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专家系统开发工具(数据库)

时间:2022-12-10 08:30:01 | 来源:信息时代

时间:2022-12-10 08:30:01 来源:信息时代

    专家系统开发工具 : 用于开发或生成专家系统的语言或开发环境。
1. 专家系统语言
主要包括通用程序设计语言(general programming language)、人工智能语言、知识工程语言(knowledge engineering language)、骨架型知识工程语言(skeletal knowledge engineering language)、通用知识工程语言(general knowledge engineering language)、专家系统开发语言(expert system development language)。通用程序设计语言是专家系统的初期开发工具,主要有C、PASCAL、FORTRAN等。人工智能语言是指以LISP为代表的函数型语言; 以PROLOG为代表的逻辑型语言: 以Smalltalk为代表的面向对象语言。知识工程语言是指专门用来构造和调试专家系统的语言,是为开发专家系统专门设计的一些特殊的高级语言工具,由结合在外围支持环境中的专家系统建造语言组成。骨架型知识工程语言是建造专家系统的一类知识工程语言,称骨架系统,是从现有的专家系统去掉所有与特定领域有关的知识,仅留推理机和支撑环境得到的知识工程语言环境。通用知识工程语言是开发专家系统的一种高级语言工具,克服了骨架系统的种种限制和缺陷,它不严格地倾向某种特定的领域或规则的某种范式描述,能处理不同问题领域和问题类型,控制结构范围较宽,应用范围较广。专家系统开发语言是开发专家系统的程序设计语言,称为通用型知识工程语言或知识表示语言。
(1) LISP: 是最早和最重要的符号处理编程语言之一,1960年美国著名科学家J.McCarthy,根据Alonzo Church于1941年提出的λ演算发明的,其名字取自英文的表处理语言(LISt Processing language),目前LISP已成为最主要的一种AI通用程序设计语言。LISP语言的诞生与发展对计算机科学有重大贡献,它是第一个突破Von. Neumaun体制,有坚实的数学基础,以符号为处理对象的实用性语言。
LISP语言以函数递归为基本工具,是语言的主要控制结构,它不像大多数程序设计语言那样以迭代(循环)作为主要结构。在LISP中,程序与数据在形式上等价。LISP的唯一数据结构是S-表达式,而程序也是用S-表达式编写,可以把程序当作数据来处理,也可以把数据当作程序来执行。
(2) PROLOG: 是法国的A.Colmerauer和他在马赛大学(Marseille University)的助手于1962年发明的一种高效率逻辑型语言。1972年,在马赛大学实现第一个PROLOG解释器,开创逻辑程序设计的历史。PROLOG的主要基础是逻辑程序编制的概念(PROgramming in LOGic),本身是一个演绎推理机,具有表处理功能,通过合一、置换、消解、回溯和匹配等机制来求解问题。PROLOG己被应用于许多符号运算研究领域。
PROLOG的数据和程序采用统一的称之为项(term)的基本结构,并且都是树型结构。系统自动完成模式匹配和回溯,具有递归的重要特点,使得PROLOG特别适用于描述智能程序、自然语言处理、定理证明和专家系统等。
(3) Smalltalk: 第一个典型的纯面向对象的语言,美国Xerox公司研制。设计思想受到Simula的启示。1972年开始研制,以每年一版的速度更新,到1980年完成最后版本Smalltalk-80。它的问世开创了一种新的程序设计风格-面向对象的程序设计。
(4) AL/X: 智能终端公司研制的基于规则和基于框架的骨架型知识工程语言。与知识获取系统KAS(Knowledge Acquistion System)类似,是其抽取了PROSPECTOR(一个地质勘探专家系统)的地质知识后留下的骨架系统。
(5) APES: 伦敦皇家学院开发的基于逻辑的知识工程语言,具有灵活的正反向推理的控制机制、置信度因子处理和解释模型,由交互式子句/规则编辑程序等所组成的PROLOG应用软件包支持环境。
(6) ARBY: 耶鲁大学(yale)开发的基于规则和逻辑的知识工程语言,包括表达规则的谓词演算机制、前提产生的逆向推理机制和人/机接口,使用现代系统技术公司在VAX机上研制的基于逻辑的知识工程系统的DUCK的通用检索器。支持环境有规则编辑器和交互式框架编辑器等。
