基于交互式學(xué)習(xí)的專家系統(tǒng)的研究

◆付佳雯

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基于交互式學(xué)習(xí)的專家系統(tǒng)的研究

◆付佳雯

（遼寧師范大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院 遼寧 116000）

學(xué)習(xí)在人類掌握技能和獲得知識(shí)中起著十分重要的作用。新一代認(rèn)知機(jī)器人的出現(xiàn)，使得這些機(jī)器人可以從人類伙伴中學(xué)到更多經(jīng)驗(yàn)，這成為機(jī)器學(xué)習(xí)中至關(guān)重要的一部分。而專家系統(tǒng)，即通過(guò)專家、教授輸入的數(shù)據(jù)模擬專家決策的過(guò)程的發(fā)展，解決了專家處理的復(fù)雜問(wèn)題。本文將會(huì)對(duì)人工智能的兩大重要分支——交互式機(jī)器學(xué)習(xí)和專家系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單研究，并討論將二者結(jié)合起來(lái)，以期在知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的獲取過(guò)程中解決更多挑戰(zhàn)。

交互式學(xué)習(xí)；專家系統(tǒng)；人工智能

0 引言

交互式學(xué)習(xí)方式打破了傳統(tǒng)的從書本上獲取知識(shí)的方式，通過(guò)實(shí)踐、交流增長(zhǎng)經(jīng)驗(yàn)；專家系統(tǒng)是通過(guò)使用“事實(shí)和規(guī)則”、“知識(shí)獲取”獲取到所需鉆研的領(lǐng)域知識(shí)。將二者融合，可以互相補(bǔ)助，發(fā)揮各自長(zhǎng)處，在實(shí)現(xiàn)專家系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)周圍環(huán)境的變換，采取交互式學(xué)習(xí)方式，達(dá)到在分析度、決策知識(shí)等各方面的高精確度。

1 交互式學(xué)習(xí)的起源與發(fā)展

1.1 認(rèn)知學(xué)習(xí)理論

認(rèn)知學(xué)習(xí)理論是指通過(guò)人的認(rèn)知過(guò)程發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)規(guī)律的理論，該理論認(rèn)為人是學(xué)習(xí)的主體，能夠主動(dòng)學(xué)習(xí)；人類能夠?qū)ν饨缧畔⒂羞x擇的接收；人類獲取信息是憑借自己各方面的感官、記憶、理解、認(rèn)知的過(guò)程，是認(rèn)知接收、同化、吸收的過(guò)程。

認(rèn)知學(xué)習(xí)理論不再只注重動(dòng)物和人的外部行為，還更加注重人的內(nèi)部心理結(jié)構(gòu)，十分強(qiáng)調(diào)與注重人們對(duì)于信息的選擇、獲取、加工和采集的方式和方法。

1.2 構(gòu)建主義學(xué)習(xí)理論

構(gòu)建主義的核心思想是主張世界客觀存在的，對(duì)事物的理解是根據(jù)學(xué)生自己的經(jīng)驗(yàn)所決定的。其主要分為兩大主義，個(gè)體建構(gòu)主義認(rèn)為知識(shí)是隨個(gè)體認(rèn)知深度的延伸進(jìn)行延展、深化，逐漸出現(xiàn)新的理論和知識(shí)；社會(huì)建構(gòu)主義認(rèn)為獲取知識(shí)是參與活動(dòng)的過(guò)程，學(xué)習(xí)者需要加入某個(gè)集體活動(dòng)中，通過(guò)實(shí)踐建構(gòu)自己的知識(shí)架構(gòu)。獲取知識(shí)的過(guò)程包括個(gè)體對(duì)知識(shí)的主動(dòng)加工，也包括個(gè)體通過(guò)與集體相互合作得到的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)。

構(gòu)建主義是在認(rèn)知學(xué)習(xí)理論的基礎(chǔ)之上，在個(gè)體主動(dòng)獲取知識(shí)條件下，構(gòu)建屬于自己經(jīng)驗(yàn)的知識(shí)框架。

1.3 混合式學(xué)習(xí)方式

隨著教育技術(shù)在各科中教育優(yōu)勢(shì)的顯現(xiàn)，何克抗教授在定義“混合式學(xué)習(xí)”這一概念時(shí)，曾說(shuō)“所謂混合式學(xué)習(xí)就是要把傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式的優(yōu)勢(shì)和網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，即發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過(guò)程的主導(dǎo)作用，又充分體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)過(guò)程主體的主動(dòng)性、積極性與創(chuàng)造性。”

混合式學(xué)習(xí)是指：線上線下混合，以提高效率；將“學(xué)”和“習(xí)”混合，以達(dá)到更好的效果；將學(xué)習(xí)和工作混合，得到高效益、高質(zhì)量的效果。

