专家系统原理与编程

　　本书全面介绍了专家系统原理，并通过CLIPS详细讨论了其实际应用。CLIPS是一个广泛应用于政府、工业及教育部门的专家系统工具。本书的第一部分（第1-6章）介绍了专家系统的基本理论，包括知识表示、推理方法、不确定性推理及不精确推理（基于模糊逻辑）。第二部分（第7－12章）介绍了如何使用 CLIPS程序设计语言来设计基于规则的专家系统，并随书附送了一个包括完整源代码、PC及Macintosh可执行代码、参考手册及程序实例的CD－ROM软件包。本书为计算机科学专业学生及CIS/MIS专业人员了解和设计专家系统提供了一个理论基础和编程工具。本书内容丰富，深入浅出，可作为计算机科学专业本科生和研究生的教材，也可供教师和从事专家系统研究的人员用做参考书。

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译者序
前言
第1版序
第1章   专家系统导论 1
1.1   概述 1
1.2   专家系统的定义 1
1.3   专家系统的优点 3
1.4   专家系统的基本概念 3
1.5   专家系统的特点 5
1.6   专家系统技术的发展 6
1.6.1   人类问题求解与产生式 7
1.6.2   知识系统的起源 9
1.7   专家系统的应用与领域 10
1.7.1   专家系统的应用 11
1.7.2   专家系统的适用领域 12
1.8   语言. 外壳和工具 14
1.9   专家系统的要素 15
1.10   产生式系统 18
1.10.1   Post产生式系统 19
1.10.2   Markov算法 20
1.10.3   Rete算法 21
1.11   过程化程序规范 21
1.11.1   命令式程序设计 22
1.11.2   函数式程序设计 23
1.12   非过程化程序规范 25
1.12.1   说明性程序设计 25
1.12.2   面向对象程序设计 25
1.12.3   逻辑程序设计 26
1.12.4   专家系统 28
1.12.5   非说明性程序设计 29
1.12.6   基于归纳的程序设计 29
1.13   人工神经系统 30
1.13.1   货郎担问题 30
1.13.2   ANS的单元 30
1.13.3   ANS的特点 31
1.13.4   ANS技术的发展 32
1.13.5   ANS技术的应用 33
1.13.6   ANS的商业发展 33
1.14   专家系统与归纳学习的关系 33
1.15   小结 34
第2章   知识的表示 40
2.1   概述 40
2.2   知识的含义 40
2.3   产生式 42
2.4   语义网 44
2.5   对象-属性-值三元组 46
2.6   PROLOG和语义网 47
2.6.1   PROLOG本质 47
2.6.2   在PROLOG中搜索 49
2.7   语义网的困难之处 50
2.8   模式 51
2.9   框架 52
2.10   框架的困难之处 54
2.11   逻辑与集合 55
2.12   命题逻辑 57
2.13   一阶谓词逻辑 60
2.14   全称量词 61
2.15   存在量词 62
2.16   量词与集合 62
2.17   谓词逻辑的局限性 63
2.18   小结 63
第3章   推理方法 67
3.1   概述 67
3.2   树. 格和图 67
3.3   状态与问题空间 69
3.3.1   状态空间的例子 70
3.3.2   非结构化问题空间 72
3.4   与或树和目标 73
3.5   演绎逻辑与三段论 75
3.6   推理规则 79
3.7   命题逻辑的局限性 84
3.8   一阶谓词逻辑 85
3.9   逻辑系统 86
3.10   归结 88
3.11   归结系统与演绎 90
3.12   浅推理和因果推理 92
3.13   归结与一阶谓词逻辑 94
3.13.1   转化为子句形式 95
3.13.2   合一与规则 97
3.14   正向链和反向链 98
3.15   其他推理方法 103
3.15.1   类比 103
3.15.2   生成与验证 104
3.15.3   溯因 105
3.15.4   非单调推理 106
3.16   元知识 109
3.17   小结 109
第4章   不确定性推理 115
4.1   概述 115
4.2   不确定性 115
4.3   误差种类 115
4.4   误差与归纳 117
4.5   经典概率 118
4.5.1   经典概率的定义 119
4.5.2   样本空间 120
4.5.3   概率理论 121
4.6   经验主观概率 121
4.7   复合概率 123
4.8   条件概率 124
4.8.1   乘法律 124
4.8.2   贝叶斯定理 126
4.9   假设推理与反向归纳 127
4.10   时间推理与马尔柯夫链 130
4.11   信任几率 133
4.12   充分性与必然性 134
4.13   推理链中的不确定性 136
4.13.1   专家的不一致性 136
4.13.2   不确定性证据 137
4.13.3   修正不确定性 139
