摘要：針對(duì)傳統(tǒng)診斷專家系統(tǒng)存在的問題，結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，利用自身優(yōu)勢(shì)，分析形成動(dòng)物疫病癥狀及病理變化的數(shù)據(jù)模型，建立動(dòng)物疫病知識(shí)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的有效管理，并初步實(shí)現(xiàn)基于癥狀及病理變化的多因子輔助診斷分析結(jié)果，為動(dòng)物疫病臨床診斷提供依據(jù)和參考。采用正─反向結(jié)合的混合推理策略以及深度優(yōu)選搜索算法，使用先進(jìn)的.Net技術(shù)，實(shí)現(xiàn)基于Web的動(dòng)物病疫輔助診療專家系統(tǒng)，為常見的畜禽養(yǎng)殖人員和人類專家提供方便。

   背景：近年來(lái)，動(dòng)物食品安全問題日趨嚴(yán)重，為方便養(yǎng)殖戶進(jìn)行病疫診斷和治療，畜禽病疫專家診斷系統(tǒng)的研究開始受到重視。使用專家系統(tǒng)，可以模擬人類專家診斷病疫的思維過(guò)程，甚至提供人類專家無(wú)法完成的的功能。目前，大部分專家系統(tǒng)存在一定不足，如大部分采用單機(jī)版，不適應(yīng)當(dāng)今的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代；系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)不全、推理簡(jiǎn)單、考慮不全面、無(wú)法提供診治結(jié)合等等。

關(guān)于專家系統(tǒng)：專家系統(tǒng)是一個(gè)基于知識(shí)的系統(tǒng)，它利用人類專家提供的專門知識(shí)，模擬人類專家的思維過(guò)程，解決對(duì)人類專家都相當(dāng)困難的問題。本文設(shè)計(jì)的“基于癥狀分析的動(dòng)物輔助診療專家系統(tǒng)Web版”具有以下特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：

(1)啟發(fā)性。不僅能使用邏輯知識(shí)，也能能使用啟發(fā)性知識(shí)，它運(yùn)用規(guī)范的專門知識(shí)和直覺的評(píng)判知識(shí)進(jìn)行判斷、推理和聯(lián)想，實(shí)現(xiàn)問題求解。

(2)透明性。它使用戶在對(duì)專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不了解的情況下，可以進(jìn)行相互交往，并了解知識(shí)的內(nèi)容和推理思路，系統(tǒng)還能回答用戶的一些有關(guān)系統(tǒng)自身行為的問題。

    (3)靈活性。專家系統(tǒng)的知識(shí)與推理機(jī)結(jié)構(gòu)的分離，使系統(tǒng)不斷接納新的知識(shí)，從而確保系統(tǒng)內(nèi)知識(shí)不斷增長(zhǎng)以滿足商業(yè)和研究的需要。

(4)能夠高效率、準(zhǔn)確、周到、迅速和不知疲倦地進(jìn)行工作。

(5)解決實(shí)際問題時(shí)不受周圍環(huán)境的影響，也不可能遺漏忘記。

(6)可以使專家的專長(zhǎng)不受時(shí)間和空間的限制，以便推廣珍貴和稀缺的專家知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)。

(7)基于Web技術(shù)，采用B/S架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)化、分布式、開放性。

(8)只需要接入Internet，一款瀏覽器，無(wú)需用戶自己安裝、配置、維護(hù),全面降低使用負(fù)擔(dān)、最大擴(kuò)散知識(shí)共享范圍。

    (9)建立用戶診療病歷庫(kù)、免疫系統(tǒng)。

建立動(dòng)物課堂、提供知識(shí)查詢模塊，提供“診斷、治療、預(yù)防、增優(yōu)”的“四點(diǎn)一線”的系統(tǒng)性套件。

   完整的專家系統(tǒng)一般包含診斷入口、推理機(jī)、規(guī)則庫(kù)、免疫系統(tǒng)、知識(shí)庫(kù)、知識(shí)獲取模塊以及解釋執(zhí)行機(jī)制等部分組成。為了提供更高效、更智能、更周到的專家系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)智能化，在提供最基本的診斷功能外，還增加了基于病疫和癥狀的查詢模塊、基于病疫的治療方案模塊、基于用戶個(gè)性化定制的動(dòng)物檔案模塊。除此之外，本系統(tǒng)將模擬人類思維模式，具有不斷自我總結(jié)、修改、完善的智能化功能。這意味著，隨著系統(tǒng)的不斷完善，基于CF非精度性的確定性理論模型的精度將與100%更接近。如圖2-1所示：

