertSystemofAircraftAerodynamicsBasedonFuzzyRules 169 4.9 Summary 175 Exercise4 176 Chapter5 FrameGBasedExpertSystems 178 5.1 IntroductiontoFrameGBasedExpertSystems 178 5.2 RepresentationandReasoningofFrameGBasedExpertSystems 179 5.2.1 RepresentationofFrameGBasedExpertSystems 179 5.2.2 ReasoningofFrameGBasedExpertSystems 179 5.3 DefinitionandArchitectureofFrameGBasedExpertSystems 181 5.4 ConceptualAnatomyofFrameGBasedExpertSystems 182 5.4.1 ClassAnatomyofFrame 182 5.4.2 SubGclassAnatomyofFrame 183 5.4.3 AnatomyofSampleFrame 184 5.4.4 AttributeAnatomyofFrame 184 5.5 Inheriting,SlotandMethodofFrameGBasedExpertSystems 185 5.5.1 InheritingofFrameGBasedExpertSystems 185 5.5.2 SlotofFrameGBasedExpertSystems 187 5.5.3 MethodofFrameGBasedExpertSystems 188 5.6 DesignofFrameGBasedExpertSystems 188 5.6.1 FrameGBasedExpertSystemsVSRuleGBasedExpertSystems 188 5.6.2 DesignTasksofFrameGBasedExpertSystems 190 5.7 DesignExampleofFrameGBasedExpertSystems 201 5.7.1 CommunicationbetweenSlotGBasedObjects 202 5.7.2 MessageTransfer 203 5.8 ApplicationExampleofFrameGBasedExpertSystems 203 5.8.1 KnowledgeRepresentationandReasoningofFrameGBasedSystems 204 5.8.2 FaultDiagnosisInferenceandSystemImplementation 206 5.9 Summary 206 Exercise5 207 Chapter6 ModelGBasedExpertSystems 208 6.1 IntroductionofModelGBasedExpertSystems 208 6.2 ANNGBasedExpertSystems 210 6.2.1 IntegrationofTraditionalExpertSystemsandANN 210 6.2.2 ArchitectureofANNGBasedExpertSystems 211 6.2.3 ParadigmofANNGBasedExpertSystems 212 6.3 ProbabilityModelGBasedExpertSystems 216 6.3.1 SubjectiveProbabilityandSimulationofMonteCarlo 216 6.3.2 ProbabilityModel 217 6.4 DesignMethodsforModelGBasedExpertSystems 219 6.4.1 CauseandEffectTimeOntology 219 6.4.2 DesignforReasoningSystem 225 6.4.3 OntologyofVariableSystems 228 6.5 ParadigmsofModelGBasedExpertSystems 229 6.5.1 NuclearPowerPlantApplication 230 6.5.2 ParadigmofCircuitandAutoStartupPart 234 6.6 Summary 236 Exercise6 237 Chapter7 WebGbasedExpertSystems 238 7.1 ArchitectureofWebGbasedExpertSystems 238 7.2 ParadigmsofWebGbasedExpertSystems 243 7.2.1 WebGbasedExpertSystemsforPlaneFaultRemoteDiagnosis 243 7.2.2 WebGbasedExpertSystemforTrawlWinches 245 7.2.3 WebGbasedDecisionSupportSystemforGeneralTypeGselectionofFittings 247 7.2.4 WebGbasedExpertSystemforAlfalfaProductionDevelopmentandUtilization 251 7.2.5 WebGbasedDecisionSupportSystemforHollywoodManagers 251 7.3 DevelopmentToolsofWebGbasedExpertSystems 260 7.4 Summary 264 Exercise7 265 Chapter8 RealGTimeExpertSystems 266 8.1 DefinitionandRequirementsforRealGtimeExpertSystems 