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編者按：本論文主要從案例推理的基本原理；案例推理技術的特點；案例推理的應用研究情況等進行講述，包括了案例表示是案例推理的基礎,案例知識一般是以結構化的方式表示的、案例檢索根據待解決問題的問題描述在案例庫中找到與該問題或情況最相似的案例、案例推理系統的重要特點之一是能夠學習等，具體資料請見：

【摘要】案例推理技術作為新的一種智能技術,模擬人類求解問題的思路,通過歷史案例找到新問題的解。本文介紹了案例推理技術的基本原理,總結其技術特點,并對案例推理技術的應用研究情況做了總結。

【關鍵詞】案例推理智能技術案例檢索

案例推理技術是人工智能領域中較新崛起的一種重要的問題求解和學習方法。作為一種基于經驗的問題求解技術,案例推理模擬人類求解問題的思路,通過修改已有的解決方案滿足求解新問題的需要。1977年Schank和Abelson的著作可以看作是案例推理思想的萌芽[1],在80年代中后期,案例推理研究得到了迅速的發展。

1案例推理的基本原理

當人們選擇醫生看病時,他們更愿意選擇年長的,因為一個有經驗的老醫生有更多的臨床經驗,已經見過和治療過許多與我們有類似疾病的病人。從本質上講,我們考慮醫生的經驗時,更多的是根據他們曾處理過多少病例,而不是他們懂得的治療知識。案例推理與醫生看病有相似的原理,符合專家迅速、準確地求解新問題的過程。

如圖1所示,案例推理一般要經過案例檢索、案例重用、案例修正和案例存儲四個階段[2]。為了解決問題案例,首先需要案例庫中搜索與所給問題相似的案例,然后對檢索出來案例信息和知識進行重用得到建議解,如果該建議解失敗或不滿意時需對其進行修正,得到修正后的案例并將新案例存入案例庫。目前絕大多數現有的案例推理系統基本上都是案例檢索和案例重用的系統,而案例的調整通常是由案例推理系統的管理員來完成的。

1)案例表示

案例表示是案例推理的基礎,案例知識一般是以結構化的方式表示的,是對應領域的結構化描述。為了進行案例的表示,首先要選擇足以描述案例特點的屬性或稱特征,并決定特征的類型和取值范圍。特征的選擇方法主要有結合專家領域知識的方法和由系統自動進行特征選擇的方法,主要技術有:歸納法,隨機爬山法、并行搜索法和分步定向搜索法等[3]。案例的表示方法主要有結構表示型和特征-值對表示型。

2)案例檢索

案例檢索根據待解決問題的問題描述在案例庫中找到與該問題或情況最相似的案例。常用的案例檢索方法有最近相鄰法,歸納法,知識導引法和模板檢索法等。這些方法可單獨或組合使用。案例的相似性匹配方法有許多種,如決策樹,粗糙集,神經網絡,證據理論,聚類分析等。

3)案例重用

如何由檢索出的匹配案例的解決方案得到新案例的解決方案,這個過程叫做案例的重用。在一些簡單的系統中,可以直接將檢索到的匹配案例的解決方案復制到新案例,作為新案例的解決方案。這種方法適用于推理過程復雜,但解決方案很簡單的問題。例如申請銀行貸款。在多數情況下,由于案例庫中不存在與新案例完全匹配的存貯案例,所以需要對存貯案例的解決方案進行調整以得到新案例的解決方案。案例修正的方法主要有推導式調整、參數調整等。推導式調整指重新利用產生匹配案例的解決方案的算法,方法或規則來推導得出新案例的解決方案;參數調整指將存貯案例與當前案例的指定參數進行比較,然后對解進行適當修改的結構調整方法。此外還可以采用重新實例化、案例替換、抽象與再具體化等方法。

4)案例修正

在案例重用得不到滿意的解時,需要使用領域知識對不合格的解決方案進行修正,修正后符合應用領域的要求。進行案例修正的技術包括領域規則、遺傳算法、約束滿足、函數規劃和基于案例的修正等方法。

5)案例庫維護

案例推理系統的重要特點之一是能夠學習。對于新問題,在進行案例修正后,如果案例修正的結果是正確的,則需要更新案例庫。根據檢出案例與新案例的相似程度,可能需要在庫中新建一個案例;或當所檢索到的案例與新案例非常接近時,沒有必要將此新案例完全存入庫中,只需要將調整后案例的一小部分存入庫中。隨著案例庫中積累案例的增加,案例庫中包含了更多的知識,系統解決問題的能力也不斷增強。

2案例推理技術的特點

基于案例的推理與基于規則的推理方法不同的是,基于規則的推理方法經常依賴于問題領域中的一般性知識,或是在問題描述與結論之間建立一般性的聯系,而案例推理不需要了解問題和結論之間的內部機理,直接利用過去經驗中的具體案例來解決新問題,它通過尋找與之相似的歷史案例,把它重新應用到新問題的環境中來。另外,案例推理是一個不斷改善的學習過程,一旦解決了-個新問題,就獲得了新的經驗,可以用來解決將來的問題。案例推理具有如下一些特點:

1)不需要顯式表達的領域模型,通過收集以往的案例就可以獲取知識,避開了“知識獲取瓶頸”的問題。

2)只需確定足以描述案例的主要特征,這比構造顯式領域模型要容易得多,并且在案例庫不完備的情況下系統也能工作。

3)在有些領域用具體的或一般化的案例所提供的解答比通過規則推理得到的解答更令人滿意,如在法律領域。

4)案例推理系統能夠從新的案例中獲得知識(即學習),這使得系統維護更容易。

5)通過獲得新案例,案例推理系統能反映出使用者的經驗來。當一個基于規則的專家系統在六個單位運行了六個月之后,六個系統還是一樣的;如果六個相同的案例推理系統在不同的單位使用,六個月之后它們會成為六個不同的系統,因為每一個系統都得到了不同的新案例。

3案例推理的應用研究情況

案例推理已廣泛應用于醫療診斷、機械設計、電路設計、故障診斷、軟件工程、語言理解和法律法規等各個領域。Schank在耶魯大學領導的研究小組開發了案例推理的第一個應用系統?CYRUS[4]用于美國前國務卿CyrusVance的旅行及會議資料的動態記憶。CYRUS的案例組織模型后來被多個案例推理系統所采用,其中CHEF系統[5]基本具備了案例推理的主要環節,是一個在技術上十分完整的案例推理系統。