chapter9医学决策支持系统解析课件.ppt

1、医学决策支持系统医学决策支持系统(医学专家系统医学专家系统)(Medcial decision support system,medical(Medcial decision support system,medical expert system)expert system)上机安排上机安排n时间：时间：11月月28号（星期一）下午号（星期一）下午2:30-5:30n地点：主楼西地点：主楼西206复习答疑安排复习答疑安排n复习时间：复习时间：12月月5号（号（15周星期一）下午周星期一）下午7-8节节n地点：二教地点：二教508n答疑时间：答疑时间：12月月6号号12月月9号号n地点：主楼西

2、地点：主楼西301考试安排考试安排n时间：时间：12月月12日日16周周一周周一 下午下午2：30-4：30n地点：第二教学樓地点：第二教学樓104n闭卷闭卷主要内容主要内容人工智能人工智能医学决策支持系统的研究状况及发展趋势医学决策支持系统的研究状况及发展趋势医学决策支持系统概述医学决策支持系统概述医学知识库医学知识库医学决策支持方法医学决策支持方法MYCIN系统简介系统简介n医生对疾病的诊断还处于一种传统的经验阶段医生对疾病的诊断还处于一种传统的经验阶段n医学生医学生助理医生助理医生主治医生主治医生主任医生主任医生医学专家医学专家n浩如烟海的医学数据库浩如烟海的医学数据库n医学数据库医学数

3、据库-知识库？知识库？n人工智能与知识工程的发展为医学诊断和治疗过程注人工智能与知识工程的发展为医学诊断和治疗过程注入了新的活力入了新的活力人工智能人工智能n19371937年，图林年，图林论可计算数及其在判定问题中的应用论可计算数及其在判定问题中的应用，阐明现代电脑原理的开山之作阐明现代电脑原理的开山之作n19591959年，美国工程师塞缪尔给电脑编制出年，美国工程师塞缪尔给电脑编制出奕棋程序奕棋程序.该程序该程序击败了塞缪尔本人，击败了塞缪尔本人，19621962年又击败了一个州冠军。年又击败了一个州冠军。n19651965年，年，在斯坦福大学化学专家的配合下，费根鲍姆研制在斯坦福大学化学

4、专家的配合下，费根鲍姆研制的第一个的第一个专家系统专家系统DENDRALDENDRAL。在输入化学分子式和质谱图等。在输入化学分子式和质谱图等信息后，它能通过分析推理决定有机化合物的分子结构信息后，它能通过分析推理决定有机化合物的分子结构 n19761976年年6 6月，美国伊利诺斯大学的两台不同的电子计算机上，月，美国伊利诺斯大学的两台不同的电子计算机上，用了用了12001200个小时，作了个小时，作了100100亿判断，终于完成了困扰数学界亿判断，终于完成了困扰数学界长达长达100100余年之久的难题余年之久的难题“四色定理四色定理”。n19791979年年1010月，美国底特律市举行国际

5、象棋锦标赛，国际象棋月，美国底特律市举行国际象棋锦标赛，国际象棋大师大卫大师大卫.处维与美国的电脑棋手处维与美国的电脑棋手“象棋象棋4.94.9”进行了进行了5050个回个回合的比赛。合的比赛。n19971997年年5 5月月1111日，日，“深蓝深蓝”在棋盘在棋盘C4C4处落下最后一颗棋子，处落下最后一颗棋子，全世界都听到了震撼世纪的叫杀声全世界都听到了震撼世纪的叫杀声“将军将军”！这场举世！这场举世瞩目的瞩目的“人机大战人机大战”，终于以机器获胜的结局降下了帏幕。，终于以机器获胜的结局降下了帏幕。卡斯帕洛夫卡斯帕洛夫 被逼下了棋王宝座。被逼下了棋王宝座。人工智能的定义人工智能的定义n广义的

6、讲：用计算机来表示和执行人类的智能活动，就是人广义的讲：用计算机来表示和执行人类的智能活动，就是人工智能。工智能。：能够在各类环境中自主地或交互地执行：能够在各类环境中自主地或交互地执行各种拟人任务的机器称为人工智能。各种拟人任务的机器称为人工智能。：人工智能（能力）是智能机器所执行的通常：人工智能（能力）是智能机器所执行的通常与人类智能有关的功能，如判断、推理、证明、识别、感知、与人类智能有关的功能，如判断、推理、证明、识别、感知、理解、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。理解、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。人工智能的定义人工智能的定义n总之：人工智能也称为机器智能，就