266 8.1.1 DefinitionofRealGtimeExpertSystems 266 8.1.2 DesignRequirementsandKeyTechniquesofRealGtimeExpertSystems 267 8.2 RealGtimeExpertSystemsBasedonSinglechip 268 8.2.1 ArchitectureofRealGtimeExpertSystemsBasedonSinglechip 268 8.2.1 ExampleAnalysisofRealGtimeExpertSystemsBasedonSinglechip 269 8.3 RealGtimeExpertSystemsBasedonBuiltGinSystem 270 8.3.1 ArchitectureofRealGtimeExpertSystemsBasedonBuiltGinSystem 271 8.3.2 ParadigmofRealGtimeExpertSystemsBasedonBuiltGinSystem 271 8.3.3 ExampleofRealGtimeExpertSystemsBasedonMobilePhone 273 8.4 RealGtimeControlandDecisionGmakingExpertSystemRTXPS 275 8.5 SupervisionExpertSystemofBlast 276 8.6 ResearchDifficultiesandGrowersofRealGtimeExpertSystems 280 8.7 Summary 282 Exercise8 283 Chapter9 EvaluationofExpertSystems 284 9.1 ReasonsforEvaluatingExpertSystems 284 9.1.1 ExpertSystemDevelopmentisLongGTermFeedbackProcedure 284 9.1.2 WhoBenefitsfromExpertSystemEvaluation 285 9.2 WhatandWhentoEvaluateExpertSystems 286 9.2.1 WhatEvaluateExpertSystems 286 9.2.2 WhenEvaluateExpertSystems 289 9.3 EvaluationMethodsforExpertSystems 291 9.4 EvaluationToolsforExpertSystems 293 9.4.1 ConsistencyTest 293 9.4.2 PatternLookupinDatabase 293 9.4.3 ComparisonbetweenComputerConclusionandExpertConclusion 294 9.5 EvaluationExampleofExpertSystems 295 9.5.1 MultipleEvaluation’ExampleofExpertSystem 295 9.5.2 EvaluationExampleofExpertSystemR1 299 9.6 Summary 302 Exercise9 303 Chapter10 ProgrammingLanguageandDevelopmentToolsforExpertSystems 304 10.1 Introduction 304 10.2 LISP 305 10.2.1 FeaturesandDataStructureofLISP 305 10.2.2 BasicFunctionsofLISP 307 10.2.3 RecurrenceandReplacement 310 10.2.4 ExamplesofLISPProgramming 312 10.3 PROLOG 315 10.3.1 GrammarandDataStructureofPROLOG 315 10.3.2 ProgrammingPrincipleofPROLOG 316 10.3.3 ExampleofPROLOGProgramming 318 10.4 ProgrammingLanguageforWebGBasedExpertSystems 319 10.4.1 JavaProgrammingLanguage 319 10.4.2 JavaScriptProgrammingLanguage 320 10.4.3 JSPProgrammingLanguage 321 10.4.4 PHPProgrammingLanguage 322 10.4.5 ASP.NETProgrammingLanguage 322 10.5 OtherLanguages 323 10.5.1 ModelofRelationalData 323 10.5.2 OperationLanguageofRelationalmodel 329 10.6 DevelopingToolsofExpertSystems 333 10.6.1 SkeletalDevelopmentTools 333 10.6.2 LanguageDevelopmentTools 334 10.6.3 ConstructionGAidedTools 334 10.6.4 SupportingEnvironment 335 10.7 NewDevelopingToolsofExpertSystems 336 10.7.1 DevelopmentToolsBasedonFrame 336 10.7.2 DevelopmentToolsBasedonFuzzyLogic 338 10.7.3 DevelopmentToolsBasedonANN 341 10.8 