   1、診斷入口

      診斷入口即推理機(jī)執(zhí)行推理過(guò)程所需要的基本參數(shù)的錄入模塊，這將是使得推理可以進(jìn)行的前提步驟。不同的推理模式需要對(duì)應(yīng)不同的診斷入口，即提供不同的診斷數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)依據(jù)專家對(duì)動(dòng)物病疫診斷的方法進(jìn)行概括總結(jié)并劃分為三種診斷入口(三種推理模式)，分別是：基于主要癥狀診斷法、基于懷疑病診斷法、基于多癥狀組合診斷法。

   2、推理機(jī)

      推理機(jī)是專家系統(tǒng)最為重要的核心組件，用于控制、協(xié)調(diào)診斷流程的運(yùn)作。它根據(jù)診斷入口、診斷數(shù)據(jù)、自身的推理策略、規(guī)則庫(kù)、知識(shí)庫(kù)權(quán)重從知識(shí)庫(kù)選取相關(guān)知識(shí)進(jìn)行步驟化推理，直到得出最佳結(jié)論并把診斷結(jié)果保存在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。推理機(jī)模擬專家的推理過(guò)程，推理機(jī)的智能水平和效率基本決定專家系統(tǒng)的水平。本系統(tǒng)采用正向推理、反向推理以及正反混合推理法。

   3、規(guī)則庫(kù)

     規(guī)則庫(kù)是推理機(jī)診斷結(jié)果準(zhǔn)確率的影響因子，它彌補(bǔ)了推理機(jī)自身策略以及知識(shí)庫(kù)模式化的不足(知識(shí)庫(kù)中保存的癥狀可信度稱為“一般可信度”或者“事實(shí)可信度”)。規(guī)則庫(kù)主要用以表示因果關(guān)系，用相對(duì)于結(jié)果的影響百分值來(lái)計(jì)算。規(guī)則庫(kù)以“ IFP THEN Q”的基本表達(dá)式表示，將規(guī)則作為知識(shí)的單位。同一癥狀、同一病疫、同一動(dòng)物種類對(duì)于不同年齡、性別、品種、發(fā)病階段，診斷結(jié)果都是不同的，因此完善的、強(qiáng)大的規(guī)則庫(kù)是專家系統(tǒng)的智能化的重要體現(xiàn)之一。規(guī)則庫(kù)規(guī)則往往是專家的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

   4、知識(shí)庫(kù)

     知識(shí)庫(kù)是專家系統(tǒng)的核心成分之一，它主要系統(tǒng)化的以計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的方式存儲(chǔ)人類搜集的相關(guān)知識(shí)，以供系統(tǒng)使用。知識(shí)庫(kù)存儲(chǔ)的知識(shí)和傳統(tǒng)知識(shí)有所不同，它包含相關(guān)領(lǐng)域的公開性知識(shí)，包裹記錄在網(wǎng)絡(luò)、書籍的知識(shí)；也包括專家在實(shí)踐過(guò)程中的總結(jié)的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)。無(wú)論何種知識(shí)，只有經(jīng)過(guò)對(duì)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行以符合診斷機(jī)制的處理(包括檢索、分類、整合等)后的知識(shí)才有價(jià)值存儲(chǔ)到知識(shí)庫(kù)。知識(shí)庫(kù)存儲(chǔ)知識(shí)的質(zhì)量很大程度上決定推理機(jī)的診斷效率以及數(shù)據(jù)處理的難易程度。

   5、知識(shí)獲取模塊

     擁有知識(shí)是專家系統(tǒng)區(qū)別于其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要標(biāo)志，知識(shí)的容量和質(zhì)量又是決定專家系統(tǒng)的性能和水平的重要因素。知識(shí)獲取模塊協(xié)助專家完成把傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理后的知識(shí)轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)。使用知識(shí)獲取模塊的一般為動(dòng)物病疫診斷領(lǐng)域的專家和工程師。本系統(tǒng)以我院長(zhǎng)期積累的動(dòng)物診斷經(jīng)驗(yàn)知識(shí)作為專家系統(tǒng)知識(shí)的主要來(lái)源，并參考其他知識(shí)作為補(bǔ)充。專家收集、分析、整理傳統(tǒng)知識(shí)然后安裝規(guī)則錄入系統(tǒng)，模塊組織成計(jì)算機(jī)語(yǔ)言后并寫入知識(shí)庫(kù)，這包括對(duì)知識(shí)庫(kù)和規(guī)則庫(kù)的錄入、修改、刪除，保障了知識(shí)體系的完整性和一致性。

