專家系統(tǒng)開發(fā)工具(數(shù)據(jù)庫)

時間：2022-12-10 08:30:01 | 來源：信息時代

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    專家系統(tǒng)開發(fā)工具 : 用于開發(fā)或生成專家系統(tǒng)的語言或開發(fā)環(huán)境。
1. 專家系統(tǒng)語言
主要包括通用程序設計語言(general programming language)、人工智能語言、知識工程語言(knowledge engineering language)、骨架型知識工程語言(skeletal knowledge engineering language)、通用知識工程語言(general knowledge engineering language)、專家系統(tǒng)開發(fā)語言(expert system development language)。通用程序設計語言是專家系統(tǒng)的初期開發(fā)工具,主要有C、PASCAL、FORTRAN等。人工智能語言是指以LISP為代表的函數(shù)型語言; 以PROLOG為代表的邏輯型語言: 以Smalltalk為代表的面向對象語言。知識工程語言是指專門用來構造和調試專家系統(tǒng)的語言,是為開發(fā)專家系統(tǒng)專門設計的一些特殊的高級語言工具,由結合在外圍支持環(huán)境中的專家系統(tǒng)建造語言組成。骨架型知識工程語言是建造專家系統(tǒng)的一類知識工程語言,稱骨架系統(tǒng),是從現(xiàn)有的專家系統(tǒng)去掉所有與特定領域有關的知識,僅留推理機和支撐環(huán)境得到的知識工程語言環(huán)境。通用知識工程語言是開發(fā)專家系統(tǒng)的一種高級語言工具,克服了骨架系統(tǒng)的種種限制和缺陷,它不嚴格地傾向某種特定的領域或規(guī)則的某種范式描述,能處理不同問題領域和問題類型,控制結構范圍較寬,應用范圍較廣。專家系統(tǒng)開發(fā)語言是開發(fā)專家系統(tǒng)的程序設計語言,稱為通用型知識工程語言或知識表示語言。
(1) LISP: 是最早和最重要的符號處理編程語言之一,1960年美國著名科學家J.McCarthy,根據(jù)Alonzo Church于1941年提出的λ演算發(fā)明的,其名字取自英文的表處理語言(LISt Processing language),目前LISP已成為最主要的一種AI通用程序設計語言。LISP語言的誕生與發(fā)展對計算機科學有重大貢獻,它是第一個突破Von. Neumaun體制,有堅實的數(shù)學基礎,以符號為處理對象的實用性語言。
LISP語言以函數(shù)遞歸為基本工具,是語言的主要控制結構,它不像大多數(shù)程序設計語言那樣以迭代(循環(huán))作為主要結構。在LISP中,程序與數(shù)據(jù)在形式上等價。LISP的唯一數(shù)據(jù)結構是S-表達式,而程序也是用S-表達式編寫,可以把程序當作數(shù)據(jù)來處理,也可以把數(shù)據(jù)當作程序來執(zhí)行。
(2) PROLOG: 是法國的A.Colmerauer和他在馬賽大學(Marseille University)的助手于1962年發(fā)明的一種高效率邏輯型語言。1972年,在馬賽大學實現(xiàn)第一個PROLOG解釋器,開創(chuàng)邏輯程序設計的歷史。PROLOG的主要基礎是邏輯程序編制的概念(PROgramming in LOGic),本身是一個演繹推理機,具有表處理功能,通過合一、置換、消解、回溯和匹配等機制來求解問題。PROLOG己被應用于許多符號運算研究領域。
PROLOG的數(shù)據(jù)和程序采用統(tǒng)一的稱之為項(term)的基本結構,并且都是樹型結構。系統(tǒng)自動完成模式匹配和回溯,具有遞歸的重要特點,使得PROLOG特別適用于描述智能程序、自然語言處理、定理證明和專家系統(tǒng)等。