MATLABDevelopmentToolforExpertSystems 342 10.9 OtherdevelopmentToolsforExpertSystems 347 10.10 Summary 350 Exercise10 351 Chapter11 ProspectforExpertSystems 353 11.1 DevelopmentTrendofExpertSystems 353 11.1.1 RequirementsofDevelopingExpertSystems 353 11.1.2 DirectionsofExpertSystemResearch 355 11.2 ResearchIssuesofExpertSystems 358 11.3 NewGenerationofExpertSystems 359 11.3.1 FeaturesofNewGenerationExpertSystems 359 11.3.2 DistributedExpertSystems 360 11.3.3 SynergeticExpertSystems 362 11.3.4 ExpertSystemsBasedonImmuneComputation 363 11.3.5 UbiquityandWhereverGWheneverExpertSystems 364 11.4 Summary 369 Exercise11 370 Bibliography 371 Index 378
第1章 專家系統(tǒng)概述
專家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與成功應(yīng)用至今已經(jīng)有50年了.正如專家系統(tǒng)的先驅(qū)費(fèi)根鮑姆 (FeigenbAum)所說(shuō):專家系統(tǒng)的力量是從它處理的知識(shí)中產(chǎn)生的,而不是從某種形式主義及其使用的參考模式中產(chǎn)生的.這正符合一句名言:知識(shí)就是力量.到20世紀(jì)80年代,專家系統(tǒng)在全世界范圍內(nèi)得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用.進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),專家系統(tǒng)仍然不失為一種富有價(jià)值的智能工具和助手. 專家系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上為一計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng),能夠以人類專家的水平完成特別困難的某一專業(yè)領(lǐng)域的任務(wù).在設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)時(shí),知識(shí)工程師的任務(wù)就是使計(jì)算機(jī)盡可能模擬人類專家解決某些實(shí)際問(wèn)題的決策和工作過(guò)程,即模仿人類專家如何運(yùn)用他們的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)解決所面臨問(wèn)題的方法、技巧和步驟. 11 專家系統(tǒng)的定義 長(zhǎng)期以來(lái),專家系統(tǒng)(expertsystem)是人工智能應(yīng)用研究最活躍和最廣泛的領(lǐng)域之一.自從1965年第一個(gè)專家系統(tǒng) DENDRAL在美國(guó)斯坦福大學(xué)問(wèn)世以來(lái),經(jīng)過(guò)20年的研究開(kāi)發(fā),到20世紀(jì)80年代中期,各種專家系統(tǒng)已遍布各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域,取得很大的成功.現(xiàn)在,專家系統(tǒng)得到更為廣泛的應(yīng)用,并在應(yīng)用開(kāi)發(fā)中得到進(jìn)一步發(fā)展. 構(gòu)造專家系統(tǒng)的一個(gè)源頭即與問(wèn)題相關(guān)的專家.什么是專家?專家就是對(duì)某些問(wèn)題有出眾理解的個(gè)人.專家通過(guò)經(jīng)驗(yàn)發(fā)展有效和迅速解決問(wèn)題的技能.我們的工作就是在專家系統(tǒng)中“克隆”這些專家. 在定義專家系統(tǒng)之前,有必要介紹人工智能 (ArtificiAlintel igence)、智能機(jī)器 (inel gncie)itietssem) tietmAhn和智能系統(tǒng)(nel gnyt等的定義.定義11 智能機(jī)器是一種能夠呈現(xiàn)出人類智能行為的機(jī)器,而這種智能行為涉及人類大腦思考問(wèn)題、創(chuàng)造思想或執(zhí)行各種擬人任務(wù)(AnthropomorphictAsks)的那種智力功能. 定義12 人工智能(學(xué)科)是計(jì)算機(jī)科學(xué)中涉及研究、設(shè)計(jì)和應(yīng)用智能機(jī)器的一個(gè)分支;其近期主要目標(biāo)在于研究用機(jī)器來(lái)模仿和執(zhí)行人腦的某些智力功能,并開(kāi)發(fā)相關(guān)智能理論和技術(shù). 定義13 人工智能(能力)是智能機(jī)器所執(zhí)行的通常與人類智能有關(guān)的智能行為,涉及學(xué)習(xí)、感知、思考、理解、識(shí)別、判斷、推理、證明、通信、設(shè)計(jì)、規(guī)劃、決策和問(wèn)題求解等活動(dòng). 