DENDRAL 专家系统

DENDRAL 是什么

DENDRAL 是斯坦福大学（Stanford University）的一个 1960 年代人工智能项目，1964 年启动^[1]。它的主要目的不是做出一个产品，而是研究科学中的假设是如何形成的、发现是如何发生的^[1]。它承担的具体任务是化学方面的：通过分析质谱（mass spectrum）并运用化学知识，帮助有机化学家确定未知有机分子的结构^[1]。计算机历史博物馆（Computer History Museum）把同一目标说得更宽：把专家积累起来的专长用于化学和物理领域的问题求解^[2]。

由来

项目由 Edward Feigenbaum、Bruce G. Buchanan、Joshua Lederberg 和 Carl Djerassi 主持，另有一批研究员和学生参加^[1]。计算机历史博物馆的时间线记的是由 Feigenbaum、Lederberg 和 Djerassi 教授领导的一个斯坦福团队^[2]。斯坦福大学一份关于专家系统的文档则把斯坦福专家系统研发的起点记为 1965 年，由 Lederberg、Feigenbaum 和 Buchanan 指导，第一个系统就叫 Dendral^[3]。

同一份文档还记下了项目为什么走这条路：目标是帮助有机化学家确定化合物的分子结构，而「专家」式的做法来自常规计算机方法的失败^[3]。

怎么工作

DENDRAL 由两个主程序 Heuristic Dendral 和 Meta-Dendral，加上若干子程序构成，用 Lisp 编写^[1]。

质谱大体上是这样一份记录：化合物被打碎成碎片，碎片按质量分开，得到的图谱像一枚指纹。从这枚指纹反推结构属于推断而不是测量，DENDRAL 自动化的正是这一步。Heuristic Dendral 拿质谱或其他实验数据，结合一个化学知识库，产出一组可能的化学结构^[1]。它并不是在所有可能的分子里盲目搜索，而是用化学上的约束把候选结构剪掉。计算机历史博物馆把这一机制描述为用一连串 if-then 规则来判定有机化合物的分子结构^[2]。

Meta-Dendral 扮演的是另一个角色：它是一个机器学习系统，提出质谱学的规则，把分子的结构特征与产生谱图的过程对应起来^[1]。斯坦福的文档把它说成是由 Dendral 派生出的另一个程序，用来发现关于碎裂分子行为的新规则^[3]。项目的两半因此方向相反：一半把已有的化学规则用到数据上，另一半从数据里得出新规则。

结果与评价

到 1970 年，DENDRAL 的结构解读已经达到博士后水平^[1]。

维基百科（Wikipedia）称 DENDRAL 为第一个专家系统，理由是它把有机化学家的决策过程和解题行为自动化了^[1]。计算机历史博物馆的时间线同样称它是第一个专家系统^[2]。

影响

许多后来的系统都从 DENDRAL 派生，包括 MYCIN、MOLGEN、PROSPECTOR、XCON 和 STEAMER^[1]。它立下的模式——把一批专家知识写成规则，用在范围很窄的问题上，由程序给出结论——正是这些后继系统所沿用的模式。