什么是专家系统

什么是专家系统,第1张

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专家系统是早期人工智能的一个重要分支,它可以看作是一类具有专门知识和经验的计算机智能程序系统,一般采用人工智能中的知识表示和知识推理技术来模拟通常由领域专家才能解决的复杂问题。

一般来说,专家系统=知识库+推理机,因此专家系统也被称为基于知识的系统。一个专家系统必须具备三要素:

领域专家级知识

模拟专家思维

达到专家级的水平

专家系统适合于完成那些没有公认的理论和方法、数据不精确或信息不完整、人类专家短缺或专门知识十分昂贵的诊断、解释、监控、预测、规划和设计等任务。一般专家系统执行的求解任务是知识密集型的。

著名的专家系统

ExSys:第一个商用专家系统。

Mycin:一个诊断系统,其表现出人意料的好,误诊率达到专家级水平,超出一些诊所的医生。

Siri: 一个通过辨识语音作业的专家系统,由苹果公司收购并且推广到自家产品内作为一个人秘书功能。

专家系统是一个或一组能在某些特定领域内,应用大量的专家知识和推理方法求解复杂问题的一种人工智能计算机程序。

专家系统的基本工作流程是,用户通过人机界面回答系统的提问,推理机将用户输入的信息与知识库中各个规则的条件进行匹配,并把被匹配规则的结论存放到综合数据库中。最后,专家系统将得出最终结论呈现给用户。

专家系统的基本结构大部分,即知识库和推理机。其中知识库中存放着求解问题所需的知识,推理机负责使用知识库中的知识去解决实际问题。知识库的建造需要知识工程师和领域专家相互合作把领域专家头脑中的知识整理出来,并用系统的知识方法存放在知识库中。当解决问题时,用户为系统提供一些已知数据,并可从系统处获得专家水平的结论。

专家系统具有相当数量的权威性知识,能够采取一定的策略,运用专家知识进行推理,解决人们在通常条件下难以解决的问题。

它克服了专家缺少,其知识昂贵,难于永久保存以及专家在解决问题时易受心理、环境等因素影响而使临场发挥不好等缺点。因此,专家系统自从问世以来,发展非常迅速,目前专家系统已经成为人工智能应用最活跃和最成功的领域。

一、内容概述

Tetracorder是美国地质调查局(USGS)的Clark等人开发的一个高光谱矿物填图软件,主要用来处理AVIRIS数据,但也可以处理其他高光谱数据。该软件的开发较早,从1990年开始,经过十来年的修改完善,现已经很成熟。

Tetracorder包含400种以上的矿物、植被、雪地和人造物体的标准光谱库,而且还在不断补充当中。该软件最大的特色是融入了“专家系统”的概念,即在专家知识的基础上,利用专家系统决策支持工具(即各种算法),来识别光谱所含矿物信息,并生成矿物分布图。该软件集成了多种常用的光谱数据处理与分析算法,能针对特定问题选择不同的算法,然后对结果进行评估,并利用专家系统的决策功能,实现矿物光谱自动化识别与填图。

Tetracorder专家系统通过一种或多种可诊断的吸收特征来识别地表物体,就算是对吸收特征比较接近的矿物,也能取得良好的识别效果(Dalton et al,2004)。Tetracorder采用的算法中有两种是最基本的(Clark et al,1990,2003;Clark and Swayze,1995):一是连续去除光谱法,旨在提取出吸收特征;二是最小二乘法,旨在计算出遥感光谱与库参照光谱之间的拟合程度。

Tetracorder程序源代码现在已经在USGS光谱实验室的网站上公开,它是用RatFOR语言编写的,但可以转换成C语言或FORTRUN语言。

二、应用范围及应用实例

Tetracorder软件可应用于对地表矿物进行识别和填图,检测酸性岩质排泄物的来源,或对植被类型、冰、融雪、水及水污染进行填图。矿物填图结果可运用于地质填图、检测断层,并且对风化、矿化、热液蚀变及其他地质过程提供更好的认识。场地环境评估,例如酸性矿山废水源区填图,可帮助加快场地治理,节省治理所需时间和成本。除了地球表面以外,成像光谱和Tetracorder软件还被用于探测火星、月球表面的大气、海洋与陆地。