(3) Smalltalk: 第一個典型的純面向對象的語言,美國Xerox公司研制。設計思想受到Simula的啟示。1972年開始研制,以每年一版的速度更新,到1980年完成最后版本Smalltalk-80。它的問世開創(chuàng)了一種新的程序設計風格-面向對象的程序設計。
(4) AL/X: 智能終端公司研制的基于規(guī)則和基于框架的骨架型知識工程語言。與知識獲取系統(tǒng)KAS(Knowledge Acquistion System)類似,是其抽取了PROSPECTOR(一個地質勘探專家系統(tǒng))的地質知識后留下的骨架系統(tǒng)。
(5) APES: 倫敦皇家學院開發(fā)的基于邏輯的知識工程語言,具有靈活的正反向推理的控制機制、置信度因子處理和解釋模型,由交互式子句/規(guī)則編輯程序等所組成的PROLOG應用軟件包支持環(huán)境。
(6) ARBY: 耶魯大學(yale)開發(fā)的基于規(guī)則和邏輯的知識工程語言,包括表達規(guī)則的謂詞演算機制、前提產生的逆向推理機制和人/機接口,使用現(xiàn)代系統(tǒng)技術公司在VAX機上研制的基于邏輯的知識工程系統(tǒng)的DUCK的通用檢索器。支持環(huán)境有規(guī)則編輯器和交互式框架編輯器等。
(7)模糊關系推理語言(fuzzy relation inference language,FRIL): 英國布里斯托大學(University of Bristol)用MACLISP實現(xiàn)的模糊關系推理語言,與PROLOG類似。是設計自動推理知識庫系統(tǒng)和設計專家系統(tǒng)的知識工程語言,吸取了Codd的關系數(shù)據(jù)庫模型、Kawalski的邏輯程序設計思想和Zadeh的模糊系統(tǒng)理論,是將模糊教學與AI相結合的典范。該語言已用于美國國防部AUWE控制系統(tǒng)、發(fā)電廠故障檢測和醫(yī)療診斷等。
(8) KBS: 卡耐基-梅隆大學(Carnegie-Mellon)機器人研究院,用可運行在VAX FRANZ LISP系統(tǒng)上的SRL實現(xiàn)的一種基于框架和面向對象的知識工程語言。KBS使用面向對象的仿真模型,并有功能完善的多種支持環(huán)境。
(9) KL-ONE: 由G.Bolt在XEROX 1100 LISP機和VAX機上,用INTERLISP-D開發(fā)的知識工程語言。它基于框架和語義網(wǎng)知識表示,具有屬性自動繼承等特點。該工具環(huán)境中包括有交互式圖形驅動知識庫編輯環(huán)境和顯示環(huán)境。
(10) KMS:馬里蘭大學(Maryland)用LISP研制的基于框架和規(guī)則的知識工程語言。KMS是若干子系統(tǒng)的集成,其中每個子系統(tǒng)都有自己的知識方法和推理控制策略。它具有基于規(guī)則的演藝,利用貝葉斯理論進行統(tǒng)計模型分類,線形區(qū)分和其他評估函數(shù),以及基于規(guī)則的推理生成等特點。
(11) KRYPTON: Fairchild AI 研究室用INTERLISP-D研制的一種基于框架和邏輯的知識工程語言。具有可定義框架及框架網(wǎng)絡的術語部件和斷言部件,后者使用非因果聯(lián)系的圖形解析定理證明裝置來維護和管理用框架定義數(shù)據(jù)項的邏輯斷言數(shù)據(jù)庫。
(12) OPS(official production system version):卡耐基-梅隆大學(Carnegie-Mellon)用LISP語言實現(xiàn)的通用知識工程語言。已經(jīng)發(fā)展成一個家族,包括OPS1、OPS2、OPS3、OPS4、OPS5,OPS5+、OPS83等。OPS廣泛用來開發(fā)計算機設計、模式識別、圖像處理、故障診斷等方面的專家系統(tǒng),其中著名的計算機結構設計專家系統(tǒng)RI就是采用OPS5進行開發(fā)。OPS5是基于產生式模型的語言,與產生式系統(tǒng)有很好的對應: 工作存儲區(qū)對應綜合數(shù)據(jù)庫,產生式存儲區(qū)對應產生式規(guī)則集,解釋器對應控制策略。