（1）混合式學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)理論

混合式學(xué)習(xí)理論包括構(gòu)建主義學(xué)習(xí)理論、人本主義學(xué)習(xí)理論、情境認(rèn)知理論、教育傳播理論等多種方面理論知識(shí)的融合。強(qiáng)調(diào)以學(xué)習(xí)者為中心，進(jìn)行主動(dòng)探索式的學(xué)習(xí)。

（2）混合式學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)資源

混合式學(xué)習(xí)方式不僅僅只停留在書本上，而是將書本上、網(wǎng)絡(luò)上的各種資源結(jié)合，網(wǎng)絡(luò)上的資源又包括來(lái)自不同學(xué)者、不同年限、不同經(jīng)歷的人士的貢獻(xiàn)。多種多樣的學(xué)習(xí)資源使得學(xué)習(xí)不再無(wú)聊乏味，而是成為學(xué)習(xí)更加廣泛知識(shí)的樂(lè)趣。

（3）混合式學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境

混合式學(xué)習(xí)環(huán)境打破了傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式，班級(jí)同學(xué)集中在教師，在多位老師的監(jiān)管下的學(xué)習(xí)方式已經(jīng)成為過(guò)去式。混合式學(xué)習(xí)方式主要依靠學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識(shí)，有的同學(xué)隨時(shí)準(zhǔn)備學(xué)習(xí)，并且有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力，不需要教師指導(dǎo)。而混合式學(xué)習(xí)方式則為這些同學(xué)提供了學(xué)習(xí)的先機(jī)，既可以利用自己閑碎的時(shí)間通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)，又可以在課堂上和同學(xué)老師共同回顧復(fù)習(xí)，形成良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。

（4）混合式學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)方式

混合式學(xué)習(xí)方式是充分利用互聯(lián)網(wǎng)，將網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)和課堂教學(xué)有機(jī)結(jié)合。學(xué)生可以根據(jù)自己的愛好和學(xué)習(xí)習(xí)慣，可以采用實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)，異步與非異步的學(xué)習(xí)方式，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，積極進(jìn)行協(xié)調(diào)、討論。在物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代，讓上下線學(xué)習(xí)融為一體。

1.4 交互式學(xué)習(xí)方式

認(rèn)知學(xué)習(xí)理論和構(gòu)建主義學(xué)習(xí)理論都是較為傳統(tǒng)的，基于知識(shí)、書本、社會(huì)活動(dòng)的知識(shí)體系；而在混合式學(xué)習(xí)理論提出后，將互聯(lián)網(wǎng)和傳統(tǒng)的教學(xué)模式引結(jié)合，形成了新的強(qiáng)調(diào)結(jié)合交際合作和電腦使用的新型教學(xué)方式。[1]

交互式學(xué)習(xí)則是在教學(xué)活動(dòng)中合理運(yùn)用多樣化教學(xué)方式，使得老師成為學(xué)習(xí)的帶頭者，充分發(fā)揮教師的引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過(guò)程的主導(dǎo)作用，積極調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，在教師與學(xué)生之間形成交流互動(dòng)的合作關(guān)系。

2 專家系統(tǒng)

2.1 專家系統(tǒng)的產(chǎn)生

專家系統(tǒng)是一個(gè)智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，其中包括某領(lǐng)域?qū)＜掖罅康闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)，；以芯片的形式存貯到計(jì)算機(jī)中，這樣計(jì)算機(jī)就可以利用人類專家的知識(shí)和方法來(lái)解決該領(lǐng)域的問(wèn)題，生動(dòng)形象的模擬專家決策的過(guò)程，從而更快速解決需要人類專家解決的領(lǐng)域問(wèn)題。

我們之所以提出這樣的想法，是因?yàn)榕囵B(yǎng)一位學(xué)術(shù)極深的老教授需要花費(fèi)十分長(zhǎng)久的時(shí)間，而一位學(xué)術(shù)極深的教授一生可能只培養(yǎng)十位學(xué)徒，而每位學(xué)徒還要重新去積累知識(shí)，增長(zhǎng)見識(shí)，這使得有些領(lǐng)域的高難度問(wèn)題找不到良好的解決人才，從而造成巨大的損失。

專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了人工智能這門科學(xué)從理論走向了實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域，從解決一些簡(jiǎn)單的問(wèn)題進(jìn)化到解決高深領(lǐng)域的專家問(wèn)題，其采用人工智能中的推理、決策技術(shù)來(lái)模擬專家可以解決復(fù)雜問(wèn)題。

2.2 專家系統(tǒng)的發(fā)展

專家系統(tǒng)的發(fā)揮在那經(jīng)歷了三個(gè)階段，第一階段的專家系統(tǒng)并不具有較好的移植性，系統(tǒng)接口銜接等方面有缺陷。第二階段的專家系統(tǒng)引進(jìn)了不確定分析，模糊處理，具有較好的移植性和靈活性。第三階段的專家系統(tǒng)打破了只學(xué)習(xí)一門科學(xué)的舊俗，引入了多學(xué)科綜合系統(tǒng)，采用多種綜合的科學(xué)和人工智能語(yǔ)言和表示方法，進(jìn)行綜合研究。當(dāng)下，我國(guó)正在進(jìn)行第四階段專家系統(tǒng)的改革，通過(guò)采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)和交互式學(xué)習(xí)方式等最新工作方式和理論，研究更加先進(jìn)的專家系統(tǒng)。