7、是让机器更总之：人工智能也称为机器智能，就是让机器更“聪聪明明”，更具有类似人的智能，同时又与人的智能互为，更具有类似人的智能，同时又与人的智能互为补充、互相促进。补充、互相促进。n凡是使机器能具有感知功能（如视、听、嗅）、思维功能凡是使机器能具有感知功能（如视、听、嗅）、思维功能（如分析、综合、计算、推理、联想、判断、规划、决策）、（如分析、综合、计算、推理、联想、判断、规划、决策）、表达行动功能（如说、写、画）及学习记忆等功能，都属于表达行动功能（如说、写、画）及学习记忆等功能，都属于人工智能研究的范畴。人工智能研究的范畴。人工智能的应用领域人工智能的应用领域n1.1.问题求解问题求解n2

8、.2.逻辑与定理证明逻辑与定理证明n3.3.自然语言理解自然语言理解n4.4.自动程序设计自动程序设计n5.5.专家系统专家系统n6.6.机器学习机器学习n7.7.人工神经网络人工神经网络n8.8.模式识别模式识别 人工智能的应用领域人工智能的应用领域n9.9.机器视觉机器视觉n10.10.智能控制智能控制n11.11.智能决策支持系统智能决策支持系统n12.12.知识发现和数据挖掘知识发现和数据挖掘n13.13.智能检索智能检索n14.14.智能调度与指挥智能调度与指挥n15.15.系统与工具语言系统与工具语言n医学决策支持系统的功能和作用医学决策支持系统的功能和作用n临床医生的知识更新无法

9、与急剧增长的医学知识同步。临床医生的知识更新无法与急剧增长的医学知识同步。n对大批量的常规决策工作，自动化决策效率更高对大批量的常规决策工作，自动化决策效率更高(如大量的常规如大量的常规实验室检测和数据分析等实验室检测和数据分析等)。n人有时会犯错误或失误，当然医生也不例外人有时会犯错误或失误，当然医生也不例外(复杂病例和常见病复杂病例和常见病例都会出错例都会出错),),使用医学决策支持系统，可以提醒专家没在意的或使用医学决策支持系统，可以提醒专家没在意的或没有发现到的病人信息，从而提高诊断准确性没有发现到的病人信息，从而提高诊断准确性 n对医学院学生，成熟专业的医学支持系统可能是他们学习专业

10、知对医学院学生，成熟专业的医学支持系统可能是他们学习专业知识和专家经验的方便可得的廉价的老师，同时也是他们初入医院识和专家经验的方便可得的廉价的老师，同时也是他们初入医院实习工作的非常好的助手。实习工作的非常好的助手。医学决策支持系统的概念医学决策支持系统的概念n医学决策支持系统医学决策支持系统(Medical decision support system,MDSS)是医学知识工程和医学人工智能研究中非常活是医学知识工程和医学人工智能研究中非常活跃的分支，是运用专家系统的设计原理与方法，模拟跃的分支，是运用专家系统的设计原理与方法，模拟医学专家诊断、治疗疾病的思维过程而编制的计算机医学专家诊

11、断、治疗疾病的思维过程而编制的计算机程序。它的设计目的是程序。它的设计目的是帮助帮助医生解决复杂的医学问题，医生解决复杂的医学问题，作为诊断、治疗以及预后的辅助工具。作为诊断、治疗以及预后的辅助工具。知识工程知识工程人工智能人工智能医学医学医学决策支医学决策支持系统持系统国外医学决策支持系统的研究状况国外医学决策支持系统的研究状况n19761976年，斯坦福大学的年，斯坦福大学的ShortliffeShortliffe等人成功研制了等人成功研制了MYCINMYCIN系统系统,用于鉴别用于鉴别细菌感染及治疗的医学专家系统细菌感染及治疗的医学专家系统MYCINMYCIN，并且建立了一整套专家系统的

12、，并且建立了一整套专家系统的开发理论，经专家小组对医学专家、实习医生以及开发理论，经专家小组对医学专家、实习医生以及MYCINMYCIN系统的行为进系统的行为进行正式测试评价，认为行正式测试评价，认为MYCINMYCIN的行为超过了临床医生助手的作用，尤其的行为超过了临床医生助手的作用，尤其在诊断和治疗菌血症和脑膜炎方面有相当高的准确率在诊断和治疗菌血症和脑膜炎方面有相当高的准确率,此后，医学专家此后，医学专家系统进入了快速发展时期。系统进入了快速发展时期。n在在MYCINMYCIN系统框架基础上建立的肺功能专家系统系统框架基础上建立的肺功能专家系统PUFFPUFF系统曾在旧金山太系统曾在旧金

13、山太平洋医疗中心使用过相当长的一段时间，开创了医学专家系统临床应用平洋医疗中心使用过相当长的一段时间，开创了医学专家系统临床应用的先例。的先例。n19821982年，匹兹堡大学的年，匹兹堡大学的Miller等人开发了等人开发了Internist-I内科计算机辅助诊断内科计算机辅助诊断系统系统n19911991年，哈佛医学院年，哈佛医学院Barnett等人开发的等人开发的“DXPLAIN”软件包含有软件包含有22002200种种疾病和疾病和50005000种症状种症状我国医学决策支持系统的研究状况我国医学决策支持系统的研究状况n19781978年，北京中医院著名教授关幼波等人开发了年，北京中医院