(13) OWL(ontology web language): 是建立在XML技術的資源描述框架模式(resource description framework schema,RDFS)基礎上的一種新的本體語言,是DAML+OIL(DARPA代理標記語言DARPA Agent Markup Language+Ontology Inference Language本體推論語言)語言的延伸,基本語法和功能和DAML+OIL接近,豐富了語義定義機制,添加了更多的用于描述屬性和類的詞匯,如類之間的不相交性、基數(shù)、等價性、屬性的更豐富類型、屬性特征(例如對稱性)及枚舉類,具有豐富的語義和關系邏輯表示功能。
(14) RLL:斯坦福大學(Stanford)用INTERLISP研制的基于框架的知識工程語言,允許用戶通過描述知識表示、繼承方式和控制模式的一個特殊集合來具體說明一個特定領域的知識,還具有過程連接的能力。
(15) SRL: Carnegie-Mellon機器人研究院在VAX機上用FRANZLISP開發(fā)的一個基于框架表示的知識工程語言。具有自動繼承關系、用戶可定義的繼承關系和多個上下文等特點。SRL提供一個初始集合來定義關系和它們的繼承語義,繼承語義包括用來調整繼承搜索過程的搜索說明參數(shù)。在SRL中每個框架都可以有與之相關的元知識,多個上下文用來支持模型的校正管理和交替過程中的推理。SRL+,基于邏輯、基于規(guī)則和面向對象的多種知識表示。
2.專家系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境
為高效開發(fā)應用專家系統(tǒng)設計了包括生成專家系統(tǒng)的建立工具、開發(fā)輔助工具及專家系統(tǒng)運行支持工具。
早期專家系統(tǒng)是采用通用編程語言(FORTRAN、PASCAL和C)和人工智能語言(LISP、PROLOG和Smalltalk),通過AI專家與領域專家的合作,直接編程實現(xiàn),其研制周期長難度大; 但靈活實用,至今尚為AI專家所使用。目前大部分專家系統(tǒng)研制工作已由專家系統(tǒng)開發(fā)工具取代,領域專家可選用這些工具開發(fā)自己的專家系統(tǒng)。
按照專家系統(tǒng)開發(fā)工具的實現(xiàn)技術及復雜程度,通常分為四類: ①基于簡單規(guī)則的工具,工具把專家知識以規(guī)則形式全部存入一個單一的知識庫,使用簡單,適合在個人計算機實現(xiàn); ②基于結構式規(guī)則的工具,提供給開發(fā)者一些機制和策略,能把規(guī)則分解成某種層次結構的規(guī)則集合,能組織較大型的知識庫,適用于開發(fā)中、大型的專家系統(tǒng);③基于混合知識表示的工具,綜合采用框架、面向對象或語義網(wǎng)等知識表示技術,甚至將多種技術混合運用建立專家系統(tǒng)開發(fā)工具及環(huán)境,適合用來開發(fā)各種大型、復雜的專家系統(tǒng); ④歸納型工具: 從機器學習中導出一種專家系統(tǒng)開發(fā)工具,即實現(xiàn)知識的自動獲取。
(1) KC(Knowledge Craft): 卡耐基-梅隆大學(Carnegie-Mellon)在語義網(wǎng)和框架的開發(fā)環(huán)境SRL基礎上,用Common LISP開發(fā)的一個專家系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境。由幾個相互獨立的開發(fā)工具所組成。該環(huán)境中可采用 OPS5、PROLOG和CRL語言(Cross Reference Language交叉引用語言)。
(2) Goldworks Ⅱ: Goldhill公司為個人計算機及工作站開發(fā)的一種專家系統(tǒng)開發(fā)工具環(huán)境。它提供了美國加州Intellicorp公司開發(fā)的KEE(Knowledge Engineering Environment)和專家系統(tǒng)建構工具Knowledge Craft等大型AI工具系統(tǒng)所具有的大部分特征和功能。該系統(tǒng)采用框架和規(guī)則等多種知識表示前、后向鏈及混合雙向鏈推理機制,并具有面向對象程序設計的多重繼承特性。