1950年圖靈(Turing)設(shè)計(jì)和進(jìn)行的著名實(shí)驗(yàn) (后來(lái)被稱為圖靈實(shí)驗(yàn),Turingtest),提出并部分回答了“機(jī)器能否思維”的問(wèn)題,也是對(duì)人工智能的一個(gè)很好注釋.定義14 智能系統(tǒng)是一門(mén)通過(guò)計(jì)算實(shí)現(xiàn)智能行為的系統(tǒng).簡(jiǎn)而言之,智能系統(tǒng)是具有智能的人工系統(tǒng)(ArtificiAlsystemswithintel igence).任何計(jì)算都需要某個(gè)實(shí)體(如概念或數(shù)量)和操作過(guò)程(運(yùn)算步驟).計(jì)算、操作和學(xué)習(xí)是智能系統(tǒng)的要素.而要進(jìn)行操作,就需要適當(dāng)?shù)谋硎? 智能系統(tǒng)還可以有其他定義. 定義15 從工程觀點(diǎn)出發(fā),把智能系統(tǒng)定義為一門(mén)關(guān)于生成表示、推理過(guò)程和學(xué)習(xí)策略以自動(dòng)(自主)解決人類此前解決過(guò)的問(wèn)題的學(xué)科.于是,智能系統(tǒng)是認(rèn)知科學(xué)的工程對(duì)應(yīng)物,而認(rèn)知科學(xué)是一門(mén)哲學(xué)、語(yǔ)言學(xué)和心理學(xué)相結(jié)合的科學(xué). 定義16 能夠驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器感知環(huán)境以實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的系統(tǒng)叫智能系統(tǒng). 專家系統(tǒng)也是一種智能系統(tǒng). 專家系統(tǒng)可能存在一些不同的定義.下面按我們的理解,給出專家系統(tǒng)的一個(gè)定義. 定義17 專家系統(tǒng)是一種設(shè)計(jì)用來(lái)對(duì)人類專家的問(wèn)題求解能力建模的計(jì)算機(jī)程序. 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(wèn)題的方法來(lái)處理該領(lǐng)域問(wèn)題.也就是說(shuō),專家系統(tǒng)是 一個(gè)具有大量的專門(mén)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(guò)程,以便解 決那些需要人類專家處理的復(fù)雜問(wèn)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(wèn) 題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng). 此外,還有其他一些關(guān)于專家系統(tǒng)的定義.這里首先給出專家系統(tǒng)技術(shù)先行者和開(kāi)拓 者、美國(guó)斯坦福大學(xué)教授費(fèi)根鮑姆1982年對(duì)人工智能的定義.為便于讀者準(zhǔn)確理解該定義 的原意,下面用英文原文給出: 定義18 Expertsystemis“Anintel igentcomputerprogrAmthAtusesknowledgeAnd inferenceprocedurestosolveproblemsthAtAredif icultenoughtorequiresignificAnthumAn expertisefortheirsolutions”ThAtis,AnexpertsystemisAcomputersystemthAtemulAtes thedecisionGmAkingAbilityofAhumAnexpert ThetermemulAtemeAnsthAttheexpertsysG temisintendedtoActinAl respectslikeAhumAnexpert 下面是韋斯(Weis )和庫(kù)利柯夫斯基(Kulikowski)對(duì)專家系統(tǒng)的界定.定義19 專家系統(tǒng)使用人類專家推理的計(jì)算機(jī)模型來(lái)處理現(xiàn)實(shí)世界中需要專家做出解釋的復(fù)雜問(wèn)題,并得出與專家相同的結(jié)論. 人們?yōu)槭裁匆_(kāi)發(fā)與應(yīng)用專家系統(tǒng)呢?要回答這個(gè)問(wèn)題有必要對(duì)專家系統(tǒng)和人類專家進(jìn) 行比較.專家為任何組織提供了有價(jià)值的資源,包括提供創(chuàng)造性思想、解決難題或者高效完 成日常事務(wù)的方法.他們的貢獻(xiàn)可以增強(qiáng)組織的生產(chǎn)力,反過(guò)來(lái)也提高了其自身的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng) 力.然而,專家系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)這種價(jià)值呢?可從表11中專家系統(tǒng)與人類專家的比較回答這 個(gè)問(wèn)題. 表11 人類專家與專家系統(tǒng)的比較 因素 人類專家 專家系統(tǒng) 可用時(shí)間 工作日 全天候 地理位置 局部 任何可行地方 安全性 不可取代 可取代 耐用性 較次 較優(yōu) 性能 可變 恒定 速度 可變 恒定(較快) 代價(jià) 高 償付得起 表11的比較顯示,建造專家系統(tǒng)主要有兩個(gè)理由:代替人類專家和輔助人類專家.