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1、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng) 3 專家系統(tǒng) 農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)概述 農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)技術(shù)和設(shè)計 農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的研制與應(yīng)用 農(nóng)業(yè)管理知識模型 一、人工智能與專家系統(tǒng) （一）人工智能的概念 人工智能（ artificial intelligence， AI）是指研究人類智能活動的規(guī) 律，利用計算機構(gòu)造一個人工系統(tǒng)來模擬人類思考問題，使計算 機具有人類智能行為，以實現(xiàn)人類腦力勞動自動化的技術(shù)。 智能機器 (intelligent machine)是能夠在各類環(huán)境中自主地或交互 地執(zhí)行各種擬人任務(wù)的機器，具有判斷、推理、證明、識別、感 知、理解、設(shè)計、思考、規(guī)劃、學(xué)習(xí)和問題求解等思維活動。 一
2、、人工智能與專家系統(tǒng) （一）人工智能的概念 人工智能是用計算機模擬人的智能，通常是通過知識處理把人 的各種思維和智能轉(zhuǎn)化為符號的表示、推理、搜索、學(xué)習(xí)等方 式。 啟發(fā)性、模糊性知識，搜索推理和不確定性推理，以及機器學(xué) 習(xí)是人工智能研究的重要內(nèi)容。 知識表示、問題求解、自然語言理解、專家系統(tǒng)、機器學(xué)習(xí)、 認知科學(xué)等是人工智能的重要研究分支。 一、人工智能與專家系統(tǒng) （一）人工智能的概念 研制各類自然語言處理系統(tǒng)，利用計算 機來分析人的自然語言表達，幫助進行 翻譯和實現(xiàn)人機自然語言對話 人工智能 研究進展 較大的三 應(yīng)用分支 機器人 專家系統(tǒng) 自然語言理解 再現(xiàn)人的感
3、覺、操作和行動，從事復(fù)雜作 業(yè)，可在一些有害、危險和繁重、疲勞性 勞動場合來代替人去完成作業(yè)，如焊接、 搬運、裝配、水下與地下作業(yè)等 一個智能計算機程序系統(tǒng)，具有專業(yè)知識 并能通過推理和判斷來解決問題，可代替 人類專家進行疾病診斷、數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)、 化學(xué)結(jié)構(gòu)分析等方面的復(fù)雜工作 一、人工智能與專家系統(tǒng) （二）專家系統(tǒng)的概念 它是一個智能程序； 它具有相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)大量的專家知識； 它能應(yīng)用人工智能技術(shù)模擬人類專家求解問題的思維過程進行 推理，解決相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的困難問題，并且達到領(lǐng)域?qū)＜宜健? -----費根鮑姆 (Edward Feigenbaum)教授 （斯坦福大學(xué)，“專
4、家系統(tǒng)和知識工程之父”） 一、人工智能與專家系統(tǒng) （二）專家系統(tǒng)的概念 專家系統(tǒng)（ Expert System， ES）就是一種在相關(guān)領(lǐng)域中具有與人類 專家同等解決問題能力的智能程序系統(tǒng)，能夠利用人類專家的知識 和解決問題的方法來解決該領(lǐng)域的復(fù)雜問題。 也就是說， 專家系統(tǒng)是指在特定的領(lǐng)域內(nèi)，根據(jù)某一專家或?qū)＜胰?體提供的知識、經(jīng)驗及方法進行推理和判斷，模擬人類專家做決定 的過程，來解決那些需要人類專家決定的復(fù)雜問題，提出專家水平 的解決方法或決策方案的計算機程序系統(tǒng)。 專家系統(tǒng)可以解決的問題一般包括解釋、預(yù)測、診斷、設(shè)計、規(guī)劃、 監(jiān)視、修理、指導(dǎo)和控制等。 一、人工智能與專
5、家系統(tǒng) （二）專家系統(tǒng)的概念 在醫(yī)療診斷、機械制造、企業(yè)管理、經(jīng)濟分析、環(huán)境控制、水文及地質(zhì)調(diào) 查、軍事指揮、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等多個領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用，發(fā)揮著解釋、預(yù)測、 診斷、設(shè)計、計劃、監(jiān)控、調(diào)試、修理、教學(xué)和控制等方面的作用。 專家系統(tǒng)來自于專家，但又高于專家，是專家技能和知識的集成 和綜合。 數(shù)量 專家知識保留 判斷分析 能力 獲得專家知 識的時間 成本 應(yīng)用 人類 專家 數(shù)量稀少 非永久 性 易受情緒和 環(huán)境的影響 較長 較高 廣泛利用 受到限制 專家 系統(tǒng) 易于復(fù)制 和轉(zhuǎn)換 永久性 不受環(huán)境影 響 較短 價格相 對便宜 很大程度上 代替領(lǐng)域?qū)＜? 一、人
6、工智能與專家系統(tǒng) （三）專家系統(tǒng)的類型 -----應(yīng)用領(lǐng)域的性質(zhì)和解決的問題類型不同 診斷專家系統(tǒng) 預(yù)測專家系統(tǒng) 解釋專家系統(tǒng) 設(shè)計專家系統(tǒng) 規(guī)劃專家系統(tǒng) 監(jiān)視專家系統(tǒng) 控制專家系統(tǒng) 咨詢專家系統(tǒng) 教學(xué)專家系統(tǒng) 調(diào)試與修理專家系統(tǒng) 二、專家系統(tǒng)基本原理 （一）專家系統(tǒng)與知識工程 專家系統(tǒng)的 知識表示技術(shù) 問題求解技術(shù) 推 理 知 識 人工智能的 兩大要素 技術(shù)基礎(chǔ) 專家系統(tǒng)與一般人工智能系統(tǒng)又有所區(qū)別。其最重要的特 征是它的研究對象不是普通人的智能，而是某個領(lǐng)域具有 技術(shù)特長的專家在解決問題時的本領(lǐng)。 二、專家系統(tǒng)基本原理 （一）專家系統(tǒng)與知識工