(一)地质应用

以内华达州Cuprite矿床为例,先将AVIRIS数据转换成表观反射率,以清除大气吸收与散射以及太阳响应的影响。然后用Tetracorder自带的算法,对这些反射率数据进行分析,一共搜索了254种光谱类型,得出了拟合、深度与拟合、深度3种类型图像(762幅)。根据像元的空间分组情况,按照拟合值大于临界阀值的标准,识别出了大约70种光谱类型。这些类型中有些是植被,有些是矿物,约有45种最清楚(图1)。Cuprite地区发育两套不同时代的热液系统,显示出蚀变分带相叠加的特征。根据矿物分布图,不仅可进一步研究该地区遭受的热液活动,还可以发现新的隐伏断层。

图1 Cuprite矿区AVIRIS数据的Tetracorder分析结果

(据Clark,2002)

(据USGS于1995年获得的内华达州Cuprite矿区的AVIRIS数据,图件由Tetracorder 33生成)

(二)环境应用

位于科罗拉多州中部的莱德维尔(Leadville)矿区是一个开采了100多年的废弃矿山,已对环境造成了严重污染。矿山开采留下的废石与尾矿中,含有黄铁矿和其他硫化物、硫酸盐等,覆盖面积达30km2(包含莱德维尔市)。

首先采集了莱德维尔地区的AVIRIS数据,并利用Tetracorder系统进行了矿物填图。经过野外检查,其结果比较准确。矿物分布图(图2)显示了蚀变区所在,那里是酸性岩排泄物的源区,因而引导人们将治理工作集中到这些污染物的源区。黄铁矿风化后变成黄钾铁矾,使水质变酸,从岩石和土壤中过滤出了重金属。这样,黄铁矿与黄钾铁矾的分布图就表示酸性水的来源区。其他尾矿堆积中不含与酸性岩石有关的排泄物,提示调查人员不需要对这些地方进行清理。根据这项研究结果,美国环保局估计成像矿物填图技术为环境修复治理节省了至少200万美元,并且减少了清理时间至少约25年。

图2 莱德维尔地区的Tetracorder分析矿物图(与正射影像图相叠加)

(据Clark,2002)

三、资料来源

Clark R N,Swayze G A,Gallagher A J et al1993The U S Geological Survey,Digital Spectral Library:Version 1:02 to 30 micronsUS Geological Survey Open File Report,93~592

Clark R N,Swayze G A,Livo K E et al2003Imaging spectroscopy:Earth and planetary remote sensing with the USGS Tetracorder and expert systems,JGeophysRes,108(E12),5131,doi:101029/2002 JE001847,pages 5~1 to 5~44(>

Dalton J B,Bove D J,Mladinich C S et al2004Identification of spectrally similar materials using the USGS Tetracorde ralgorithm:the calcite⁃epidote⁃chlorite problemRemote Sensing of Environment,89,455~466

  专家系统被定义为一种交互式可靠的基于计算机的决策系统,它使用事实和启发式方法来解决复杂的决策问题。它被认为是人类智慧和专业知识的最高水平。它是一个计算机应用程序,可以解决特定域中最复杂的问题。

  专家系统可以解决通常需要人类专家的许多问题。它基于从专家那里获得的知识。它还能够表达和推理某些知识领域。专家系统是当今人工智能,深度学习和机器学习系统的前身。

以下是专家系统的示例

  以下是专家系统的重要特征:

  用户界面是专家系统中最重要的部分。此组件以可读形式获取用户的查询,并将其传递给推理引擎。之后,它会向用户显示结果。换句话说,它是一个帮助用户与专家系统通信的界面。

  用户界面是专家系统中最关键的部分。该组件以可读的形式获取用户的查询,并将其传递给推理机。之后,它向用户显示结果。换句话说,它是一个帮助用户与专家系统进行通信的界面。

  推理机是专家系统的大脑。推理机包含解决特定问题的规则。它是指从知识库中获取的知识。当试图回答用户的查询时,它选择要应用的事实和规则。它为知识库中的信息提供了推理。它也有助于解决问题。这一组成部分也有助于制定结论。

  知识库是事实的储存库。它存储有关问题域的所有知识。它就像一个巨大的知识容器,它是从某一特定领域的不同专家那里获得的。

因此,专家系统的成功主要取决于高精度的知识。

  事实是重要信息的一小部分。事实本身的用处非常有限。这些规则对于选择和应用事实来解决用户问题至关重要。

  知识获取是指专家系统如何获取所需的领域知识。整个过程首先从人类专家中提取知识,将所获得的知识转化为规则,并将已开发的规则注入知识库。

专家系统用户的一些流行应用:

本文参考国外技术网站,如有疑惑可以私信我

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