專家系統(tǒng)文獻(xiàn)的調(diào)查也顯示大多數(shù)組織贊成這兩點(diǎn)理由是開(kāi)發(fā)專家系統(tǒng)的動(dòng)機(jī). 有人聲稱,開(kāi)發(fā)專家系統(tǒng)代替人類會(huì)產(chǎn)生不祥的影響,可能帶來(lái)人類祖先想象的令人憤恨的景象,就跟他們看到工業(yè)革命的進(jìn)程一樣:以機(jī)器代替人.盡管這個(gè)潛在可能性存在,但使用專家系統(tǒng)代替人類工作的實(shí)踐已經(jīng)取得了并不那么倒霉的作用.開(kāi)發(fā)專家系統(tǒng)來(lái)代替人類專家的工作主要理由是:讓專家技術(shù)不受時(shí)間和空間的限制;促使需要專家的常規(guī)任務(wù)自動(dòng)化;專家正在退休或者離開(kāi);專家太貴;在惡劣環(huán)境中也需要專家技術(shù).有代表性的此類專家系統(tǒng)包括:法國(guó)的 ElfGAquitAine石油開(kāi)采公司委托以加利福尼亞為基地的 TeknowlG edge公司開(kāi)發(fā)的鉆井顧問(wèn) (Dril ingAdvisor,1983)專家系統(tǒng),坎貝爾湯食公司 (CAmpbel SoupCompAny)開(kāi)發(fā)的廚師顧問(wèn)(CookerAdvisor,1986)專家系統(tǒng)等. 輔助人類專家是專家系統(tǒng)最常見(jiàn)的應(yīng)用.在這類應(yīng)用中,該系統(tǒng)輔助人類專家進(jìn)行常規(guī)或者平凡任務(wù).例如,醫(yī)生可能有大多數(shù)疾病的知識(shí),但由于疾病太多醫(yī)生仍需要專家系統(tǒng)支持以加快疾病的篩選過(guò)程.銀行貸款員也能借此加快每天大量貸款申請(qǐng)的處理.在這兩種應(yīng)用情況下,在專家系統(tǒng)的輔助下人類專家都能充分完成任務(wù).這種應(yīng)用的目標(biāo)就是改進(jìn)當(dāng)前實(shí)際總產(chǎn)量.開(kāi)發(fā)專家系統(tǒng)來(lái)輔助人類專家的具體理由包括:輔助專家做常規(guī)工作以提高產(chǎn)量;輔助專家完成一些困難任務(wù);讓難以回想的專家信息重新可行.此類專家系統(tǒng)的實(shí)例主要有:數(shù)字設(shè)備公司 (DigitAlEquipmentCompAny,DEC)委托卡內(nèi)基 梅隆大學(xué) (CArnegieMel onUniversity,CMU)開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)輔助配置專家系統(tǒng) XCON(最初叫R1,1980),輔助銀行及其他借款機(jī)構(gòu)進(jìn)行決策的借款顧問(wèn) (Lending Advisor,1986)專家系統(tǒng)等. 專家系統(tǒng)作為機(jī)器可以持續(xù)工作,可以比人類專家工作日時(shí)間長(zhǎng)得多.作為計(jì)算機(jī)程序,專家系統(tǒng)復(fù)制簡(jiǎn)便,可分應(yīng)用到人類專家缺乏的不同地方.你可以把專家系統(tǒng)送到惡劣環(huán)境中,然后去睡大覺(jué),因?yàn)樵谠搻毫迎h(huán)境中專家系統(tǒng)的技能不會(huì)受到傷害. 人類專家的技術(shù)會(huì)消失.隨著死亡、退休或者工作調(diào)動(dòng),一個(gè)組織會(huì)失去專家的才干.一旦把人類專家的技術(shù)收入專家系統(tǒng)中,人類專家的技術(shù)就能為組織長(zhǎng)期擁有,獲得持續(xù)支持.組織也能按照訓(xùn)練模式使用專家系統(tǒng),用來(lái)向新手傳授人類專家技術(shù). 專家系統(tǒng)能夠比人類專家產(chǎn)生更持續(xù)的結(jié)果.人類決策受到許多沖突性因素的影響.例如,個(gè)人問(wèn)題可能困住專家,阻礙多產(chǎn).在緊急情況下,專家可能會(huì)由于時(shí)間壓力或緊張而忘記一些重要的知識(shí).在沒(méi)有情感的1和0的世界,專家系統(tǒng)不會(huì)受這些分心事件的干擾. 人類專家解決問(wèn)題的速度也受到許多因素的影響.相反地,專家系統(tǒng)保持穩(wěn)定的速度,在許多情況下能比專家更快地完成任務(wù).例如,開(kāi)發(fā)用在信用清理機(jī)構(gòu) (CreditCleAringHouse,CHH)的專家系統(tǒng),能夠在服飾產(chǎn)業(yè)中輔助客戶信用等級(jí)評(píng)價(jià)和限定美元的信用極限建議分配.這個(gè)系統(tǒng)對(duì)于過(guò)去需要三天才能完成的任務(wù)現(xiàn)在只需10s就夠了. 人類專家總是昂貴的.他們要求高薪水或高服務(wù)費(fèi),并且由于缺乏人類專家不難達(dá)到他們的要求.相反地,專家系統(tǒng)相對(duì)而言就不昂貴.開(kāi)發(fā)代價(jià)可能高,但在大多數(shù)情況下這種代價(jià)可以在專家系統(tǒng)投產(chǎn)后得到有效補(bǔ)償.例如,授權(quán)助手(Authorizer’sAs istAnt,AA)專家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)用來(lái)輔助美國(guó)快遞(AmericAnExpres )公司的信用卡申請(qǐng)?zhí)幚?它幫助信用授權(quán)器在12個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中排序,以決定是否批準(zhǔn)個(gè)人費(fèi)用.