4.14   证据组合 139
4.14.1   不确定性证据的分类 139
4.14.2   通过模糊逻辑组合证据 141
4.14.3   有效似然性 142
4.14.4   条件独立性的困难 143
4.15   推理网 144
4.15.1   PROSPECTOR 144
4.15.2   推理网 145
4.15.3   推理关系 147
4.15.4   推理网的结构 149
4.16   概率的传播 151
4.17   小结 153
第5章   不精确推理 159
5.1   概述 159
5.2   不确定性与规则 159
5.2.1   规则中不确定性的来源 159
5.2.2   缺乏理论基础 160
5.2.3   规则间相互影响 160
5.2.4   冲突归结 161
5.2.5   包含与不确定性 162
5.3   确定性因子 163
5.3.1   贝叶斯方法的难题 164
5.3.2   信任与不信任 164
5.3.3   信任与不信任的测度 166
5.3.4   确定性因子的计算 167
5.3.5   确定性因子的难题 170
5.4   Dempster-Shafer理论 171
5.4.1   识别框架 171
5.4.2   mass函数与未知 172
5.4.3   组合证据 174
5.4.4   信任的标准化 177
5.4.5   移动mass和集合 179
5.4.6   Dempster-Shafer理论的难题 179
5.5   近似推理 180
5.5.1   模糊集合和自然语言 180
5.5.2   模糊集合的操作 186
5.5.3   模糊关系 189
5.5.4   语言变量 193
5.5.5   扩张原理 196
5.5.6   模糊逻辑 196
5.5.7   模糊规则 198
5.5.8   最大-最小合成 200
5.5.9   最大值和瞬时方法 202
5.5.10   可能性和概率 205
5.5.11   转换规则 206
5.5.12   模糊专家系统中的不确定性 208
5.6   不确定性的研究现状 209
5.7   小结 210
第6章   专家系统设计 217
6.1   概述 217
6.2   选择合适的问题 217
6.2.1   选择合适的范例 217
6.2.2   收益 217
6.2.3   工具 218
6.2.4   成本 218
6.3   开发专家系统的步骤 218
6.3.1   项目管理 218
6.3.2   发行问题 219
6.3.3   维护和升级 220
6.4   开发过程中的误区 220
6.5   软件工程与专家系统 221
6.6   专家系统生命周期 223
6.6.1   维护成本 223
6.6.2   瀑布模型 223
6.6.3   代码修改模型 224
6.6.4   增量模型 224
6.6.5   螺旋模型 225
6.7   详细生命周期模型 225
6.7.1   计划 226
6.7.2   知识定义 226
6.7.3   知识设计 227
6.7.4   编码与校验 228
6.7.5   知识验证 228
6.7.6   系统评估 229
6.8   小结 229
第7章   CLIPS介绍 231
7.1   概述 231
7.2   CLIPS 231
7.3   记号 232
7.4   字段 233
7.5   进入和退出CLIPS 235
7.6   事实 235
7.6.1   自定义模板结构 236
7.6.2   多字段槽 236
7.6.3   有序事实 237
7.7   增加和删除事实 238
7.8   修改和复制事实 240
7.9   监视命令 240
7.10   自定义事实结构 241
7.11   规则的组成 242
7.12   议程与执行 244
7.12.1   议程显示 245
7.12.2   规则和反射 245
7.12.3   监视激活. 规则和统计数据 246
7.13   结构处理命令 247
7.13.1   显示特定结构的成员清单 247
7.13.2   显示指定结构成员的文本描述 247
7.13.3   删除指定的结构成员 248
7.13.4   清除CLIPS环境中的所有结构 249
7.14   打印输出命令 249
7.15   使用复合规则 250
7.15.1   在规则中捕获真实世界 250
7.15.2   多模式的规则 250
7.16   设置断点命令 251
7.17   调入和保存结构 252
7.17.1   从文件中调入结构 252
7.17.2   监视编译 253
7.17.3   将结构保存到文件中 253
7.18   注释结构 253
7.19   小结 254
第8章   模式匹配 258
8.1   概述 258
8.2   变量 258
8.3   变量的复合用法 259
8.4   事实地址 259
8.5   单字段通配符 261
8.6   块世界 262
8.7   多字段通配符和变量 266
8.7.1   多字段通配符 266
8.7.2   多字段变量 267
8.7.3   以多种方式进行模式匹配 268
8.7.4   堆栈的实现 269
