漫话专家系统及其应用（4）
胡经国
（续前）
九、专家系统工具
1、专家系统工具概述
专家系统工具（Expert System Tool，EST），又叫做专家系统开发工具，是指人们为高效率开发专家系统而设计的一种“高级程序系统”或“高级程序设计语言环境”。专家系统工具可分为：骨架型、辅助型和通用型3类。
专家系统工具出现于20世纪70年代后期。其目的在于提高专家系统开发效率。
2、专家系统工具的必要性
⑴、开发专家系统需要领域专家和知识工程师通力合作
要开发一个好的专家系统并非易事，通常需要“领域专家”和“知识工程师”的数人/月乃至数人/年的通力合作。
其中，“领域专家”负责总结和建立应该放在专家系统中的知识，确立专家系统应该达到的目标。因此，领域专家需要由具有高深专业知识和丰富实践经验的待开发领域内的专家承担。
而“知识工程师”则负责从领域专家总结的知识和经验中抽取精华，设计知识结构，选用知识表达方法，根据不同的知识表达确立不同的知识存储方式和推理机制，并且选用LISP、PROLOG之类的人工智能程序设计语言实现系统原型，几经试用、修改以后再提交给最终用户使用。
⑵、实现专家系统高速度、低成本开发
由此可见，实用专家系统的研究如果仅仅限于用手工方式以LISP或PROLOG语言从头开发每一个系统，那么其重复性工作多，效率低、成本高，满足不了实际应用的需要。
为了把专家系统的开发由手工作业方式转变为半自动化的批量生产方式，使专家系统的开发速度提高、开发费用减少，于20世纪70年代后期出现了专家系统开发工具系统。它可以帮助“领域专家”直接生成自己的专家系统，从而缩短开发实用专家系统的周期。
3、专家系统工具的结构
用专家系统工具开发专家系统的过程，如下图所示（图源：网络）。
其中，“开发机”通过自然语言方式获取知识，制成“知识库”。“推理机”借助知识库用自然语言方式向专家系统用户作出“专业咨询”。“开发机和推理机”共同构成专家系统工具。
4、专家系统工具的功能类型
专家系统工具按其功能可分为：骨架型、辅助型、通用型3类。
⑴、骨架型工具
骨架型工具，是指从已被实践证明具有实用价值的专家系统中，抽出了实际领域的知识背景，而保留了该系统中推理机的结构，从而形成的一类专家系统工具。EMYCIN、EXPERT和PC（PC的意思很多，此处意思不明，待查）等均属于此种类型。
①、EMYCIN
EMYCIN是基于MYCIN系统的专家系统（Mycin System Based on Expert Systems），是一种帮助医生对住院的血液感染患者进行诊断和选用抗菌素类药物进行治疗的专家系统，是细菌感染疾病诊断专家系统；属于医学专家系统（Medical Expert System，MES）范畴。
EMYCIN是在MYCIN系统的基础上，抽去了医疗专业知识，修改了不精确推理，增强了知识获取和推理解释功能之后，构造而成的世界上最早的专家系统工具之一。
MYCIN系统是一种帮助医生对住院的血液感染患者进行诊断和用抗菌素类药物进行治疗的专家系统。MYCIN系统是20世纪70 年代初由美国斯坦福大学研制，用LISP语言写成的。
②、EXPERT
EXPERT是从石油勘探和计算机故障诊断专家系统（Oil Exploration and Computer Fault Diagnosis Expert System）中抽象并且构造出来的，适用于开发“诊断解释型专家系统”。
⑵、辅助型工具
辅助型工具，是指根据开发机、推理机和人－机界面这3个部分的逻辑功能所设计的、能够独立地完成某一部分逻辑功能的工具系统。
ADVISE、AGE、EXPERT-EASE和RULEMASTER等，都属于这一类工具。
辅助型工具的研究在一定范围内带有通用性。它不仅能广泛地用于不同领域的实用专家系统的开发；而且也可单独作为功能完善的实用软件。