14、著名教授关幼波等人开发了“关幼波肝病诊疗程序关幼波肝病诊疗程序”，开创了我国最早的中医，开创了我国最早的中医医学专家系统医学专家系统n精神疾病诊断系统、肺癌诊断系统、贫血鉴别诊断精神疾病诊断系统、肺癌诊断系统、贫血鉴别诊断专家系统、心功能辅助诊断专家系统、胃病诊断专专家系统、心功能辅助诊断专家系统、胃病诊断专家系统、针灸专家系统以及疾病诊疗用药专家系统家系统、针灸专家系统以及疾病诊疗用药专家系统等多种专家系统等多种专家系统现有医学决策支持系统的特点现有医学决策支持系统的特点规模小规模小 n内容比较简单内容比较简单研究方法单一，没有进行深入研究研究方法单一，没有进行深入研究 n临床实用性差临床实

15、用性差医学决策支持系统的发展趋势医学决策支持系统的发展趋势n与神经网络、遗传算法等推理与神经网络、遗传算法等推理新方法新技术新方法新技术相结合相结合n与与数据库技术数据库技术相结合：医学专家系统可借鉴数据库相结合：医学专家系统可借鉴数据库关于信息存贮、共享、并发控制和故障恢复技术，关于信息存贮、共享、并发控制和故障恢复技术，对专家系统中的知识库管理、设计以及对大型知识对专家系统中的知识库管理、设计以及对大型知识库、共享知识库和分布式知识库提供帮助，改善专库、共享知识库和分布式知识库提供帮助，改善专家系统的特性，使其规模提高到实用水平家系统的特性，使其规模提高到实用水平n与与多媒体技术多媒体技术

16、相结合：文字、图形、图像、影像及相结合：文字、图形、图像、影像及声音声音n与与网络技术网络技术相结合相结合,特别是在知识库的构建方面特别是在知识库的构建方面医生看病的自然过程医生看病的自然过程临床医生给病人看病的过程实际上是一个对病人临床医生给病人看病的过程实际上是一个对病人信息信息进行综合分析处进行综合分析处理的过程，这个过程包括三个阶段：理的过程，这个过程包括三个阶段：观察、诊断和治疗观察、诊断和治疗 医学决策支持系统对医生看病的模拟过程医学决策支持系统对医生看病的模拟过程n从工程的角度来看医生看病的自然过程，从工程的角度来看医生看病的自然过程，阶段的阶段的主要任务是主要任务是获取数据获取

17、数据，更确切地说，是获取能提供相，更确切地说，是获取能提供相关信息的数据，对病人相关信息理解和挖掘得越充分，关信息的数据，对病人相关信息理解和挖掘得越充分，关于病人疾病的不确定性就会越小。医生根据病人描关于病人疾病的不确定性就会越小。医生根据病人描述的信息和他所掌握的知识和经验作述的信息和他所掌握的知识和经验作结论的过程结论的过程实质上是一个实质上是一个推理过程推理过程，而，而则是一个则是一个问题求解及问题求解及处理处理的过程。治疗阶段依赖于诊断和决策分析，而诊的过程。治疗阶段依赖于诊断和决策分析，而诊断决策分析的准确性则取决于观察阶段的信息获取程断决策分析的准确性则取决于观察阶段的信息获取程

18、度。度。医学决策支持系统的一般结构医学决策支持系统的一般结构:医书、医生大医书、医生大脑中的知识、脑中的知识、规则和操作规则和操作医生的大脑，医生的大脑，推理、判断推理、判断初始数据、中间推理数据初始数据、中间推理数据和诊断结果和诊断结果医生向病人作医生向病人作解释解释医学决策支持系统与大多数其它领域专家系医学决策支持系统与大多数其它领域专家系统一样，一般由五部份组成：统一样，一般由五部份组成：n医学知识库。医学知识库。是医学决策支持系统的基础，用于存放各种专是医学决策支持系统的基础，用于存放各种专家诊断知识，包括医学事实和可行的操作与诊断规则等。家诊断知识，包括医学事实和可行的操作与诊断规则

19、等。n全局数据库。全局数据库。用于存放病人的初始数据、中间推理数据和诊用于存放病人的初始数据、中间推理数据和诊断结果甚至一些对结果的诊断处理等。断结果甚至一些对结果的诊断处理等。n推理机。推理机。推理机根据全局数据库的当前内容，从知识库中选推理机根据全局数据库的当前内容，从知识库中选择可匹配的规则，并通过执行规则来修改数据库中的内容，择可匹配的规则，并通过执行规则来修改数据库中的内容，再通过不断地推理导出问题的结论。再通过不断地推理导出问题的结论。n解释器。解释器。负责对推理过程作出解释，包括解释负责对推理过程作出解释，包括解释“系统是怎么系统是怎么样得出这一诊断结论的样得出这一诊断结论的”等

