文| 薛铮铮

编辑| 薛铮铮

引言

专家系统是基于特定领域的知识和专业知识，通过推理和解决问题来做出决策的计算机程序。它们旨在模仿人类专家的决策能力，而不需要人工干预。

【资料图】

人工智能的进步推动了专家系统的发展，使其有可能创建具有类似人类能力的软件平台，如自然语言处理、模式识别、机器学习和数据分析。

专家系统架构

专家系统是模仿特定领域的人类专家决策能力的计算机程序。他们使用人工智能技术来解决复杂问题，并为可能不具备特定领域专业知识的用户提供解决方案。虽然传统的专家系统是基于规则的，但现代专家系统利用机器学习算法来提高其性能，使其更加高效。

专家系统的体系结构由几个组件组成，这些组件共同发挥作用以实现系统的目标。这些组件包括知识库、推理引擎、用户界面和解释模块。

知识库知识库是建立任何专家系统的基础。它包含系统对手头的问题做出明智决策所需的所有信息。这些知识可以从各种来源收集，如领域专家、教科书和研究论文。根据所解决问题的复杂性，知识库可以是结构化的或非结构化的。

结构化知识库是知识的形式化表示，如决策树、框架、规则和语义网。相比之下，非结构化的知识库组织较少，由自然语言文本、图像和视频组成。无论知识以何种形式表示，它都必须是准确的、最新的和可验证的，以确保系统的可靠性和有效性。

推理引擎推理引擎是负责处理知识库以生成逻辑结论或建议的组件。它使用推理机制将输入数据与知识库中的相关知识进行匹配。

有两种主要类型的推理引擎：正向链接和反向链接。前向链接是一个过程，系统从输入数据开始，并遵循一组预先确定的规则来提出解决方案。另一方面，反向链接从期望的结果开始，并通过规则反向工作，以确定实现该结果需要哪些输入数据。

现代专家系统使用前向和后向链接的组合，称为混合推理。与传统的基于规则的推理相比，混合推理实现了更好的准确性和速度，非常适合需要多个约束的复杂问题。

用户界面是用户与专家系统进行交互的渠道。它必须直观且易于使用，即使对于没有该领域技术专长的个人来说也是如此。用户界面可以包括诸如菜单、按钮、文本框和图形之类的组件。

解释模块负责提供有关系统如何得出结论或建议的详细信息。这些信息有助于用户理解系统决策过程背后的原因，从而提供可靠的帮助。除了增加用户信心外，解释模块还使用户能够识别知识库中的错误，从而随着时间的推移不断改进系统并提高准确性。

专家系统是人工智能发展的一个重要里程碑，在特定领域达到了与人类专家相当的性能水平。它们的有效性是由于健全的体系结构，该体系结构包括几个组件：知识库、推理引擎、用户界面和解释模块。

虽然专家系统在解决复杂问题方面提供了无与伦比的优势，但其可靠性和有效性在很大程度上取决于知识库的准确性和完整性。除了提高它们的性能外，正在进行的研究还将继续提高这些系统的智能能力，同时在不同领域引入新的应用程序。

人工智能技术在专家系统中的应用

一些人工智能技术被用于开发专家系统，包括基于规则的系统、模糊逻辑、人工神经网络和遗传算法。

基于规则的系统由于其简单易实现而被广泛应用于专家系统中。它们涉及以“如果-那么”规则或推理规则的形式表示知识。“if-then”规则是一种描述变量之间特定关系的语句。

如果规则中指定的条件得到满足，则会得出相应的结论。基于规则的系统已被应用于医学、金融和工程等各个领域。

模糊逻辑是一种通过为命题或概念分配真实度来处理不确定或不精确信息的方法。在处理可变性和不确定性不可避免的复杂系统时，它尤其有用。模糊集合被用来表示话语世界中与每个元素相关的隶属度。模糊逻辑已经应用于许多领域，如天气预报、控制系统和决策。

人工神经网络（ANN）的灵感来自人类大脑的功能，用于模式识别、图像和语音处理以及数据分析。人工神经网络可以从例子和模式中学习，使其成为开发需要预测能力的专家系统的理想选择。

人工神经网络由连接在网络中的人工神经元或节点组成。每个神经元接收来自其他神经元的输入，处理信息，并产生输出信号。人工神经网络已被用于金融、医疗保健和营销等各个领域。

遗传算法被用来通过模拟自然进化过程来优化问题的解决方案。它们涉及创建一组潜在的解决方案，这些解决方案经过选择、交叉和突变，直到找到最佳解决方案。在处理传统优化技术不足的复杂多维问题时，遗传算法尤其有用。它们已被应用于物流、工程和金融等各个领域。

机器学习是人工智能的一个子集，专注于开发可以从数据中学习并随着时间的推移提高性能的算法。机器学习用于专家系统，通过分析该领域的大量数据并识别模式和趋势来提高其准确性和有效性。

例如，机器学习可以用于医学专家系统，以根据患者的症状和病史诊断医疗状况。该系统可以分析以前案例中的大量数据，以确定可以为其决策过程提供信息的模式和趋势。这提高了系统的准确性并降低了误诊的风险。