這個(gè)系統(tǒng)縮短了處理信用卡客戶購(gòu)買(mǎi)授權(quán)請(qǐng)求所需的時(shí)間,將錯(cuò)誤的信用決定的損失降為最小,并且改進(jìn)了人為授權(quán)的整個(gè)商業(yè)性能.美國(guó)快遞公司使用專家系統(tǒng)后產(chǎn)量增加20%,因而可使這筆開(kāi)發(fā)代價(jià)在兩年內(nèi)獲得回報(bào). 12 專家系統(tǒng)的發(fā)展歷史 我們?cè)?jīng)按時(shí)期來(lái)說(shuō)明國(guó)際人工智能的發(fā)展過(guò)程 ,盡管這種時(shí)期劃分方法有時(shí)難以嚴(yán)謹(jǐn) ,因?yàn)樵S多事件可能跨接不同時(shí)期 ,另外一些事件雖然時(shí)間相隔甚遠(yuǎn)但又可能密切相關(guān) .現(xiàn)在,我們又按時(shí)期來(lái)說(shuō)明國(guó)際專家系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程 ,因?yàn)閷<蚁到y(tǒng)是人工智能的一個(gè)重要研究與應(yīng)用領(lǐng)域 ,而且專家系統(tǒng)的發(fā)展和命運(yùn)是與人工智能的發(fā)展和命運(yùn)休戚與共的 . 1孕育時(shí)期(1956年以前) 人類對(duì)智能機(jī)器和人工智能的夢(mèng)想和追求可以追溯到三千多年前.早在我國(guó)西周時(shí)代 (公元前1066年~公元前771年),就流傳有關(guān)巧匠偃師獻(xiàn)給周穆王一個(gè)歌舞藝伎的故事. 作為第一批自動(dòng)化動(dòng)物之一的能夠飛翔的木鳥(niǎo)是在公元前400年~公元前350年制成的.在 公元前2世紀(jì)出現(xiàn)的書(shū)籍中,描寫(xiě)過(guò)一個(gè)具有類似機(jī)器人角色的機(jī)械化劇院,這些人造角色 能夠在宮廷儀式上進(jìn)行舞蹈和列隊(duì)表演.這就是一個(gè)古典的“智能系統(tǒng)”,一個(gè)表現(xiàn)當(dāng)時(shí)人類 專家構(gòu)建的舞臺(tái)角色的“專家系統(tǒng)”. 我們不打算列舉三千多年來(lái)人類在追夢(mèng)智能機(jī)器和人工智能道路上的萬(wàn)千遐想、無(wú)數(shù)實(shí)踐和眾多成果,而是跨越三千年轉(zhuǎn)到20世紀(jì).對(duì)于人工智能的發(fā)展來(lái)說(shuō),20世紀(jì)30年代和40年代的智能界,出現(xiàn)了兩件最重要的事:數(shù)理邏輯和關(guān)于計(jì)算的新思想.弗雷治(FreG ge)、懷特赫德(WhiteheAd)、羅素(Rus el )和塔斯基(TArski)以及另外一些人的研究表明,推理的某些方面可以用比較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)加以形式化.1948年維納 (Wiener)創(chuàng)立的控制論 (cybernetics),對(duì)人工智能的早期思潮產(chǎn)生了重要影響,后來(lái)成為人工智能行為主義學(xué)派.數(shù)理邏輯仍然是人工智能研究的一個(gè)活躍領(lǐng)域,其部分原因是由于一些邏輯G演繹系統(tǒng)已經(jīng)在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)過(guò).不過(guò),即使在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)之前,邏輯推理的數(shù)學(xué)公式就為人們建立了計(jì)算與智能關(guān)系的概念. 丘奇(Church)、圖靈和其他一些人關(guān)于計(jì)算本質(zhì)的思想,提供了形式推理概念與即將發(fā)明的計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)系.在這方面的重要工作是關(guān)于計(jì)算和符號(hào)處理的理論概念.1936年,年僅26歲的圖靈創(chuàng)立了自動(dòng)機(jī)理論(后來(lái)人們又稱為圖靈機(jī)),提出一個(gè)理論計(jì)算機(jī)模型,為電子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ),促進(jìn)了人工智能,特別是思維機(jī)器的研究.第一批數(shù)字計(jì)算機(jī)(實(shí)際上為數(shù)字計(jì)算器)看來(lái)不包含任何真實(shí)智能.早在這些機(jī)器設(shè)計(jì)之前,丘奇和圖靈就已發(fā)現(xiàn),數(shù)字并不是計(jì)算的主要方面,它們僅是一種解釋機(jī)器內(nèi)部狀態(tài)的方法.被稱為人工智能之父的圖靈,不僅創(chuàng)造了一個(gè)簡(jiǎn)單、通用的非數(shù)字計(jì)算模型,而且直接證明了計(jì)算機(jī)可能以某種被理解為智能的方法工作. 麥卡洛克(McCul och)和皮茨(Pit s)于1943年提出的“擬腦機(jī)器”(mindlikemAchine)是世界上第一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(稱為 MP模型),開(kāi)創(chuàng)了從結(jié)構(gòu)上研究人類大腦的途徑.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接機(jī)制,后來(lái)發(fā)展為人工智能連接主義學(xué)派的代表. 