20、用户需要解释的问题。等用户需要解释的问题。n人机接口。人机接口。人机接口是系统与用户进行对话的界面。人机接口是系统与用户进行对话的界面。医学决策支持系统和临床医生的关系医学决策支持系统和临床医生的关系n在医学人工智能中，虽然医学决策支持系统能够比较好地在医学人工智能中，虽然医学决策支持系统能够比较好地模拟医生的自然行为，实践证明在某些方面还有可能超过模拟医生的自然行为，实践证明在某些方面还有可能超过专家的能力，但是这仅仅限于医学诊断过程中的专家的能力，但是这仅仅限于医学诊断过程中的可结构化、可结构化、可一般化和可客观化可一般化和可客观化部分。使用计算机作医学决策支持时，部分。使用计算机作医学决

21、策支持时，绝不允许用计算机取代人类（临床医生）对诊断的负责，绝不允许用计算机取代人类（临床医生）对诊断的负责，而且在实际生活中计算机也而且在实际生活中计算机也绝对取代不了绝对取代不了临床医生的作用。临床医生的作用。n多数情况下，临床医生在拥有足够的知识和充分的病人资多数情况下，临床医生在拥有足够的知识和充分的病人资料情况下可以作出正确的判断，不需要计算机协助，但在料情况下可以作出正确的判断，不需要计算机协助，但在下列情况下，医学决策支持系统就会显示其强大功能和作下列情况下，医学决策支持系统就会显示其强大功能和作用。用。MDSS和临床医生的关系和临床医生的关系n人有时会犯错误或失误，当然医生也不

22、例外（复杂病例和常见病例都会人有时会犯错误或失误，当然医生也不例外（复杂病例和常见病例都会出错），使用医学决策支持系统，可以出错），使用医学决策支持系统，可以提醒提醒专家没在意的或没有发现到专家没在意的或没有发现到的病人信息，从而提高诊断准确性。的病人信息，从而提高诊断准确性。n临床医生的知识更新无法与急剧增长的医学知识同步。当医学领域发现临床医生的知识更新无法与急剧增长的医学知识同步。当医学领域发现新病例、新成果新病例、新成果时，计算机支持系统可以低成本、高效率和方便快捷地时，计算机支持系统可以低成本、高效率和方便快捷地传播给广大医生。传播给广大医生。n对对大批量的常规决策工作大批量的常规决

23、策工作，自动化决策效率更高（如大量的常规实验室，自动化决策效率更高（如大量的常规实验室检测和数据分析等）。检测和数据分析等）。n现代医院信息系统产生出的大量数据的现代医院信息系统产生出的大量数据的深挖掘深挖掘。n对对医学院学生医学院学生，成熟的专业的医学支持系统可能是他们学习专业知识和，成熟的专业的医学支持系统可能是他们学习专业知识和专家经验的方便可得的廉价的老师，同时也是他们初入医院实习工作的专家经验的方便可得的廉价的老师，同时也是他们初入医院实习工作的非常好的助手。非常好的助手。医学知识库医学知识库n医学知识库医学知识库知识表示知识表示知识获取知识获取知识的管理和维护知识的管理和维护n推理

24、机（医学决策支持方法）推理机（医学决策支持方法）知识的概念与含义知识的概念与含义n人之所以有智能行为是因为他们拥有知识，拥人之所以有智能行为是因为他们拥有知识，拥有有对知识的获取、表达、搜索、分析、解答等对知识的获取、表达、搜索、分析、解答等智能能力智能能力。n医学决策支持系统智能水平的高低在于系统拥医学决策支持系统智能水平的高低在于系统拥有知识的数量和质量有知识的数量和质量，医学知识的获取是医学，医学知识的获取是医学决策支持系统中最重要也是最困难的一步，决策支持系统中最重要也是最困难的一步，E.A.FeigenbaumE.A.Feigenbaum说：说：“知识获取是人工智能研知识获取是人工智

25、能研究的中心问题中最重要的，是人工智能研究的究的中心问题中最重要的，是人工智能研究的关键性难关。关键性难关。”智能知识的表现方式智能知识的表现方式n知识的获取能力：知识的获取能力：通过感知器官，在观察、测量、训练、通过感知器官，在观察、测量、训练、操作等实践中，获取直接经验的积累或感性知识，以及在操作等实践中，获取直接经验的积累或感性知识，以及在学习、阅读、交谈等过程中，获取间接经验知识或理性知学习、阅读、交谈等过程中，获取间接经验知识或理性知识。识。n知识的处理能力：知识的处理能力：将感性知识上升为理性知识，进行演绎将感性知识上升为理性知识，进行演绎推理与归纳推理，通过知识的积累、存储、联想

