人工智能论文.docx
《人工智能论文.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《人工智能论文.docx(9页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、基于MYCIN系统的结构分析及其应用举例浅谈专家系统陆浩炜 09电气四班 6号 学号:200930211136摘要:人工智能(Artificial Intelligence,AI)是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能从诞生以来,理论和技术日益成熟,应用领域也不断扩大,MYCIN系统是美国斯坦福大学建立的对细菌感染疾病的诊断和治疗提供咨询的计算机咨询专家系统, MYCIN系统是对专家系统的理论和实践都有着很大贡献的早期专家系统之一,为了处理事实和规则的不确定性,MYCIN系统采用非精确推理。现在的许多专家系统都引用了MYCIN系统的设计
2、思想和逻辑推理方法。本文以MYCIN系统为例,介绍该专家系统的用途、主要结构、知识表示方法、推理方法和大致工作过程等,并简述MYCIN系统在国内的发展现状。关键词:MYCIN模型,人工智能,专家系统,不精确推理。1引言:费根鲍姆解释专家系统“是一个已被赋予知识和才能的计算机程序,从而使这种程序所起到的作用达到专家的水平”,这种“专家水平”意味着医学教授做出诊断和治疗的水平。MYCIN system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 70 年代初由美国斯坦福大学研制,用LISP语言写成。从能与控制结构上可分成两部分:以患者的病史、症和化
3、验结果等为原始数据,运用医疗专家的知识进行向推理,找出导致感染的细菌。若是多种细菌,则用 0 到1的数字给出每种细菌的可能性。感染性疾病是内科中一种非常重要的疾病,病情发展速度快,如果得不到及时的治疗,病人会有生命危险。因此,要诊断这样的疾病不但要有非常丰富的临床经验,而且还需要大量的药物知识。在这样的需求环境下, 1972年开始了构建MYCIN系统,并在此系统的基础上产生了一系列用来管理MYCIN系统的医学知识系统。典型的专家系统MYCIN后来被知识工程师视为“专家系统的设计规范”,现在的许多专家系统都是以MYCIN系统为代表的基于规则的专家系统,MYCIN系统应用在农业、银行业、保险业、咨
4、询与审计行业以及商业企业中。总体来说,MYCIN系统的应用领域非常广泛,涉及到社会、经济和服务领域。2 MYCIN系统结构2.1系统的设计目标细菌感染疾病专家在对病情诊断和提出处方时,决策过程很复杂,主要靠医生的临床经验和判断。MYCIN系统试图用产生式规则的形式体现专家的判断知识,以模仿专家的推理过程。系统的总体目标是医生向系统输入病人信息,系统对之进行诊断,并提出处方。系统通过与内科医生之间的对话收集关于病人的基本情况,例如临床情况、症状、病历以及详细的实验室观测数据等。系统首先询问一些基本情况,内科医生在回答询问时所输入的信息被用于做出诊断。诊断过程中如需要进一步的信息,系统就会进一步询
5、问医生。一旦可以做出合理的诊断,MYCIN列出可能的处方,与医生作进一步对话,选择适合于病人的处方。在诊断引起疾病的细菌类别时,取自病人的血液和尿等样品,在适当的介质中培养,可以取得某些关于细菌生长的迹象。但要完全确定细菌的类别经常需要24到48小时或更长的时间。在许多情况下,病人的病情不允许等待这样长的时间。因此,医生经常需要在信息不完全或不十分准确的情况下,决定病人是否需要治疗,如果需要治疗的话,应选择什么样的处方。因此,MYCIN系统的重要特性之一是以不确定和不完全的信息进行推理。2.2系统的框架和组成要素现代专家系统的主要组成部分有:1.知识库(knowledge base);2.综合
6、数据库(global database);3.推理机(reasoning machine);4.解释器(interpreter);5.接口(interface).MYCIN系统经过几十年的发展,已经形成了一套成熟的功能齐全的结构体系,现阶段经过不断优化后的最新的系统组成要素为:用户接口子系统、咨询子系统、解释子系统、知识获取子系统、案例信息库、诊断信息库、诊断知识库。简易的系统结构如下图1 图一 MYCIN 系统中的信息流及信息流控制流程图2.2.1用户接口子系统MYCIN系统中,用户界面是专家系统与用户进行信息交换的唯一窗口。因此,设计一个单独的用户接口子系统,使得医生用户和领域专家通过该子
7、系统与专家系统进行交互,实际上,专家系统的对话结构在运行时是动态,推理机以及知识库里内容和结构决定其对话结构。而这样的接口设计方法可以使得快速原型法得到增强,优化用户与系统的对话,以及输出的结果为有益的价值。2.2.2咨询子系统咨询子系统相当于推理机,它的模式可以是知识库结构和解释器结构。由于咨询子系统担负着使用知识和数据推断病人所患的感染病并选用合适的药物的任务,所以在该子系统中采用知识库模式。2.2.3解释子系统解释子系统采用解释器结构,解释方法一般有以下几种:预制文本与路径跟踪法、策略解释法以及自动程序员方法。最简单的解释方法是预制文本法,将问题答案预先用英文写好插入到程序中,通过显示这
