1、农业专家系统农业专家系统3&专家系统&农业专家系统概述&农业专家系统技术和设计&农业专家系统的研制与应用&农业管理知识模型一、人工智能与专家系统（一）人工智能的概念（一）人工智能的概念n 人工智能（人工智能（artificial intelligence，AI）是指研究人类智能活动的规）是指研究人类智能活动的规律，利用计算机构造一个人工系统来模拟人类思考问题，使计算律，利用计算机构造一个人工系统来模拟人类思考问题，使计算机具有人类智能行为，以实现人类脑力劳动自动化的技术。机具有人类智能行为，以实现人类脑力劳动自动化的技术。n 智能机器智能机器(intelligent machine)是能够在各
2、类环境中自主地或交互是能够在各类环境中自主地或交互地执行各种拟人任务的机器，具有判断、推理、证明、识别、感地执行各种拟人任务的机器，具有判断、推理、证明、识别、感知、理解、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。知、理解、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。一、人工智能与专家系统（一）人工智能的概念（一）人工智能的概念n 人工智能是用计算机模拟人的智能，通常是通过知识处理把人人工智能是用计算机模拟人的智能，通常是通过知识处理把人的各种思维和智能转化为符号的表示、推理、搜索、学习等方的各种思维和智能转化为符号的表示、推理、搜索、学习等方式。式。n 启发性、模糊性知识，搜索推理和不确定
3、性推理，以及机器学启发性、模糊性知识，搜索推理和不确定性推理，以及机器学习是人工智能研究的重要内容。习是人工智能研究的重要内容。n 知识表示、问题求解、自然语言理解、专家系统、机器学习、知识表示、问题求解、自然语言理解、专家系统、机器学习、认知科学等是人工智能的重要研究分支。认知科学等是人工智能的重要研究分支。一、人工智能与专家系统（一）人工智能的概念（一）人工智能的概念研制各类自然语言处理系统，利用计算研制各类自然语言处理系统，利用计算机来分析人的自然语言表达，帮助进行机来分析人的自然语言表达，帮助进行翻译和实现人机自然语言对话翻译和实现人机自然语言对话人工智能人工智能研究进展研究进展较大的
4、三较大的三应用分支应用分支机器人机器人专家系统专家系统自然语言理解自然语言理解再现人的感觉、操作和行动，从事复杂作再现人的感觉、操作和行动，从事复杂作业，可在一些有害、危险和繁重、疲劳性业，可在一些有害、危险和繁重、疲劳性劳动场合来代替人去完成作业，如焊接、劳动场合来代替人去完成作业，如焊接、搬运、装配、水下与地下作业等搬运、装配、水下与地下作业等一个智能计算机程序系统，具有专业知识一个智能计算机程序系统，具有专业知识并能通过推理和判断来解决问题，可代替并能通过推理和判断来解决问题，可代替人类专家进行疾病诊断、数学公式推导、人类专家进行疾病诊断、数学公式推导、化学结构分析等方面的复杂工作化学结
5、构分析等方面的复杂工作一、人工智能与专家系统（二）专家系统的概念（二）专家系统的概念 它是一个智能程序；它是一个智能程序；它具有相关领域内大量的专家知识；它具有相关领域内大量的专家知识；它能应用人工智能技术模拟人类专家求解问题的思维过程进行它能应用人工智能技术模拟人类专家求解问题的思维过程进行推理，解决相关领域内的困难问题，并且达到领域专家水平。推理，解决相关领域内的困难问题，并且达到领域专家水平。-费根鲍姆费根鲍姆(Edward Feigenbaum)教授教授 （斯坦福大学，（斯坦福大学，“专家系统和知识工程之父专家系统和知识工程之父”）一、人工智能与专家系统（二）专家系统的概念（二）专家系
6、统的概念n 专家系统（专家系统（Expert System，ES）就是一种在相关领域中具有与人类）就是一种在相关领域中具有与人类专家同等解决问题能力的智能程序系统，能够利用人类专家的知识专家同等解决问题能力的智能程序系统，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来解决该领域的复杂问题。和解决问题的方法来解决该领域的复杂问题。n 也就是说，也就是说，专家系统是指在特定的领域内，根据某一专家或专家群专家系统是指在特定的领域内，根据某一专家或专家群体提供的知识、经验及方法进行推理和判断，模拟人类专家做决定体提供的知识、经验及方法进行推理和判断，模拟人类专家做决定的过程，来解决那些需要人类专家决定的复杂