   6、解釋模塊

     擁有解釋功能的專家系統(tǒng)也是區(qū)別于其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要標(biāo)志，它負(fù)責(zé)對(duì)診斷過(guò)程以及診斷結(jié)果做出解釋。解釋模塊是推理機(jī)推理過(guò)程的可視化體現(xiàn)，它記錄、顯示用戶的診斷數(shù)據(jù)，展示推理機(jī)的診斷結(jié)果、引導(dǎo)用戶進(jìn)一步提供診斷數(shù)據(jù)以及解釋推理機(jī)做出此步診斷的原因。解釋模塊直接影響用戶對(duì)于專家系統(tǒng)的感受和評(píng)價(jià)，同時(shí)良好的解釋機(jī)制也是用戶快速應(yīng)用專家系統(tǒng)的最好助手。

   7、免疫系統(tǒng)

     免疫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是專家系統(tǒng)智能化的體現(xiàn)之一。免疫系統(tǒng)具體表現(xiàn)在規(guī)則庫(kù)中，也是動(dòng)物檔案庫(kù)的組成部分。每當(dāng)推理機(jī)做出最后診斷后便應(yīng)用免疫系統(tǒng)的相關(guān)規(guī)則，如果已有此種病的免疫或者免疫已經(jīng)失效或者免疫效果已經(jīng)降低，則對(duì)診斷結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步處理。因?yàn)槲覀儾坏貌豢紤]到免疫疫苗對(duì)于診斷結(jié)果的影響，否則診斷結(jié)果往往是沒有意義的。除此之外，免疫系統(tǒng)為動(dòng)物提供免疫提醒，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)人性化的又一體現(xiàn)。

      本系統(tǒng)核心之一在于詢問的方法，即如何收集診斷數(shù)據(jù)。參考中國(guó)中醫(yī)“四診”法：望、聞、問、切。其基本思想為要求用戶對(duì)專家系統(tǒng)的提問做出是否的回答(選擇)。以犬病的診斷為例。臨床醫(yī)生臨床診斷的常用方法為：?jiǎn)栐\、視診、觸診、叩診、聽診、嗅診。還包括整體以及一般檢查、系統(tǒng)性檢查、實(shí)驗(yàn)室檢查、儀器檢查等。專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)用戶主要為一般畜禽養(yǎng)殖戶，因此詢問的內(nèi)容應(yīng)該主要是直觀的、技術(shù)性低的。本專家系統(tǒng)在設(shè)計(jì)犬病的診斷詢問模塊時(shí)(以犬為例)，將詢問模式分為三類：

     1、“基于多癥狀組合診斷法”的詢問模塊（如圖3-1所示）

圖 3-1 基于多癥狀診斷

     2、“基于主要癥狀診斷法“的詢問模塊（如圖3-2所示）

圖 3-1 基于主要癥狀診斷

     3、“基于懷疑病診斷法“的詢問模塊（如圖3-3所示）

圖 3-3 基于癥狀診斷

事實(shí)知識(shí)庫(kù)中的癥狀可信度為不考慮特殊性的CF可信度值，它代表所占結(jié)果可能性的權(quán)值。規(guī)則知識(shí)庫(kù)的規(guī)則可信度代表對(duì)于診斷結(jié)果的可能性的影響權(quán)值。

   現(xiàn)在假設(shè)一條4月大的犬有癥狀00010與00012出現(xiàn)，那么其患有細(xì)小病毒性腸炎的可能性(CF(00008))基本推理算法為：

   事實(shí)可能性推斷：CF_A(00008)=CF₂(00010)+ CF₂(00011)=25+30=55

   規(guī)則可能性推斷：CF_B(00008)=CF₃(00021)+ CF₃(00022)- CF₃(00023)=15+10-5=20

   最終可信度為：CF_A(00008) + CF_B(00008)=55+20=75n

   至此，推理基本結(jié)束。當(dāng)然在實(shí)際的推理過(guò)程中要復(fù)雜的多，還應(yīng)包含多次癥狀選擇與再次診斷的過(guò)程。規(guī)則庫(kù)與事實(shí)知識(shí)庫(kù)是推理機(jī)推算的基本依賴。除此之外，為了系統(tǒng)推理的更加準(zhǔn)確，動(dòng)物的免疫記錄也是不可不考慮的因素。

   如下圖所示，為解釋模塊的基本模型

圖 5-1 解釋模塊

圖 5-2 診斷結(jié)果

圖 5-3 病疫圖片