7、程 專家系統(tǒng)的核心是知識，所以專家系統(tǒng)又被稱為基于知識 的系統(tǒng)（ Knowledge-Based System）。 在專家系統(tǒng)中，把通常的數(shù)據(jù)、公式、方法、經(jīng)驗以及信 息等均看作知識。 通常把所選擇的專家稱為 領(lǐng)域?qū)＜?。 把建造專家系統(tǒng)的計算機技術(shù)人員稱為 知識工程師 。 專家系統(tǒng)的建造過程通常稱為 知識工程 。 專家系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 知識獲取 知識表示 知識運用 二、專家系統(tǒng)基本原理 （一）專家系統(tǒng)與知識工程 第一節(jié) 專家系統(tǒng)技術(shù)概述 研究如何從 領(lǐng)域?qū)＜业?口述或文字、 書本資料或 數(shù)據(jù)實例中 抽取出該專 家系統(tǒng)所需 要的知識 是研究如何將領(lǐng)域知識和專家
8、經(jīng)驗等有效地表示成計算機能 夠工作和運行的形式 研究如何對存 放在知識庫中 的知識進行控 制和操作，即 問題求解，通 常采用的方法 是搜索和推理 二、專家系統(tǒng)基本原理 （二）專家系統(tǒng)基本特征 1. 具有專家水平的專門知識 2. 能進行有效的推理 3. 具有獲取知識的能力 4. 具有靈活性 5. 具有透明性 6. 具有交互性 7. 具有實用性 8. 具有一定的復(fù)雜性及難度 二、專家系統(tǒng)基本原理 （三）專家系統(tǒng)與計算機程序的區(qū)別 第一節(jié) 專家系統(tǒng)技術(shù)概述 常規(guī)的計算機程序 專家系統(tǒng) 基本情況 常規(guī)程序數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)十算法 專家系統(tǒng)知識十推理 知識組織 兩級： 數(shù)據(jù)級和程
9、序級 三級： 數(shù)據(jù)級、知識庫級和控制級 求取問題 方法 查找或計算，面向數(shù)值計算和數(shù) 據(jù)處理，問題求解過程中先做什 么及后做什么都是由程序規(guī)定的 推理，面向符號處理，其推理過程 隨著情況的變化而變化，具有不確 定性及靈活性 處理的數(shù) 據(jù) 多是精確的，對數(shù)據(jù)的檢索是基 于模式的布爾匹配 大多是不精確的、模糊的，知識的 模式匹配也多不精確（設(shè)定閾值） 解釋功能 一般不具有 具有，可對自己的行為做出解釋 體系結(jié)構(gòu) 不同 三、專家系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 專家系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu) 三、專家系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 專家系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu) 系統(tǒng) 通過它輸出運行結(jié)果、 回答用戶的詢問或者向用戶 索取進一步的事實
10、 由一組程序及相應(yīng)的硬件組成， 用于完成輸入輸出工作。 通過它輸入知識，更新、 完善知識庫 通過它輸入欲求解的問題、已知事實以及 向系統(tǒng)提出詢問 三、專家系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 專家系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu) 由一組程序組成， 基本任務(wù)是把知識 輸入到知識庫中， 并負責維持知識的 一致性及完整性， 建立起性能良好的 知識庫。 三、專家系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 專家系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu) 存儲領(lǐng)域內(nèi)的原理性知 識、專家的經(jīng)驗性知識 以及有關(guān)的事實等 負責對知識庫中的知識 進行組織、檢索、維護 等 三、專家系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 專家系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu) 推理機是專家系統(tǒng) 的“思維”機構(gòu) （核心）。 任務(wù)是模擬領(lǐng)域?qū)?家的
11、思維過程，控 制并執(zhí)行對問題的 求解。能根據(jù)當前 已知事實，利用知 識庫中的知識，按 一定的推理方法和 控制策略進行推理， 求得問題的答案或 證明某個假設(shè)的正 確性。 知識表示技術(shù) 知識是專家系統(tǒng)的核心 ， 將人的知識轉(zhuǎn)換為 知識庫能夠表達和操作運用的知識 。 知識表示技術(shù)則是專家系統(tǒng)的核心技術(shù) 。 已 提出的知識表示技術(shù)方法有上百種 ， 常見的 有： 產(chǎn)生式規(guī)則法 ， “ 框架 ” 表示法 ， 語義網(wǎng)絡(luò) 法 ， “ 規(guī)則架 +規(guī)則體 ” 規(guī)則組法 ， 綜合知 識法 推理策略 專家系統(tǒng)的控制中心，依靠推理機這種控制程序 去運行知識庫和其它機構(gòu)，解決用戶提出的問題 。 正向推理 反向推理 雙向混合推理 不確定推理 知識獲取技術(shù) 按所建專家系統(tǒng)規(guī)定的知識表示形式，整理成一 個個知識單元，放入知識庫，這個過程稱為知識 獲取。 獲取方式： 人工獲取方式，半自動獲取方式，自動獲取方式 過程： 確定任務(wù)、制造方案、實時獲取、調(diào)試彎身 開發(fā)工具 編輯型開發(fā)工具 智能型開發(fā)工具 自動知識獲取工具
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