(7)模糊关系推理语言(fuzzy relation inference language,FRIL): 英国布里斯托大学(University of Bristol)用MACLISP实现的模糊关系推理语言,与PROLOG类似。是设计自动推理知识库系统和设计专家系统的知识工程语言,吸取了Codd的关系数据库模型、Kawalski的逻辑程序设计思想和Zadeh的模糊系统理论,是将模糊教学与AI相结合的典范。该语言已用于美国国防部AUWE控制系统、发电厂故障检测和医疗诊断等。
(8) KBS: 卡耐基-梅隆大学(Carnegie-Mellon)机器人研究院,用可运行在VAX FRANZ LISP系统上的SRL实现的一种基于框架和面向对象的知识工程语言。KBS使用面向对象的仿真模型,并有功能完善的多种支持环境。
(9) KL-ONE: 由G.Bolt在XEROX 1100 LISP机和VAX机上,用INTERLISP-D开发的知识工程语言。它基于框架和语义网知识表示,具有属性自动继承等特点。该工具环境中包括有交互式图形驱动知识库编辑环境和显示环境。
(10) KMS:马里兰大学(Maryland)用LISP研制的基于框架和规则的知识工程语言。KMS是若干子系统的集成,其中每个子系统都有自己的知识方法和推理控制策略。它具有基于规则的演艺,利用贝叶斯理论进行统计模型分类,线形区分和其他评估函数,以及基于规则的推理生成等特点。
(11) KRYPTON: Fairchild AI 研究室用INTERLISP-D研制的一种基于框架和逻辑的知识工程语言。具有可定义框架及框架网络的术语部件和断言部件,后者使用非因果联系的图形解析定理证明装置来维护和管理用框架定义数据项的逻辑断言数据库。
(12) OPS(official production system version):卡耐基-梅隆大学(Carnegie-Mellon)用LISP语言实现的通用知识工程语言。已经发展成一个家族,包括OPS1、OPS2、OPS3、OPS4、OPS5,OPS5+、OPS83等。OPS广泛用来开发计算机设计、模式识别、图像处理、故障诊断等方面的专家系统,其中著名的计算机结构设计专家系统RI就是采用OPS5进行开发。OPS5是基于产生式模型的语言,与产生式系统有很好的对应: 工作存储区对应综合数据库,产生式存储区对应产生式规则集,解释器对应控制策略。
(13) OWL(ontology web language): 是建立在XML技术的资源描述框架模式(resource description framework schema,RDFS)基础上的一种新的本体语言,是DAML+OIL(DARPA代理标记语言DARPA Agent Markup Language+Ontology Inference Language本体推论语言)语言的延伸,基本语法和功能和DAML+OIL接近,丰富了语义定义机制,添加了更多的用于描述属性和类的词汇,如类之间的不相交性、基数、等价性、属性的更丰富类型、属性特征(例如对称性)及枚举类,具有丰富的语义和关系逻辑表示功能。
(14) RLL:斯坦福大学(Stanford)用INTERLISP研制的基于框架的知识工程语言,允许用户通过描述知识表示、继承方式和控制模式的一个特殊集合来具体说明一个特定领域的知识,还具有过程连接的能力。
(15) SRL: Carnegie-Mellon机器人研究院在VAX机上用FRANZLISP开发的一个基于框架表示的知识工程语言。具有自动继承关系、用户可定义的继承关系和多个上下文等特点。SRL提供一个初始集合来定义关系和它们的继承语义,继承语义包括用来调整继承搜索过程的搜索说明参数。在SRL中每个框架都可以有与之相关的元知识,多个上下文用来支持模型的校正管理和交替过程中的推理。SRL+,基于逻辑、基于规则和面向对象的多种知识表示。
2.专家系统开发环境
为高效开发应用专家系统设计了包括生成专家系统的建立工具、开发辅助工具及专家系统运行支持工具。
早期专家系统是采用通用编程语言(FORTRAN、PASCAL和C)和人工智能语言(LISP、PROLOG和Smalltalk),通过AI专家与领域专家的合作,直接编程实现,其研制周期长难度大; 但灵活实用,至今尚为AI专家所使用。目前大部分专家系统研制工作已由专家系统开发工具取代,领域专家可选用这些工具开发自己的专家系统。
按照专家系统开发工具的实现技术及复杂程度,通常分为四类: ①基于简单规则的工具,工具把专家知识以规则形式全部存入一个单一的知识库,使用简单,适合在个人计算机实现; ②基于结构式规则的工具,提供给开发者一些机制和策略,能把规则分解成某种层次结构的规则集合,能组织较大型的知识库,适用于开发中、大型的专家系统;③基于混合知识表示的工具,综合采用框架、面向对象或语义网等知识表示技术,甚至将多种技术混合运用建立专家系统开发工具及环境,适合用来开发各种大型、复杂的专家系统; ④归纳型工具: 从机器学习中导出一种专家系统开发工具,即实现知识的自动获取。