7、问题，提出专家水平的过程，来解决那些需要人类专家决定的复杂问题，提出专家水平的解决方法或决策方案的计算机程序系统。的解决方法或决策方案的计算机程序系统。n 专家系统可以解决的问题一般包括解释、预测、诊断、设计、规划、专家系统可以解决的问题一般包括解释、预测、诊断、设计、规划、监视、修理、指导和控制等。监视、修理、指导和控制等。一、人工智能与专家系统（二）专家系统的概念（二）专家系统的概念u 在医疗诊断、机械制造、企业管理、经济分析、环境控制、水文及地质调在医疗诊断、机械制造、企业管理、经济分析、环境控制、水文及地质调查、军事指挥、农业生产等多个领域已有广泛应用，发挥着解释、预测、查、军事指挥、
8、农业生产等多个领域已有广泛应用，发挥着解释、预测、诊断、设计、计划、监控、调试、修理、教学和控制等方面的作用。诊断、设计、计划、监控、调试、修理、教学和控制等方面的作用。n 专家系统来自于专家，但又高于专家，是专家技能和知识的集成专家系统来自于专家，但又高于专家，是专家技能和知识的集成和综合。和综合。数量数量专家知专家知识保留识保留判断分析判断分析能力能力获得专家知获得专家知识的时间识的时间成本成本应用应用人类人类专家专家数量稀少数量稀少非永久非永久性性易受情绪和易受情绪和环境的影响环境的影响较长较长较高较高广泛利用广泛利用受到限制受到限制专家专家系统系统易于复制易于复制和转换和转换永久性永久
9、性不受环境影不受环境影响响较短较短价格相价格相对便宜对便宜很大程度上很大程度上代替领域专家代替领域专家一、人工智能与专家系统（三）专家系统的类型（三）专家系统的类型-应用领域的性质和解决的问题类型不同应用领域的性质和解决的问题类型不同 诊断专家系统诊断专家系统 预测专家系统预测专家系统 解释专家系统解释专家系统 设计专家系统设计专家系统 规划专家系统规划专家系统 监视专家系统监视专家系统 控制专家系统控制专家系统 咨询专家系统咨询专家系统 教学专家系统教学专家系统 调试与修理专家系统调试与修理专家系统 二、专家系统基本原理（一）专家系统与知识工程（一）专家系统与知识工程专家系统的专家系统的知识
10、表示技术知识表示技术问题求解技术问题求解技术推推 理理知知 识识人工智能的人工智能的两大要素两大要素技术基础技术基础n 专家系统与一般人工智能系统又有所区别。其最重要的特专家系统与一般人工智能系统又有所区别。其最重要的特征是它的研究对象不是普通人的智能，而是某个领域具有征是它的研究对象不是普通人的智能，而是某个领域具有技术特长的专家在解决问题时的本领。技术特长的专家在解决问题时的本领。二、专家系统基本原理（一）专家系统与知识工程（一）专家系统与知识工程n 专家系统的核心是知识，所以专家系统又被称为基于知识专家系统的核心是知识，所以专家系统又被称为基于知识的系统（的系统（Knowledge-Ba
11、sed System）。）。n 在专家系统中，把通常的数据、公式、方法、经验以及信在专家系统中，把通常的数据、公式、方法、经验以及信息等均看作知识。息等均看作知识。n 通常把所选择的专家称为通常把所选择的专家称为领域专家领域专家。n 把建造专家系统的计算机技术人员称为把建造专家系统的计算机技术人员称为知识工程师知识工程师。n 专家系统的建造过程通常称为专家系统的建造过程通常称为知识工程知识工程。二、专家系统基本原理（一）专家系统与知识工程（一）专家系统与知识工程第一节 专家系统技术概述研究如何从研究如何从领域专家的领域专家的口述或文字、口述或文字、书本资料或书本资料或数据实例中数据实例中抽取出
12、该专抽取出该专家系统所需家系统所需要的知识要的知识是研究如何将领域知识和专家是研究如何将领域知识和专家经验等有效地表示成计算机能经验等有效地表示成计算机能够工作和运行的形式够工作和运行的形式研究如何对存研究如何对存放在知识库中放在知识库中的知识进行控的知识进行控制和操作，即制和操作，即问题求解，通问题求解，通常采用的方法常采用的方法是搜索和推理是搜索和推理二、专家系统基本原理（二）专家系统基本特征（二）专家系统基本特征1.具有专家水平的专门知识具有专家水平的专门知识 2.能进行有效的推理能进行有效的推理 3.具有获取知识的能力具有获取知识的能力 4.具有灵活性具有灵活性 5.具有透明性具有透明