26、、类比、推理与归纳推理，通过知识的积累、存储、联想、类比、分析、计算、论证、比较、探索、择优等信息处理过程，分析、计算、论证、比较、探索、择优等信息处理过程，求得问题的解答，指定规划与决策。求得问题的解答，指定规划与决策。n知识的运用能力：知识的运用能力：运用所获得的知识，通过知识信息处理，运用所获得的知识，通过知识信息处理，根据所求得的问题解答或所制订的规划决策作出反应，采根据所求得的问题解答或所制订的规划决策作出反应，采取行动，发挥知识的效用，如回答咨询、诊断疾病、操纵取行动，发挥知识的效用，如回答咨询、诊断疾病、操纵机器等。机器等。知识的特性知识的特性n1 1、知识的相对正确性、知识的相

27、对正确性 任何知识都是在一定环境下相对正确的，而非绝对正确。任何知识都是在一定环境下相对正确的，而非绝对正确。n2 2、知识的不确定性、知识的不确定性 信息可能是精确的，也可能是不精确的。信息可能是精确的，也可能是不精确的。n3 3、知识的可表示性、知识的可表示性 知识是可以用形式化的东西表示的，如语言、文字、图表、公知识是可以用形式化的东西表示的，如语言、文字、图表、公式、数字等。式、数字等。n4 4、知识的可利用性、知识的可利用性 由于我们可以利用知识解决各种问题，因此，我们可以积累知由于我们可以利用知识解决各种问题，因此，我们可以积累知识。识。知识的分类知识的分类n1 1、以知识的作用范

28、围来划分：、以知识的作用范围来划分：n 常识性知识常识性知识n 领域性知识领域性知识n2 2、按人类的思维及认识方法来划分：、按人类的思维及认识方法来划分：n 逻辑性知识逻辑性知识n 形象性知识形象性知识n3 3、以知识的确定性来划分：、以知识的确定性来划分：n 确定性知识确定性知识n 不确定性知识不确定性知识n4 4、按知识的作用及表示来划分：、按知识的作用及表示来划分：n 事实性知识事实性知识n 规则性知识规则性知识n 控制性知识控制性知识例：对于从北京到上海，是乘飞机还是火车的问题，例：对于从北京到上海，是乘飞机还是火车的问题，其知识可归纳为：其知识可归纳为：n1 1、叙述型知识：北京、

29、上海、飞机、火车、时、叙述型知识：北京、上海、飞机、火车、时间、费用等；间、费用等；n2 2、过程型知识：乘飞机、坐火车等；、过程型知识：乘飞机、坐火车等；n3 3、控制型知识：乘飞机较快、较贵；坐火车较、控制型知识：乘飞机较快、较贵；坐火车较慢、较便宜。慢、较便宜。常用的知识表示法常用的知识表示法 无论是医学科技文献中的科学知识还是临床医生的经验性知识，它无论是医学科技文献中的科学知识还是临床医生的经验性知识，它们通常是用自然语言、图形、表格等形式表示的，在用人工智能方们通常是用自然语言、图形、表格等形式表示的，在用人工智能方法模拟医学过程时，必须将这些形式的知识法模拟医学过程时，必须将这些

30、形式的知识用合适的形式来表示用合适的形式来表示，这样才能使知识方便地在计算机中储存、检索、使用和修改，并且这样才能使知识方便地在计算机中储存、检索、使用和修改，并且在设计和实现医学决策支持时，知识的表示方法与医学问题的求解在设计和实现医学决策支持时，知识的表示方法与医学问题的求解方法和过程密切相关。方法和过程密切相关。产生式表示法产生式表示法(IF-THEN)(IF-THEN)逻辑表示逻辑表示(谓词逻辑谓词逻辑)语义网络语义网络框架理论框架理论 状态空间状态空间面向对象的知识表示面向对象的知识表示过程表示法过程表示法模糊表示模糊表示神经网络神经网络产生式系统知识表示法产生式系统知识表示法n产生

31、式系统是历史悠久且使用最多的知识产生式系统是历史悠久且使用最多的知识表示系统，早在自动机理论、形式文法和表示系统，早在自动机理论、形式文法和程序语言中得到广泛的应用，产生式系统程序语言中得到广泛的应用，产生式系统是用来描述若干个不同的以一个基本概念是用来描述若干个不同的以一个基本概念为基础的系统。为基础的系统。产生式的基本形式产生式的基本形式n有两种：有两种：n P PQ Qn 或者：或者：IF P THEN QIF P THEN Qn 其中：其中：P P是产生式的前提，用于指出该产生式是产生式的前提，用于指出该产生式是否是可用条件；是否是可用条件；n Q Q是一组结论或操作，用于指出前提是一