(1) KC(Knowledge Craft): 卡耐基-梅隆大学(Carnegie-Mellon)在语义网和框架的开发环境SRL基础上,用Common LISP开发的一个专家系统开发环境。由几个相互独立的开发工具所组成。该环境中可采用 OPS5、PROLOG和CRL语言(Cross Reference Language交叉引用语言)。
(2) Goldworks Ⅱ: Goldhill公司为个人计算机及工作站开发的一种专家系统开发工具环境。它提供了美国加州Intellicorp公司开发的KEE(Knowledge Engineering Environment)和专家系统建构工具Knowledge Craft等大型AI工具系统所具有的大部分特征和功能。该系统采用框架和规则等多种知识表示前、后向链及混合双向链推理机制,并具有面向对象程序设计的多重继承特性。
(3) EMYCIN(Empty MYCIN): 以斯坦福大学(Stanford)研制的用于诊断和治疗感染性疾病的专家咨询系统MYCIN系统为基础,抽取MYCIN中细菌感染的知识,得到领域无关的专家系统骨架。EMYCIN采用了与MYCIN基本相同的知识表示方式以及推理方式,将MYCIN的推理机制应用于可用MYCIN规则语言表示知识的其他领域,并提供MYCIN带有的全部辅助功能,以及良好的系统构造环境。
(4) EXPERT: 美国拉特格斯大学(Rutgers)用FORTRAN语言实现并在DEC小型机和IBM-PC微机上运行的基于规则的骨架型专家系统开发工具。该工具从医学、石油勘探和汽车及计算机故障诊断专家系统的经验中抽象并构造出来,适于用来开发诊断解释型专家系统。
(5) HEARSAY-Ⅲ: 美国加州USC信息科学院在语言理解系统HEARSAY-Ⅱ基础上提炼而成的一种骨架型专家系统开发工具,旨在开发、调试、学习和理解选定领域的专门技能和问题求解原理,进而建立适于求解该领域问题的专家系统。
(6) RuleMaster:美国德州Radial公司在VAX机、SUN工作站和IBM-PC机上用C语言和基于规则的知识表示研制的骨架型专家系统开发工具。
(7) KEE(knowledge engineering environment):知识工程环境专家系统开发工具,是美国加州Intellicorp公司用INTERLISP和面向对象语言在XEROX1100和VAX计算机上开发的骨架型专家系统开发工具。其前身来自斯坦福大学(Stanford)开发的Units专家系统开发工具。它用人机交互方式获取知识并作一致性检查,用产生式规则和框架表达知识,用图形编辑程序设计对象模型,以图文并茂的方式解释系统的推理行为。KEE的多窗口系统简化了系统的使用,其维护知识库的机制又可用来维护KEE本身。自1983年研制以来,利用KEE已建成了有关卫星首领诊断、遗传工程研究、原子能发电紧急状态报警等方面的900多个实用专家系统。
(8) AGE(attempt to generalize): 在卡内基一梅隆大学(Carnegie Mellon)开发的用于语音识别的专家系统HEARSAY-Ⅲ的基础上发展,是Stanford大学用INTERLISP实现的通用型专家系统开发工具,是一种具有较新概念和新技术基础的ES组合开发工具。它为用户提供了一种通用的专家系统结构框架,并将该框架分解成功能和结构上较独立的组成部分(包括一套设计、构造和测试多种类型专家系统的预构件系统),这些组件与预先编制成的标准模块存在系统中,知识工程师可在AGE的指导下选用合适的模块,设计和建造自己希望的专家系统。
(9) LOOP(lisp-based object oriented programming):美国加州Xerox公司用INTERLISP语言实现的通用型专家系统开发工具。它允许知识工程师从面向过程、面向对象、面向存取以及基于规则等四种编程方式中挑选适于待开发专家系统的编程方式。专家系统的开发者可借助这四种范例的一种或多种来建立知识库。
(10)ADVISE:伊利诺斯大学(Illinois)在VAX计算机上用多种工具集成而实现的专家系统建立辅助工具。它支持规则、语义网以及关系数据库等多种知识表示和概率、近似BAGESIAN公式、最小/最大逻辑和加权证据等几种置信度因子模式,并可采用优化概率网络搜索、正向及反向规则推理等多种控制策略; 还可以从例子归纳产生出决策规则和控制信息的归纳学习程序。

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