13、性 6.具有交互性具有交互性 7.具有实用性具有实用性 8.具有一定的复杂性及难度具有一定的复杂性及难度 二、专家系统基本原理（三）专家系统与计算机程序的区别（三）专家系统与计算机程序的区别第一节 专家系统技术概述常规的计算机程序常规的计算机程序专家系统专家系统基本情况基本情况常规程序数据结构十算法常规程序数据结构十算法专家系统知识十推理专家系统知识十推理知识组织知识组织两级：两级：数据级和程序级数据级和程序级三级：三级：数据级、知识库级和控制数据级、知识库级和控制级级求取问题求取问题方法方法查找或计算，面向数值计算和数查找或计算，面向数值计算和数据处理，问题求解过程中先做什据处理，问题求解过
14、程中先做什么及后做什么都是由程序规定的么及后做什么都是由程序规定的推理，面向符号处理，其推理过程推理，面向符号处理，其推理过程随着情况的变化而变化，具有不确随着情况的变化而变化，具有不确定性及灵活性定性及灵活性处理的数处理的数据据多是精确的，对数据的检索是基多是精确的，对数据的检索是基于模式的布尔匹配于模式的布尔匹配大多是不精确的、模糊的，知识的大多是不精确的、模糊的，知识的模式匹配也多不精确（设定阈值）模式匹配也多不精确（设定阈值）解释功能解释功能一般不具有一般不具有具有，可对自己的行为做出解释具有，可对自己的行为做出解释体系结构体系结构不同不同三、专家系统基本结构专家系统的一般结构专家系统
15、的一般结构 三、专家系统基本结构专家系统的一般结构专家系统的一般结构 系统系统通过它输出运行结果、通过它输出运行结果、回答用户的询问或者向用户回答用户的询问或者向用户索取进一步的事实索取进一步的事实n 由一组程序及相应的硬件组成，由一组程序及相应的硬件组成，用于完成输入输出工作。用于完成输入输出工作。通过它输入知识，更新、通过它输入知识，更新、完善知识库完善知识库通过它输入欲求解的通过它输入欲求解的问题、已知事实以及问题、已知事实以及向系统提出询问向系统提出询问三、专家系统基本结构专家系统的一般结构专家系统的一般结构 n 由一组程序组成，由一组程序组成，基本任务是把知识基本任务是把知识输入到知
16、识库中，输入到知识库中，并负责维持知识的并负责维持知识的一致性及完整性，一致性及完整性，建立起性能良好的建立起性能良好的知识库。知识库。三、专家系统基本结构专家系统的一般结构专家系统的一般结构 存储领域内的原理性知存储领域内的原理性知识、专家的经验性知识识、专家的经验性知识以及有关的事实等以及有关的事实等负责对知识库中的知识负责对知识库中的知识进行组织、检索、维护进行组织、检索、维护等等三、专家系统基本结构专家系统的一般结构专家系统的一般结构 n 推理机是专家系统推理机是专家系统的的“思维思维”机构机构（核心）。（核心）。n 任务是模拟领域专任务是模拟领域专家的思维过程，控家的思维过程，控制并
17、执行对问题的制并执行对问题的求解。能根据当前求解。能根据当前已知事实，利用知已知事实，利用知识库中的知识，按识库中的知识，按一定的推理方法和一定的推理方法和控制策略进行推理，控制策略进行推理，求得问题的答案或求得问题的答案或证明某个假设的正证明某个假设的正确性。确性。知识表示技术知识表示技术v知识是专家系统的核心，将人的知识转换为知识库能够表达和操作运用的知识。v知识表示技术则是专家系统的核心技术。已提出的知识表示技术方法有上百种，常见的有：v产生式规则法，“框架”表示法，语义网络法，“规则架+规则体”规则组法，综合知识法推理策略推理策略v专家系统的控制中心，依靠推理机这种控制程序去运行知识库和其它机构，解决用户提出的问题。v正向推理v反向推理v双向混合推理v不确定推理知识获取技术知识获取技术v按所建专家系统规定的知识表示形式，整理成一个个知识单元，放入知识库，这个过程称为知识获取。v获取方式：v人工获取方式，半自动获取方式，自动获取方式v过程：v确定任务、制造方案、实时获取、调试弯身开发工具开发工具v编辑型开发工具v智能型开发工具v自动知识获取工具