32、组结论或操作，用于指出前提P P所指出的所指出的条件被满足时，应该得到的结论或应该执行的操条件被满足时，应该得到的结论或应该执行的操作。作。产生式的基本形式产生式的基本形式n1 1、确定性规则知识确定性规则知识的产生式表示形式为：的产生式表示形式为：P PQ Q 或者：或者：IF P THEN QIF P THEN Q例例:IF IF 收缩压收缩压140 THEN 140 THEN 高血压高血压产生式的基本形式产生式的基本形式n2 2、不确定性规则知识不确定性规则知识的产生式表示形式为：的产生式表示形式为：P PQ Q（可信度）（可信度）或者：或者：IF P THEN Q IF P THEN

33、Q（可信度）（可信度）例例:IF IF 流鼻涕流鼻涕 THEN THEN 感冒感冒(0.6)(0.6)产生式的基本形式产生式的基本形式n3 3、确定性事实性知识确定性事实性知识的产生式表示一般使用三元组表示：的产生式表示一般使用三元组表示：（对象，属性，值）（对象，属性，值）或者：或者：（关系，对象（关系，对象1 1，对象，对象2 2）如：事实如：事实“老李年龄是老李年龄是4040岁岁”可表示为：可表示为：（LiLi，AgeAge，4040）LiLi是对象，是对象，AgeAge是属性，是属性，4040是值。是值。如如“老李、老张是朋友老李、老张是朋友”可写成：可写成：（FriendFriend

34、，LiLi，ZhangZhang）FriendFriend是关系，是关系，LiLi和和ZhangZhang是对象是对象产生式的基本形式产生式的基本形式n4 4、不确定性事实性知识不确定性事实性知识的产生式表示的产生式表示一般使用四元组表示：一般使用四元组表示：（对象，属性，值，可信度）（对象，属性，值，可信度）或者：或者：（关系，对象（关系，对象1 1，对象，对象2 2，可信度），可信度）如：事实如：事实“老李年龄可能是老李年龄可能是4040岁岁”可表示为：可表示为：（LiLi，AgeAge，4040，0.80.8）LiLi是对象，是对象，AgeAge是属性，是属性，4040是值。是值。如如“

35、老李、老张是朋友的可能性不大老李、老张是朋友的可能性不大”可写成：可写成：（FriendFriend，LiLi，ZhangZhang，0.10.1）FriendFriend是关系，是关系，LiLi和和ZhangZhang是对象是对象产生式系统的组成产生式系统的组成n一个典型的产生式系统由：一个典型的产生式系统由：n 1)1)、规则库、规则库n 2)2)、工作存储器（综合数据库）、工作存储器（综合数据库）n 3)3)、控制器（推理机）、控制器（推理机）推理机推理机规则库规则库综合数据库综合数据库规则库规则库n目前，产生式系统已经演变成：目前，产生式系统已经演变成：“IFIF条件条件THENTHE

36、N动作或结论动作或结论”n例例1 1：IF IF 天阴天阴 and and 空气中湿度很大空气中湿度很大 THEN THEN 可能要下雨；可能要下雨；n例例2 2：IF IF 一种可燃性气体溢出了一种可燃性气体溢出了 THEN THEN 报告报告消防队；消防队；医学知识的获取医学知识的获取获取过程获取过程n抽取知识抽取知识 n知识转换知识转换 n知识输入知识输入 n知识检测知识检测 n知识求精知识求精获取医学知识的方式获取医学知识的方式n知识工程师和医学专家之间密切合作知识工程师和医学专家之间密切合作n医学知识获取的工具（骨架系统医学知识获取的工具（骨架系统）n自动知识获取自动知识获取知识工程

37、师和医学专家之间密切合作获取知识知识工程师和医学专家之间密切合作获取知识优点：优点：1 直接直接 2 系统性强系统性强缺点缺点：1 劳动量大劳动量大 2 知识的来源有限知识的来源有限 3 知识领域狭窄知识领域狭窄 4 手工形式记录、易出错手工形式记录、易出错 5 效率低效率低著名的骨架系统著名的骨架系统1 TEIRESIAS系统系统 2 OPAL系统系统 3 PROTG系列系列 4 INTERNIST-I/QMR系统系统5 KAVAS知识提取系统知识提取系统优点优点 应用了知识工程领域和计算机领域及网络技术中比较新应用了知识工程领域和计算机领域及网络技术中比较新的方法和技术，知识用面向对象等方

38、式表示的方法和技术，知识用面向对象等方式表示缺点缺点 知识工程师与医学专家之间的鸿沟、知识表示是否适当？知识工程师与医学专家之间的鸿沟、知识表示是否适当？自动知识获取自动知识获取(自学习自学习)智能水平的高低在于系统拥有知识的数量和质量智能水平的高低在于系统拥有知识的数量和质量 传统的、通过知识工程师获取知识的方法不能完全传统的、通过知识工程师获取知识的方法不能完全满足需求满足需求 自动获取知识成为的新的研究目标自动获取知识成为的新的研究目标知识的管理和维护知识的管理和维护n方便方便添加、删除和修改诊断知识添加、删除和修改诊断知识,浏览各种对象浏览各种对象和属性等管理维护工作和属性等管理维护工