值得一提的是控制論思想對(duì)人工智能早期研究的影響.20世紀(jì)中葉,在人工智能的奠基者們?nèi)斯ぶ悄苎芯恐谐霈F(xiàn)了幾股強(qiáng)有力的思潮.維納、麥卡洛克和其他一些人提出的控制論和自組織系統(tǒng)的概念集中討論了“局部簡(jiǎn)單”系統(tǒng)的宏觀特性.尤其重要的是,1948年維納發(fā)表的控制論(或動(dòng)物與機(jī)器中的控制與通訊)論文,不但開(kāi)創(chuàng)了近代控制論,而且為人工智能的控制論學(xué)派(即行為主義學(xué)派)樹(shù)立了新的里程碑.控制論影響了許多領(lǐng)域,因?yàn)榭刂普摰母拍羁缃恿嗽S多領(lǐng)域,把神經(jīng)系統(tǒng)的工作原理與信息理論、控制理論、邏輯以及計(jì)算聯(lián)系起來(lái).控制論的這些思想是時(shí)代思潮的一部分,而且在許多情況下影響了許多早期和近期人工智能工作者,成為他們的指導(dǎo)思想. 從上述情況可以看出,人工智能開(kāi)拓者們?cè)跀?shù)理邏輯、計(jì)算本質(zhì)、控制論、信息論、自動(dòng)機(jī)理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和電子計(jì)算機(jī)等方面做出的創(chuàng)造性貢獻(xiàn),奠定了人工智能發(fā)展的理論基礎(chǔ),孕育了人工智能的胎兒,也為專家系統(tǒng)的建立與發(fā)展提供了重要的理論基礎(chǔ)和必不可少的重要條件. 2形成時(shí)期(1956~1970年) 到了20世紀(jì)50年代,人工智能已躁動(dòng)于人類科技社會(huì)的母胎,即將分娩.1956年夏季,由年輕的美國(guó)數(shù)學(xué)家和計(jì)算機(jī)專家麥卡錫(McCArthy)、數(shù)學(xué)家和神經(jīng)學(xué)家明斯基(MinG sky)、IBM公司信息中心主任朗徹斯特(Lochester)以及貝爾實(shí)驗(yàn)室信息部數(shù)學(xué)家和信息學(xué)家香農(nóng)(ShAnnon)共同發(fā)起,邀請(qǐng)IBM公司莫爾(More)和塞繆爾(SAmuel)、MIT的塞爾夫里奇(Selfridge)和索羅蒙夫(Solomonf )以及蘭德公司和 CMU的紐厄爾(Newel )和西蒙(SiG mon)共10人,在美國(guó)麻省的達(dá)特茅斯(DArtmouth)大學(xué)舉辦了一次長(zhǎng)達(dá)2個(gè)月的研討會(huì),認(rèn)真熱烈地討論用機(jī)器模擬人類智能的問(wèn)題.會(huì)上,由麥卡錫提議正式使用了“人工智能”這一術(shù)語(yǔ).這是人類歷史上第一次人工智能研討會(huì),標(biāo)志著人工智能學(xué)科的誕生,具有十分重要的歷史意義.這些從事數(shù)學(xué)、心理學(xué)、信息論、計(jì)算機(jī)科學(xué)和神經(jīng)學(xué)研究的杰出年輕學(xué)者,后來(lái)絕大多數(shù)都成為著名的人工智能專家,為人工智能和專家系統(tǒng)的發(fā)展做出了歷史性的重要貢獻(xiàn). 最終把這些不同思想連接起來(lái)的是由巴貝奇 (BAbbAge)、圖靈、馮 諾依曼 (Von NeummAn)和其他一些人所研制的計(jì)算機(jī)本身.在機(jī)器的應(yīng)用成為可行之后不久,人們就開(kāi)始試圖編寫(xiě)程序以解決智力測(cè)驗(yàn)難題、數(shù)學(xué)定理和其他命題的自動(dòng)證明、下棋以及把文本從一種語(yǔ)言翻譯成另一種語(yǔ)言.這是第一批人工智能程序.對(duì)于計(jì)算機(jī),促使人工智能發(fā)展的是什么?是出現(xiàn)在早期設(shè)計(jì)中的許多與人工智能有關(guān)的計(jì)算概念,包括存儲(chǔ)器和處理器的概念、系統(tǒng)和控制的概念以及語(yǔ)言的程序級(jí)別的概念.不過(guò),引起新學(xué)科出現(xiàn)的新機(jī)器的唯一特征是這些機(jī)器的復(fù)雜性,它促進(jìn)了對(duì)描述復(fù)雜過(guò)程方法的新的更直接的研究(采用復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和具有數(shù)以百計(jì)的不同步驟的過(guò)程來(lái)描述這些方法). 人工智能的大多數(shù)早期工作本質(zhì)上都是學(xué)術(shù)性的,其程序都是用來(lái)開(kāi)發(fā)游戲.比較好的例子有香農(nóng)(ShAnnon)的國(guó)際象棋程序和賽繆爾(SAmuel)的格子棋程序.盡管這些努力產(chǎn)生了一些有趣的游戲,但其真實(shí)目的在于為計(jì)算機(jī)編碼加入人的推理能力,以期達(dá)到更好的理解. 這個(gè)早期階段研究的另一個(gè)重要領(lǐng)域是計(jì)算邏輯.1957年誕生了第一個(gè)自動(dòng)定理證明程序,稱為邏輯理論家(LogicTheorist). 1965年,被譽(yù)為“專家系統(tǒng)和知識(shí)工程之父”的費(fèi)根鮑姆所領(lǐng)導(dǎo)的研究小組,開(kāi)始研究專家系統(tǒng),并于1968年研究成功世界上第一個(gè)專家系統(tǒng) DENDRAL,用于質(zhì)譜儀分析有機(jī)化合物的分子結(jié)構(gòu).后來(lái)又開(kāi)發(fā)出其他一些專家系統(tǒng),為人工智能的應(yīng)用研究做出開(kāi)創(chuàng)性貢獻(xiàn). 