8.7.5   块世界问题的重新探讨 270
8.8   字段约束 270
8.8.1   非字段约束 270
8.8.2   或字段约束 271
8.8.3   与字段约束 271
8.8.4   字段约束组合 272
8.9   函数和表达式 273
8.9.1   基本数学函数 273
8.9.2   可变参数运算 274
8.9.3   优先级和嵌套表达式 275
8.10   使用规则求和 275
8.11   Bind函数 277
8.12   I/O函数 278
8.12.1   Read函数 278
8.12.2   Open函数 278
8.12.3   Close函数 279
8.12.4   对文件进行读写操作 280
8.12.5   Format函数 280
8.12.6   Readline函数 282
8.13   小结 282
第9章   高级模式匹配 288
9.1   概述 288
9.2   棍子游戏 288
9.3   输入技术 288
9.4   谓词函数 289
9.5   测试条件元素 290
9.6   谓词字段约束 291
9.7   返回值字段约束 292
9.8   棍子游戏程序 293
9.9   OR条件元素 294
9.10   AND条件元素 296
9.11   NOT条件元素 297
9.12   EXISTS条件元素 299
9.13   FORALL条件元素 300
9.14   LOGICAL条件元素 302
9.15   实用命令 305
9.15.1   System命令 305
9.15.2   Batch命令 305
9.15.3   Dribble-on和Dribble-off命令 307
9.16   小结 307
第10章   模块化设计和执行控制 312
10.1   概述 312
10.2   自定义模板属性 312
10.2.1   类型属性 312
10.2.2   静态和动态约束检查 313
10.2.3   允许值属性 314
10.2.4   范围属性 315
10.2.5   基数属性 315
10.2.6   缺省属性 315
10.2.7   缺省动态属性 317
10.2.8   冲突槽属性 318
10.3   优先级 318
10.4   阶段和控制事实 320
10.5   优先级属性的误用 323
10.6   自定义模块结构 325
10.7   输入输出事实 327
10.8   模块与执行控制 330
10.8.1   Focus命令 331
10.8.2   控制和检查焦点栈 333
10.8.3   Return命令 334
10.8.4   自动焦点特性 335
10.8.5   替换阶段和控制事实 336
10.9   小结 336
第11章   基于规则语言的效率 342
11.1   概述 342
11.2   Rete模式匹配算法 342
11.3   模式网络 344
11.4   连接网络 346
11.5   模式顺序的重要性 348
11.5.1   计算规则match-1的匹配 349
11.5.2   计算规则match-2的匹配 350
11.5.3   Matches命令 350
11.5.4   观察状态变化 352
11.6   排列模式以求高效 353
11.6.1   最特定的模式优先 353
11.6.2   匹配易变事实的模式置后 353
11.6.3   匹配最少事实的模式优先 353
11.7   多字段变量与效率 353
11.8   测试条件元素与效率 354
11.9   内置的模式匹配约束 356
11.10   通用规则与专用规则 356
11.11   过程函数 357
11.11.1   If函数 358
11.11.2   While函数 358
11.11.3   Halt函数 359
11.12   简单规则与复杂规则 360
11.13   装载和存储事实 361
11.14   小结 362
第12章   专家系统设计实例 366
12.1   概述 366
12.2   确定性因子 366
12.3   判定树 369
12.3.1   多叉判定树 371
12.3.2   判定学习树 371
12.3.3   一个基于规则的判定树程序 373
12.3.4   判定树程序的逐步跟踪 377
12.4   反向链 380
12.4.1   一个反向链的算法 380
12.4.2   CLIPS反向链规则的表达 381
12.4.3   CLIPS反向链推理机 383
12.4.4   反向链系统的逐步跟踪 385
12.5   监视问题 388
12.5.1   问题描述 389
12.5.2   开始必需的细节 390
12.5.3   知识定义 391
12.5.4   执行的控制 392
12.5.5   读取传感器的原始值 393
12.5.6   检测趋势 397
12.5.7   发出警告 399
12.6   小结 400
附录A   一些有用的等式 403
附录B   一些基本量词公式及其含义 404
附录C   一些集合性质 405
附录D   关于CLIPS 406
附录E   CLIPS命令与函数 407
附录F   CLIPS BNF范式 417