39、作n对象类对象类n知识对象索引表知识对象索引表医学决策支持方法（推理机）医学决策支持方法（推理机）推理机是指基于知识的推理的计算机实现推理机是指基于知识的推理的计算机实现,包括推理包括推理与控制两方面与控制两方面在推理过程中解释和执行用某种语言表示的一系列推在推理过程中解释和执行用某种语言表示的一系列推理规则理规则 面向对象知识表达的诊断推理过程是一个面向知识库面向对象知识表达的诊断推理过程是一个面向知识库系统的，基于系统的，基于假设产生假设产生-假设证实假设证实机制的，由高层到机制的，由高层到底层逐步求精的递推过程底层逐步求精的递推过程1 正向推理与反向推理正向推理与反向推理是以已知是以已知

40、事实事实作为出发点的推理，又称为数据驱动推理。正作为出发点的推理，又称为数据驱动推理。正向推理从病人数据库中提供的主诉及实验室检查等事实出发，检查知识向推理从病人数据库中提供的主诉及实验室检查等事实出发，检查知识库中是否存在可用于对这些数据进行推理的库中是否存在可用于对这些数据进行推理的规则规则。如果存在可用规则，。如果存在可用规则，就执行这些规则，推理的结果被添加到数据集中，如果后面的规则依赖就执行这些规则，推理的结果被添加到数据集中，如果后面的规则依赖于这些新的推理数据，那么后面的规则将被激活于这些新的推理数据，那么后面的规则将被激活推理机制是从知识库中选择推理机制是从知识库中选择规则规则

41、开始，随后检查病人数据库开始，随后检查病人数据库中是否有可供推论的中是否有可供推论的数据数据。推理机制实际上是从单一规则（目标规则）。推理机制实际上是从单一规则（目标规则）开始的，然后依据已知的病人数据评估该目标规则的前提是否为真。如开始的，然后依据已知的病人数据评估该目标规则的前提是否为真。如果没有数据可以证实这一规则的前提为真，反向推理器就到知识库中寻果没有数据可以证实这一规则的前提为真，反向推理器就到知识库中寻找其他规则。如果其中一个规则为真，系统就会得出结论：此目标规则找其他规则。如果其中一个规则为真，系统就会得出结论：此目标规则的前提为真。这种目标驱动的推理过程反复进行，直到证实目标

42、规则为的前提为真。这种目标驱动的推理过程反复进行，直到证实目标规则为假，或者目标的所有前提都为真。假，或者目标的所有前提都为真。2 确定性推理与不确定推理确定性推理与不确定推理n在医学中我们常常会遇到不严格、不精确的、模糊的知识在医学中我们常常会遇到不严格、不精确的、模糊的知识 （1 1）基于概率的不确定推理）基于概率的不确定推理:用事件发生的用事件发生的概率概率来描述和计算推理的来描述和计算推理的不确定性测度不确定性测度 （2 2）基于可信度的不确定推理）基于可信度的不确定推理:用用信任度信任度表示证据出现时对结论成立表示证据出现时对结论成立的信任程度。信任度的值比较容易通过领域专家给出。设

43、定信任度值的信任程度。信任度的值比较容易通过领域专家给出。设定信任度值的原则是：若相应证据能增加结论为真的可信度，则使信任度大于的原则是：若相应证据能增加结论为真的可信度，则使信任度大于0 0，证据越是支持为真，就使值越大；反之小于证据越是支持为真，就使值越大；反之小于0 0，证据越是支持为假，证据越是支持为假，就使绝对值越大；若证据与结论无关，则使信任度就使绝对值越大；若证据与结论无关，则使信任度0 0。（3 3）基于模糊理论的不确定推理）基于模糊理论的不确定推理:模糊理论通过模糊理论通过隶属度隶属度来定义对象属来定义对象属于模糊集合的程度，若隶属度越接近于于模糊集合的程度，若隶属度越接近于

44、1 1，则属于模糊集合的程度越，则属于模糊集合的程度越大，反之就越小。一般用模糊规则表示模糊条件和模糊结论及它们之大，反之就越小。一般用模糊规则表示模糊条件和模糊结论及它们之间的可信度因子。间的可信度因子。3 机器学习方法机器学习方法n决策树决策树n贝叶斯网络贝叶斯网络4 推理机的搜索策略推理机的搜索策略盲目搜索方法盲目搜索方法 深度优先深度优先 广度优先广度优先 有限深度优先有限深度优先 随机深度优先随机深度优先启发式的搜索方法启发式的搜索方法 爬山法爬山法 最近邻居搜索最近邻居搜索MYCIN系统系统 nMYCIN系统是由斯坦福系统是由斯坦福(Stanford)大学建立的对细菌感染疾病的诊断