(3) EMYCIN(Empty MYCIN): 以斯坦福大學(Stanford)研制的用于診斷和治療感染性疾病的專家咨詢系統(tǒng)MYCIN系統(tǒng)為基礎,抽取MYCIN中細菌感染的知識,得到領域無關的專家系統(tǒng)骨架。EMYCIN采用了與MYCIN基本相同的知識表示方式以及推理方式,將MYCIN的推理機制應用于可用MYCIN規(guī)則語言表示知識的其他領域,并提供MYCIN帶有的全部輔助功能,以及良好的系統(tǒng)構造環(huán)境。
(4) EXPERT: 美國拉特格斯大學(Rutgers)用FORTRAN語言實現(xiàn)并在DEC小型機和IBM-PC微機上運行的基于規(guī)則的骨架型專家系統(tǒng)開發(fā)工具。該工具從醫(yī)學、石油勘探和汽車及計算機故障診斷專家系統(tǒng)的經(jīng)驗中抽象并構造出來,適于用來開發(fā)診斷解釋型專家系統(tǒng)。
(5) HEARSAY-Ⅲ: 美國加州USC信息科學院在語言理解系統(tǒng)HEARSAY-Ⅱ基礎上提煉而成的一種骨架型專家系統(tǒng)開發(fā)工具,旨在開發(fā)、調試、學習和理解選定領域的專門技能和問題求解原理,進而建立適于求解該領域問題的專家系統(tǒng)。
(6) RuleMaster:美國德州Radial公司在VAX機、SUN工作站和IBM-PC機上用C語言和基于規(guī)則的知識表示研制的骨架型專家系統(tǒng)開發(fā)工具。
(7) KEE(knowledge engineering environment):知識工程環(huán)境專家系統(tǒng)開發(fā)工具,是美國加州Intellicorp公司用INTERLISP和面向對象語言在XEROX1100和VAX計算機上開發(fā)的骨架型專家系統(tǒng)開發(fā)工具。其前身來自斯坦福大學(Stanford)開發(fā)的Units專家系統(tǒng)開發(fā)工具。它用人機交互方式獲取知識并作一致性檢查,用產生式規(guī)則和框架表達知識,用圖形編輯程序設計對象模型,以圖文并茂的方式解釋系統(tǒng)的推理行為。KEE的多窗口系統(tǒng)簡化了系統(tǒng)的使用,其維護知識庫的機制又可用來維護KEE本身。自1983年研制以來,利用KEE已建成了有關衛(wèi)星首領診斷、遺傳工程研究、原子能發(fā)電緊急狀態(tài)報警等方面的900多個實用專家系統(tǒng)。
(8) AGE(attempt to generalize): 在卡內基一梅隆大學(Carnegie Mellon)開發(fā)的用于語音識別的專家系統(tǒng)HEARSAY-Ⅲ的基礎上發(fā)展,是Stanford大學用INTERLISP實現(xiàn)的通用型專家系統(tǒng)開發(fā)工具,是一種具有較新概念和新技術基礎的ES組合開發(fā)工具。它為用戶提供了一種通用的專家系統(tǒng)結構框架,并將該框架分解成功能和結構上較獨立的組成部分(包括一套設計、構造和測試多種類型專家系統(tǒng)的預構件系統(tǒng)),這些組件與預先編制成的標準模塊存在系統(tǒng)中,知識工程師可在AGE的指導下選用合適的模塊,設計和建造自己希望的專家系統(tǒng)。
(9) LOOP(lisp-based object oriented programming):美國加州Xerox公司用INTERLISP語言實現(xiàn)的通用型專家系統(tǒng)開發(fā)工具。它允許知識工程師從面向過程、面向對象、面向存取以及基于規(guī)則等四種編程方式中挑選適于待開發(fā)專家系統(tǒng)的編程方式。專家系統(tǒng)的開發(fā)者可借助這四種范例的一種或多種來建立知識庫。
(10)ADVISE:伊利諾斯大學(Illinois)在VAX計算機上用多種工具集成而實現(xiàn)的專家系統(tǒng)建立輔助工具。它支持規(guī)則、語義網(wǎng)以及關系數(shù)據(jù)庫等多種知識表示和概率、近似BAGESIAN公式、最小/最大邏輯和加權證據(jù)等幾種置信度因子模式,并可采用優(yōu)化概率網(wǎng)絡搜索、正向及反向規(guī)則推理等多種控制策略; 還可以從例子歸納產生出決策規(guī)則和控制信息的歸納學習程序。