计算机视觉是人工智能的一个子集，专注于开发可以分析图像和视频等视觉数据的算法。计算机视觉被用于专家系统，以分析来自领域的视觉数据并为决策过程提供信息。

例如，计算机视觉可以用于工程专家系统，以分析复杂机械的图像，并确定潜在的问题或需要改进的领域。该系统可以分析视觉数据，并将其与已知的故障模式进行比较，以检测潜在的问题。

基于人工智能的专家系统示例

霉素是最早开发的用于诊断细菌感染并提供治疗建议的专家系统之一。它是在斯坦福大学创建的，使用基于规则的推理来评估患者的症状和病史。

Cogito是一个心理健康平台，使用情绪分析和自然语言处理等先进的机器学习技术提供数字辅导和咨询服务。该系统分析患者的语音数据，并根据情绪和语调提供个性化反馈。

XpertRule的医疗诊断系统是一个基于网络的专家系统，使用模糊逻辑和基于规则的推理来诊断医疗状况。该系统是为医疗专业人员设计的，允许用户输入症状并接收潜在诊断和治疗选项列表。

Watson肿瘤学顾问是IBM开发的一个专家系统，用于协助肿瘤学家诊断和治疗癌症。该系统使用人工神经网络和自然语言处理来分析患者数据，并根据医学文献和临床经验提供建议。

JIANG石油天然气钻井专家系统是一个智能钻井规划和决策专家系统，使用基于规则的推理和遗传算法来优化钻井性能。它根据地质数据、钻井条件和设备规范提供建议。

人工智能彻底改变了专家系统的发展，为他们提供了像人类专家一样推理、学习和进化的能力。基于规则的推理、模糊逻辑、人工神经网络和遗传算法等人工智能技术的应用，使人们能够创建能够解决复杂问题、优化流程和提供数据驱动见解的专家系统。

尽管仍不完美，但基于人工智能的专家系统已成为许多行业的重要工具，使企业和组织能够做出更好的决策并改善结果。随着人工智能的不断发展和专家系统的新应用的出现，我们有望在未来几年看到这一领域取得更令人印象深刻的进展。

将人工智能技术应用于专家系统的好处和挑战

人工智能技术，如机器学习和NLP，可以通过分析大量数据和识别模式和趋势来提高专家系统的准确性。这降低了出错的风险，并提高了系统的整体有效性。

人工智能技术可以通过自动化日常任务和更快地识别潜在问题来提高专家系统的决策速度。这使专家能够专注于需要人力专业知识的更复杂的任务。

人工智能技术可以提高专家系统的可扩展性，使其能够处理更大的数据量和更复杂的决策过程。这对于需要快速决策或需要分析大量数据的领域尤为重要。

人工智能技术依赖于高质量的数据来做出准确的决策。数据质量差可能导致结果不准确或不可靠，从而降低系统的有效性。至关重要的是要确保系统中使用的数据是准确、完整和具有领域代表性的。

人工智能技术可以使专家系统变得更加复杂，需要技术专长来开发和维护。对于那些内部没有足够技术专业知识的组织来说，这可能是一个挑战，需要他们投资招聘新人员或外包给第三方供应商。

如果人工智能技术是在有偏见的数据上训练的，或者不是设计为无偏见的，那么它可能会表现出偏见。这可能导致不公平或歧视性的决策，引发道德问题。至关重要的是要确保该系统的设计和培训是公正的，并符合相关的道德标准。

人工智能技术对决策过程的影响

人工智能技术可以使日常任务自动化，更快地识别潜在问题，提高决策过程的效率。这使专家能够专注于需要人力专业知识的更复杂的任务。

人工智能技术可以通过分析大量数据、识别模式和趋势来提高决策过程的准确性。这降低了出错的风险，并提高了系统的整体有效性。

人工智能技术可以通过在所有情况下一致地应用规则和政策来提高决策过程的一致性。这降低了人为不一致和偏见导致错误的风险。

对专家系统未来的影响

人工智能技术在专家系统中的应用对这些系统的未来具有重要意义。

人工智能技术可能会提高专家系统决策过程的自动化程度。这将使专家能够专注于需要人工专业知识的更复杂的任务，而常规任务是自动化的。

人工智能技术可能会使专家系统与物联网、大数据分析和云计算等其他技术更好地集成。这将使专家系统能够访问和分析更大的数据量，并做出更明智的决策。

人工智能技术可能会导致专家系统在医疗保健、金融和工程等各个领域得到更广泛的采用。随着人工智能技术变得越来越容易获得和使用，越来越多的组织可能会采用专家系统来改进其决策过程。

笔者观点：

人工智能技术彻底改变了我们与专家系统交互的方式，在机器学习、NLP和计算机视觉等领域提供了先进的能力。

人工智能技术有几个好处，包括提高准确性、加快决策速度和增加可扩展性。它也面临一些挑战，包括数据质量、系统复杂性、道德和偏见。人工智能技术在专家系统中的应用对决策过程产生了重大影响，提高了效率、准确性和一致性。

参考文献：

1.Artificial Intelligence: A Modern Approach.Stuart Russell&Peter Norvig

2.Expert Systems: Principles and Programmin.Joseph C. Giarratano&Gary D. Riley

3.Foundations of Artificial Intelligence.David Poole&Alan Mackworth

4.An Introduction to Artificial Intelligenc.Philip C. Jackson

5.Artificial Intelligence: Science and Engineering.Patrick Henry Winston

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