45、大学建立的对细菌感染疾病的诊断和治疗提供咨询的计算机咨询专家系统。医生向系统输入病人信息，和治疗提供咨询的计算机咨询专家系统。医生向系统输入病人信息，MYCIN系统对之进行诊断，并提出处方。系统对之进行诊断，并提出处方。n细菌传感疾病专家在对病情诊断和提出处方时，大致遵循下列细菌传感疾病专家在对病情诊断和提出处方时，大致遵循下列4个步骤：个步骤：(1)确定病人是否有重要的病菌感染需要治疗。为此，首先要判断所确定病人是否有重要的病菌感染需要治疗。为此，首先要判断所发现的细菌是否引起了疾病。发现的细菌是否引起了疾病。(2)确定疾病可能是由哪种病菌引起的。确定疾病可能是由哪种病菌引起的。(3)判断哪

46、些药物对抑制这种病菌可能有效。判断哪些药物对抑制这种病菌可能有效。(4)根据病人的情况，选根据病人的情况，选择最适合的药物。择最适合的药物。n系统通过和内科医生之间的对话收集关于病人的基本情况，例如临床系统通过和内科医生之间的对话收集关于病人的基本情况，例如临床情况、症状、病历以及详细的实验室观测数据等。系统首先询问一些情况、症状、病历以及详细的实验室观测数据等。系统首先询问一些基本情况。内科医生在回答询问时所输入的信息被用于作出诊断。诊基本情况。内科医生在回答询问时所输入的信息被用于作出诊断。诊断过程中如需要进一步的信息，系统就会进一步询问医生。一旦可以断过程中如需要进一步的信息，系统就会进

47、一步询问医生。一旦可以作出合理的诊断，作出合理的诊断，MYCIN就列出可能的处方，然后在与医生作进一步就列出可能的处方，然后在与医生作进一步对话的基础上选择适合于病人的处方。对话的基础上选择适合于病人的处方。MYCIN系统由系统由3个子系统组成：咨询子系统，解释子个子系统组成：咨询子系统，解释子系统和规则获取子系统系统和规则获取子系统 n静态数据库静态数据库 n动态数据库动态数据库 n咨询开始时，先启动咨询开始时，先启动咨询系统咨询系统，进入人机对话状态。在对话过程，进入人机对话状态。在对话过程中，系统向用户提出必要的问题，进行推理。如果医生对咨询的中，系统向用户提出必要的问题，进行推理。如果

48、医生对咨询的某些部分有疑问，例如，想知道为什么要向用户询问某个特定的某些部分有疑问，例如，想知道为什么要向用户询问某个特定的问题，他可暂停咨询，向系统提出问题。这时系统将给予解释，问题，他可暂停咨询，向系统提出问题。这时系统将给予解释，并示范系统所希望回答的例子。然后系统又重新返回到咨询过程。并示范系统所希望回答的例子。然后系统又重新返回到咨询过程。n当结束咨询时，系统自动地转入当结束咨询时，系统自动地转入解释子系统解释子系统。解释子系统回答用。解释子系统回答用户的问题，并解释推理过程。解释时，系统显示用英语形式表示户的问题，并解释推理过程。解释时，系统显示用英语形式表示的规则，并说明为什么需

49、要某种信息，以及如何得到某个结论。的规则，并说明为什么需要某种信息，以及如何得到某个结论。这样做的主要目的是为了使医生容易接受系统的结论。这样做的主要目的是为了使医生容易接受系统的结论。n规则获取系统规则获取系统只由建立系统的知识工程师所使用。当发现有规则只由建立系统的知识工程师所使用。当发现有规则被遗漏或不完善时，知识工程师可以利用这个系统来增加和修改被遗漏或不完善时，知识工程师可以利用这个系统来增加和修改规则。规则。nMYCIN系统是用系统是用INTERLISP语言语言编写的。初始的系统包含编写的。初始的系统包含有有200条关于细菌血症的规则，可以识别大概条关于细菌血症的规则，可以识别大概

50、50种细菌种细菌。以。以后该系统又经过了扩展和改进，使其可以诊断和治疗脑膜炎。后该系统又经过了扩展和改进，使其可以诊断和治疗脑膜炎。同时又有人以同时又有人以MYCIN的控制机构和数据结构为基础发展了和的控制机构和数据结构为基础发展了和应用范围无关的系统，称之为应用范围无关的系统，称之为EMYCIN(Es sential MYCIN)，即专家系统开发工具。即专家系统开发工具。n对对MYCIN系统所作的正式鉴定表明在对细菌血症和脑膜炎病系统所作的正式鉴定表明在对细菌血症和脑膜炎病人的诊断和选择处方方面，人的诊断和选择处方方面，MYCIN系统比传染病方面的专家系统比传染病方面的专家高明。但到目前为止