1.2 专家系统的萌生

在人工智能领域，专家系统是最早获得研究的分支领域。专家系统就是一种模拟人类专家解决专业领域问题的计算机程序系统。1965年由斯坦福大学开始研发的DENDRAL系统是第一个成功投入使用的专家系统，它能模仿专家来分析质谱仪的光谱，帮助化学家判定物质的分子结构。这个系统的开发者是美国人工智能科学家费根鲍姆和遗传学家李德伯格。

李德伯格可是美国的一位顶尖的科学家，他因发现细菌遗传物质及基因重组现象而获得了1958年的诺贝尔生理学或医学奖。当时，李德伯格正在进行太空生命探测，用质谱仪分析从火星上采集来的数据，看看火星上有没有可能存在生命。

费根鲍姆毕业于卡内基·梅隆大学，是有着人工智能之父之称的西蒙的得意门生。费根鲍姆本科时的专业是电子工程学，但他选修了西蒙教授的一门课程，名字叫作“社会科学中的数学模型”。在1955年圣诞假期之后的第一堂课上，西蒙教授兴冲冲地走进教室对学生们说：“在刚刚过去的这个圣诞节，我和我的同事纽厄尔发明了一台可以思考的机器！”学生们完全不知道教授所云，不能理解机器如何可以思考。为了解答学生们提出的问题，西蒙教授给大家讲起了如何通过程序设计来让计算机有智能，还派发了IBM 701大型机的使用手册，鼓励学生们亲自动手编写程序，这样他们就可以理解计算机是怎样思考的了。

费根鲍姆把操作手册带回家，兴致勃勃地连夜把它读完了。第二天天亮的时候，他感觉自己一点也不困，好像着了魔一样。当时还没有计算机科学家这样的职业，但是他下定决心要从事人工智能研究。本科毕业后，他直接去了西蒙任院长的工业管理研究生院攻读博士。可见名师的影响力有多大，他改变和奠定了一个学生一生的事业。毕业后，费根鲍姆来到了美丽的旧金山湾区。1962年，他投奔了人工智能学科创始人、另一位被称为人工智能之父的麦卡锡组建的斯坦福大学计算机系，专心搞起了人工智能研究，他的研究方向是专家系统。他希望能够找到一个特定的领域，让他能用计算机来通过对特定知识的运用和推理判断完成专家在这个领域里的工作。

1964年，费根鲍姆在斯坦福大学高等行为科学研究中心举办的一次会议上，偶然认识了当时担任斯坦福大学医学院遗传学系主任的李德伯格。在交谈中，两人对科学和哲学的共同爱好让他们一见如故，志同道合。他们，一个是专家，有数据，一个搞应用，求合作。两人一拍即合，开始了他们漫长而富有成效的研发合作。

分子由原子构成，比如H2O表示一个水分子由两个氢原子和一个氧原子组成。但是，这样的表示方式不能反映出原子之间的拓扑结构。化学家不但需要知道分子的组成元素，而且需要知道组成分子的原子之间的拓扑结构。当原子结构复杂的时候，它们之间的结构就需要借助一定的技术手段和专家积累下来的经验来判断。李德伯格就是根据质谱仪得到的数据和化学家关于质谱数据与分子构造的关系的经验知识，对可能的分子结构进行判断的。

费根鲍姆把李德伯格的方法归纳后按功能划分为3个步骤：首先利用质谱数据和化学家关于质谱数据与分子构造的关系的经验知识，对可能的分子结构形成若干约束条件，费根鲍姆称此为规划部分；然后利用李德伯格的算法，根据规划部分所生成的约束条件来控制这种可能性的展开，给出一个或几个可能的分子结构，生成结构图；接着利用化学家关于质谱数据的知识，对生成的结构图进行检测、排队，最终给出唯一的分子结构图。

费根鲍姆采用了树形结构来建立和表达所涉及的化学知识，再通过运用专家的经验知识搜索这棵知识树，通过不断认知的方式，去粗取精，去伪存真，最后得到唯一的分子结构图。

不过，说起来容易，做起来难。实际上，费根鲍姆带领他的计算机团队把专家的思路算法化花费了5年时间。在这个过程中，后来还有一个人加入，他就是美国化学家兼作家杰拉西，因为费根鲍姆在研发这套系统时发现，李德伯格是遗传学家，他对化学并不是很懂。3个人的合作成果就是世界上第一个专家系统DENDRAL。当你输入频谱仪的数据到这个系统中时，系统就会输出给定的化学结构。据说这个专家系统的结果常常比杰拉西的学生做出来的结果还准确。

DENDRAL后来成为化学家们常用的分析工具，被开发成商品软件投放市场。DENDRAL的成功证明了计算机在特定的领域可以达到人类专家的水平。费根鲍姆总结了开发DENDRAL这个专家系统的成功经验，提出了“知识工程”的概念。知识工程的方法论包含对专家知识进行获取、分析和用规则表达等一系列技术，为后来的知识库和知识图谱提供了理论基础和技术经验。

在DENDRAL之后，1976年斯坦福大学又成功地开发了用于帮助医生诊断传染性血液病的专家系统MYCIN，把人工智能技术推进到医疗系统这一重要的应用领域。