⑶、通用型工具
通用型工具，是指根据专家系统的不同应用领域和人类智能活动的特征研制出来的、适用于“专家系统开发”的开发工具系统。研制这类工具，具有一定的难度。
ART、ESHELL、INSIGHT、KEE、LOOPS、REVEAL等，都属于这类工具的代表。
5、专家系统框架的局限性
一般说来，专家系统框架具有如下几个局限性：
⑴、框架结构具有一定的领域针对性
这是因为，原有的专家系统的内部结构，受到其应用领域的影响，具有一定的领域针对性。
⑵、推理机制不能表达新领域知识使用过程
当专家系统框架使用的推理机制与某一新领域的专家问题求解方式具有很大差异时，专家系统框架的推理过程就不容易被专家所理解，从而使专家不容易接受该系统的推理思想。
⑶、知识表示方式不适于表达新领域的知识结构
在一个特定的领域中，知识是围绕着特定的环境和特定的对象组织的。例如，MYCIN系统是围绕着上下文节点组织的；HEARSAY-II是围绕着语音理解的不同阶段组织的。
如果把应用领域中各对象、概念、环境之间的关系用属性继承结构表示，并且将“知识表示方式+属性继承结构”看成知识结构，那么可以认为，每个专家系统框架具有确定的知识结构。不同的领域可能适应于以不同的知识结构描述，这给专家系统框架的应用带来了困难。
6、EMYCIN系统
⑴、简介
EMYCIN系统，又称为基本的MYCIN系统，是以MYCIN系统为基础，抽去MYCIN系统固有的细菌感染病的知识，而得到的与领域无关的框架。该系统通过与领域专家系统设计者的交互式对话，获取该领域的知识，从而形成一个专家系统。
借助于EMYCIN系统产生的专家系统有：
PUFF、AEADMED、SACON、CLOT等。
其中，除了SACON以外，都属于医疗专家系统。
EMYCIN系统采用了与MYCIN系统基本相同的知识表示方式以及推理方式，将MYCIN系统的推理机制应用于可用MYCIN规则语言表示知识的其他领域，并且提供MYCIN系统带有的全部辅助功能（如解释系统咨询结果的功能），以及良好的系统构造环境，方便专家系统设计者编辑和调试知识库。
⑵、评价
由于MYCIN系统是面向细菌感染领城的专家系统，因而EMYCIN系统也就最适合于构造“与诊断类似的演绎问题”的专家系统。
EMYCIN系统的知识获取功能使该系统能够有效而且简便地从用户处获取知识，快速地构造知识库。EMYCIN系统的咨询程序使用从用户处获取的知识与用户交互，并且能解释系统自身的行为。这些是EMYCIN系统的最大优点。
EMYCIN系统限定生成专家系统所具有的推理方式、控制结构，使EMYCIN系统不能方便地构造面向各类领域的专家系统，即EMYCIN系统本身不具有“广泛的领域适应性”。
7、AGE系统
AGE系统，提供几种“专家系统框架组件”，供专家系统设计者选用。这些框架组件包括：体现MYCIN系统思想的“逆向链框架”和体现HEARSAY-II思想的“黑板框架”。
AGE系统的每个“框架组件”由若干个经过仔细选择、定义并且编写成“模块化程序的模块”组成。在每个框架组件内部，组合各“程序模块”的方式具有一定的灵活性。例如，AGE系统的“逆向链框架”要求用户提供“规则的谓词”，定义“对确定性因子的计算”。但是，不同的“框架组件”是“互斥的”，专家系统设计者“每次只能选用其中的一个”。
AGE系统的主要优越性在于：利用AGE系统提供的各“框架组件”，可以快速地构造利用现有典型结构的专家系统，以供急需。另外，由于AGE系统提供了几种“系列结构”，它的“领域适应性”相应增强；由于它提供了相应于每种系列结构的“建立、辅助功能块”，使专家系统的建立有一定的灵活性和领域针对性。
（未完待续）
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