3 基于交互式學(xué)的專家系統(tǒng)的研究

專家系統(tǒng)還被定義為一種交互式可靠地基于計(jì)算機(jī)的決策系統(tǒng)，它使用事實(shí)和啟發(fā)式方法來(lái)解決復(fù)雜的決策問(wèn)題，被認(rèn)為是包含人類智慧和專業(yè)知識(shí)水平最高的人工智能領(lǐng)域分支。它其實(shí)是一個(gè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，是人工智能、深度學(xué)習(xí)和機(jī)器學(xué)習(xí)發(fā)展的延伸。

3.1 專家系統(tǒng)的一些成就

Deneral——幫助化學(xué)家判斷待定物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)的專家系統(tǒng)；是世界上第一例成功的專家系統(tǒng)；正是因Deneral的出現(xiàn)，使得專家系統(tǒng)誕生了。Deneral的原始信息主要是該物質(zhì)的質(zhì)譜數(shù)據(jù)，根據(jù)輸入質(zhì)譜儀中的數(shù)據(jù)，生成結(jié)構(gòu)圖，進(jìn)行分析。

Troleandomycin——抗生素，MYCIN系統(tǒng)就是根據(jù)抗生素的英語(yǔ)單詞后面五個(gè)字母定義的，該系統(tǒng)是對(duì)血液感染者進(jìn)行抗生素類藥物進(jìn)行診斷、選用、治療的人工智能系統(tǒng)，主要采用了人工智能早起的決策系統(tǒng)的策略，將患者嚴(yán)重感染的菌類和抗生素的信息得到交給系統(tǒng)。令人遺憾的是，這個(gè)系統(tǒng)并未被用于世紀(jì)醫(yī)療。

3.2 專家系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

（1）專業(yè)水平高

由于專家系統(tǒng)基于交互式信息處理方式，具有很高的水平的專業(yè)知識(shí)；此外，同樣時(shí)間專家系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)處理后的準(zhǔn)確率較人工計(jì)算高出50%，在時(shí)間效率上具有很強(qiáng)的優(yōu)越性。

（2）可移植性強(qiáng)

經(jīng)過(guò)了專家系統(tǒng)幾個(gè)階段的改革和進(jìn)步，專家系統(tǒng)已經(jīng)具備了極強(qiáng)的可移植性，可以實(shí)現(xiàn)從不同的環(huán)境、設(shè)備、數(shù)據(jù)移植到不同學(xué)科領(lǐng)域中，但又可以實(shí)現(xiàn)很好地銜接和端口處理、數(shù)據(jù)計(jì)算。無(wú)論在硬件還是軟件方面，都能融合，從而進(jìn)行決策。

3.3 專家系統(tǒng)的弊端

國(guó)家的發(fā)展不能過(guò)分依賴機(jī)器，專家系統(tǒng)存在著機(jī)器普遍的缺點(diǎn)。如：機(jī)器不能靈活的處理緊急情況，知識(shí)庫(kù)中存在的錯(cuò)誤不會(huì)被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并改正，專家系統(tǒng)存在著較高的維護(hù)成本。這些問(wèn)題，都有待我們?nèi)祟悓＜宜伎己徒鉀Q。

4 總結(jié)

基于交互式學(xué)習(xí)方式的專家系統(tǒng)是在人類專家的前提下，經(jīng)過(guò)知識(shí)工程師，通過(guò)建立專家知識(shí)庫(kù)、接口硬件、用戶端口來(lái)實(shí)現(xiàn)給一個(gè)非專家用戶使用的決策系統(tǒng)，它使用事實(shí)和交互式學(xué)習(xí)方法來(lái)解決復(fù)雜決策問(wèn)題。使決策問(wèn)題在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代進(jìn)行了突破性的改革，既可以很好地保留每一位專家一生的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，又可以為我國(guó)人民帶來(lái)更加完善的服務(wù)體系，但其中存在的局限性還需我們認(rèn)真思考解決。

[1]白燕青.交互式學(xué)習(xí)模型的構(gòu)建[J].河南農(nóng)業(yè),2018，(33).

[2]李志河,李鵬媛,周娜娜,劉芷秀.具身認(rèn)知學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì):特征、要素、應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)[J].遠(yuǎn)程教育雜志,2018,36(05).

[3]楊世文.基于人工智能的發(fā)射機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].廣播電視信息, 2019(03).

[4]張亞娟.建構(gòu)主義教學(xué)理論綜述[J].教育現(xiàn)代化,2018,5 (12).

[5]戴朝霞,曹燕.學(xué)習(xí)者視角下的混合式學(xué)習(xí)模式若干要素的融合[J/OL].中國(guó)成人, 2019(02).