1969年召開(kāi)了第一屆國(guó)際人工智能聯(lián)合會(huì)議 (InternAtionAlJointConferenceonAI,IJG CAI),標(biāo)志著人工智能作為一門(mén)獨(dú)立學(xué)科登上國(guó)際學(xué)術(shù)舞臺(tái) .1970年.fAI)創(chuàng)刊 .這些事件對(duì)開(kāi)展人工智能國(guó)際學(xué)術(shù)活動(dòng)和交流、促進(jìn) 國(guó)際人工智能雜志 . (lJ lournAo ionA IttnernA 人工智能的研究和發(fā)展起到積極作用 .上述事件表明 ,人工智能經(jīng)歷了從誕生到形成的熱烈時(shí)期 ,已形成為一門(mén)獨(dú)立學(xué)科 ,為人工智能和專家系統(tǒng)建立了良好的學(xué)術(shù)和科技環(huán)境 ,打下了進(jìn)一步發(fā)展的重要基礎(chǔ) . 3暗淡時(shí)期 (1966 ~1974年) 在形成期和后面的知識(shí)應(yīng)用期之間 ,交疊地存在一個(gè)人工智能的暗淡 (低潮 )期.在取得 “熱烈 ”發(fā)展的同時(shí) ,人工智能也遇到一些困難和問(wèn)題 . 一方面 ,由于一些人工智能研究者被 “勝利沖昏了頭腦 ”,盲目樂(lè)觀 ,對(duì)人工智能的未來(lái)發(fā)展和成果做出了過(guò)高的預(yù)言 ,而這些預(yù)言的失敗 ,給人工智能的聲譽(yù)造成重大傷害 .同時(shí) ,許多人工智能理論和方法未能得到通用化和推廣應(yīng)用 ,專家系統(tǒng)也尚未獲得廣泛開(kāi)發(fā) .因此 ,看不出人工智能的重要價(jià)值 .追究其因 ,當(dāng)時(shí)的人工智能主要存在下列三個(gè)局限性 : (1)知識(shí)局限性 .早期開(kāi)發(fā)的人工智能程序包含太少的主題知識(shí) ,甚至沒(méi)有知識(shí) ,而且只采用簡(jiǎn)單的句法處理 .例如 ,對(duì)于自然語(yǔ)言理解或機(jī)器翻譯 ,如果缺乏足夠的專業(yè)知識(shí)和常識(shí) ,就無(wú)法正確處理語(yǔ)言 ,甚至?xí)a(chǎn)生令人啼笑皆非的翻譯 . (2)解法局限性 .人工智能試圖解決的許多問(wèn)題因其求解方法和步驟的局限性 ,往往使得設(shè)計(jì)的程序在實(shí)際上無(wú)法求得問(wèn)題的解答 ,或者只能得到簡(jiǎn)單問(wèn)題的解答 ,而這種簡(jiǎn)單問(wèn)題并不需要人工智能的參與 . (3)結(jié)構(gòu)局限性 .用于產(chǎn)生智能行為的人工智能系統(tǒng)或程序存在一些基本結(jié)構(gòu)上的嚴(yán)重局限 ,如沒(méi)有考慮不良結(jié)構(gòu) ,無(wú)法處理組合爆炸問(wèn)題 ,因而只能用于解決比較簡(jiǎn)單的問(wèn)題 ,影響到推廣應(yīng)用 . 另一方面 ,科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)人工智能提出新的要求甚至挑戰(zhàn) .例如 ,當(dāng)時(shí)認(rèn)知生理學(xué)研究發(fā)現(xiàn) ,人類大腦含有1011個(gè)以上神經(jīng)元 ,而人工智能系統(tǒng)或智能機(jī)器在現(xiàn)有技術(shù)條件下無(wú)法從結(jié)構(gòu)上模擬大腦的功能 .此外 ,哲學(xué)、心理學(xué)、認(rèn)知生理學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)各學(xué)術(shù)界 ,對(duì)人工智能的本質(zhì)、理論和應(yīng)用各方面 ,一直抱有懷疑和批評(píng) ,也使人工智能四面楚歌 . 到了1970年,圍繞人工智能的興高采烈情緒被一種冷靜的意識(shí)所替代 ;構(gòu)建智能程序來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題是一個(gè)困難的挑戰(zhàn) .1971年英國(guó)劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)家詹姆士 (Ame按照英國(guó)政府的旨意 ,發(fā)表一份關(guān)于人工智 Js)能的綜合報(bào)告 ,聲稱 “人工智能不是騙局 ,也是庸人自擾 ”.在這個(gè)報(bào)告影響下 ,英國(guó)政府削減了人工智能研究經(jīng)費(fèi) ,解散了人工智能研究機(jī)構(gòu) .在人工智能的發(fā)源地美國(guó) ,連在人工智能研究方面頗有影響的 IBM,也被迫取消了該公司的所有人工智能研究 .人工智能包括專家系統(tǒng)研究在世界范圍內(nèi)陷入困境 ,處于低潮 ,由此可見(jiàn)一斑 . 4蓬勃發(fā)展時(shí)期 (20世紀(jì)70年代 ~80年代 ) 后來(lái) ,引導(dǎo)研究者們進(jìn)入正確方向的 “燈塔 ”是一個(gè)稱為 DENDRAL的專家系統(tǒng)程序 ,其開(kāi)發(fā)過(guò)程從1965年開(kāi)始 ,按照美國(guó)國(guó)家航空航天局 (NASA)的要求在斯坦福大學(xué)進(jìn)行 .那時(shí) ,NASA正打算發(fā)送一個(gè)無(wú)人太空飛船到火星上去 ,并需要開(kāi)發(fā)一個(gè)能夠執(zhí)行火星土
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