8、些文本回答用户的提问;路径跟踪法是通过推进过程和重新构造说明系统的行为。在MYCIN系统中,采用的是预制文本与路径跟踪解释法。MYCIN系统具有较强的解释功能,医生用户可以向系统提出询问关于病人的当前知识状况、关于当前咨询的演绎问题、关于MYCIN决策规则的任何问题,不考虑这些规则是否适用咨询。因此,采用这种解释方法具有很大局限性。2.2.4知识获取子系统知识获取是解决知识拥有量的问题,它直接影响问题求解系统或专家系统的求解水平。通过该子系统与领域专家和知识工程师的交互,使知识库获得专家知识。通过不断优化知识获取子系统,使诊断知识库中的知识可以修改、充实和提炼,更重要的是设计系统具有自我学习功
9、能,即知识获取子系统可以从案例信息库里提取相应的知识,使MYCIN系统的性能得到不断的完善。2.2.5诊断信息库诊断信息库子系统采用基于事件驱动模式结构,该库中存放病人症状、化验结果和系统推出的结论等数据库信息,该信息库是动态的数据库形式。诊断信息库中的数据应该包括医生用户提供的数据和系统通过推理机推理并通过解释器解释后的数据,即系统推出的数据。2.2.6诊断知识库诊断知识库存放诊断治疗知识,采用基于事件驱动模式结构。MYCIN系统有很丰富的医学知识,包括诊断方面的知识和治疗方面的知识,从而使治疗感染性疾病的能力达到了专家水平。原始的MYCIN系统诊断知识库中的知识只来源于知识工程师和感染性疾
10、病诊断专家的知识,系统中的医学知识是以规则的方式表示的,然而每个对象都有自己的特性表,并有一些静态知识,因此,设计诊断知识库具有自学习的功能,库中的知识还应该来源于案例信息库,即不断从诊断过程中提取知识,便于诊断知识库中的知识得到更新。2.2.7案例信息库案例信息库子系统采用是基于事件驱动结构,作为新增加的信息库,主要存储系统对诊断处理的过程信息和经过解释子系统解释的诊断结果信息。因此,案例信息库的这些记录信息有利于优化的MYCIN系统的自学习,使得诊断知识库中的知识根据案例信息库中一系列信息实时更新。以上的MYCIN系统组态要素跟原MYCIN系统已经做了较大的改进,接口子系统便于领域专家和医
11、生用户与专家系统交互;案例信息库中存储诊断处理的过程信息和经过解释子系统解释的诊断结果信息;推理机中的推理方法采用了正向推理和反向推理相结合的混合推理技术;在解释子系统中,增加了自动程序员解释方法,使得系统的能够给用户提出一个有利的解释;在知识获取子系统中,增加了从案例信息库中获取知识;增加了诊断知识库中的知识实时更新的功能,使得优化的MYCIN系统具有自学习的功能并改进了系统的性能。3 知识库的构造MYCIN 的知识库以前提-动作型产生式规则来表示诊断和治疗细菌感染性疾病的专家级医学知识,以实现专家级诊断和治疗能力。规则的表示结构以 BNF 范式描述如下: := RULE PREMISE (
12、$AND +)ACTION + := |($OR +)其中,简单条件以 MYCIN 提供的 4 类简单函数来表示。最常用的函数是 SAME,其 BNF 范式描述如下:(SAME )在推理机对规则进行解释执行时,SAME 函数指示推理机请求用户证实该对象是否有该属性值(当属性值是原始观测数据时),或经由逆向推理证实该属性值。这里证实的程度以所谓的可信度(CF-CertaintyFactor)来指示。CF 的取值范围是-1,+1,-1 表示假,+1 表示真,0指示无法确定真假的程度,其它值或多或少指示真假的程度。CF 可以由用户在回答关于证实的请求时直接给出,或由逆向推理产生。规则中的动作也以简单
13、函数表示,最常用的是 CONCLUDE,其将对象的属性值作为推理结论加进综合数据库,并记载推理结论的实际可信度。CONCLUDE 函数的 BNF 范式描述如下:(CONCLUDE TALLY )其中,TALLY 用于存放规则前提的 CF(计算方式请参阅 7.2.2 节)。结论 CF 意指规则本身的可靠(可相信)程度,即在规则前提 CF 为 1(真)的情况下,结论为真的可能程度。实际上 MYCIN 知识库收集的大多数规则均是启发式关联知识,取自医疗专家多年积累的经验,不保证完全正确,所以引入结论可信度是十分必要的。结论 CF 的取值范围也是-1,+1,其与规则前提在推理中使用时的实际 CF 相乘
14、,即可得到规则结论的实际 CF(参阅 7.2.2 节)。例如,TALLY 当前值为 0.8,而结论 CF第五章 专家系统实例-MYCIN35为 0.4,则结论的实际 CF 为 0.32。MYCIN 系统建立的初期就以上述格式表示和收集了 200 多条规则于知识库,其中 047 号规则表示如下:RULE 047PREMISE ($AND (SAME CNTXT SITE BLOOD)(NOTDEFINITE CNTXT IDENT)(SAME CNTXT STAIN GRAMNEG)(SAME CNTXT MORPH ROD)(SAME CNTXT BURN T)ACTION (CONCLUDE
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 人工智能 论文
链接地址:https://www.31doc.com/p-3907528.html