第7章 專家系統(tǒng)技術(shù)

1、第七章第七章 專家控制技術(shù)專家控制技術(shù) College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.27.1 概述概述 專家系統(tǒng)是一個(gè)具有大量專門知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng)，專家系統(tǒng)是一個(gè)具有大量專門知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng)，根據(jù)某個(gè)領(lǐng)域的專家提供的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理和判斷，模根據(jù)某個(gè)領(lǐng)域的專家提供的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程。擬人類專家的決策過程。 College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.37.1.1 概述概述一般專家系統(tǒng)由知識(shí)庫、數(shù)

2、據(jù)庫、推理機(jī)、解釋器及知識(shí)獲取器五個(gè)部一般專家系統(tǒng)由知識(shí)庫、數(shù)據(jù)庫、推理機(jī)、解釋器及知識(shí)獲取器五個(gè)部分組成。分組成。(1) 知識(shí)庫。知識(shí)庫用于存取和管理所獲取的專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，供推理知識(shí)庫。知識(shí)庫用于存取和管理所獲取的專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，供推理機(jī)利用，具有知識(shí)存儲(chǔ)、檢索、編輯、增刪、修改和擴(kuò)充等功能。機(jī)利用，具有知識(shí)存儲(chǔ)、檢索、編輯、增刪、修改和擴(kuò)充等功能。(2) 數(shù)據(jù)庫。用來存放系統(tǒng)推理過程中用到的控制信息、中間假設(shè)和中數(shù)據(jù)庫。用來存放系統(tǒng)推理過程中用到的控制信息、中間假設(shè)和中間結(jié)果。間結(jié)果。(3) 推理機(jī)。用于利用知識(shí)進(jìn)行推理，求解專門問題，具有啟發(fā)推理、推理機(jī)。用于利用知識(shí)進(jìn)行推理，求解專門

3、問題，具有啟發(fā)推理、算法推理；正向、反向或雙向推理；串行或并行推理等功能。算法推理；正向、反向或雙向推理；串行或并行推理等功能。(4) 解釋器。解釋器用于作為專家系統(tǒng)與用戶之間的解釋器。解釋器用于作為專家系統(tǒng)與用戶之間的“人人-機(jī)機(jī)”接口，其接口，其功能是向用戶解釋系統(tǒng)的行為。功能是向用戶解釋系統(tǒng)的行為。(5) 知識(shí)獲取。知識(shí)獲取是專家系統(tǒng)與專家的知識(shí)獲取。知識(shí)獲取是專家系統(tǒng)與專家的“界面界面”。知識(shí)庫中的知。知識(shí)庫中的知識(shí)一般都是通過識(shí)一般都是通過“人工移植人工移植”方法獲得，方法獲得，“界面界面”就是知識(shí)工程師就是知識(shí)工程師(專家專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者)，采用，采用“專題面談專題面談

4、”、“口語記錄分析口語記錄分析”等方式獲取知識(shí)，等方式獲取知識(shí)，經(jīng)過整理以后，再輸入知識(shí)庫。經(jīng)過整理以后，再輸入知識(shí)庫。 College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.47.1.2 專家系統(tǒng)的特征專家系統(tǒng)的特征n 具有專家水平的知識(shí)：必須表現(xiàn)專家的技能和高度的技具有專家水平的知識(shí)：必須表現(xiàn)專家的技能和高度的技巧以及足夠的魯棒性。系統(tǒng)的魯棒性是指不管數(shù)據(jù)正確與巧以及足夠的魯棒性。系統(tǒng)的魯棒性是指不管數(shù)據(jù)正確與否，都能夠得到正確的結(jié)論或者指出錯(cuò)誤。否，都能夠得到正確的結(jié)論或者指出錯(cuò)誤。n能進(jìn)行有效的推理：能夠運(yùn)用專家的經(jīng)

5、驗(yàn)和知識(shí)進(jìn)行搜能進(jìn)行有效的推理：能夠運(yùn)用專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)進(jìn)行搜索、推理。索、推理。n具有透明性：在推理時(shí)，不僅能夠得到答案，而且還能具有透明性：在推理時(shí)，不僅能夠得到答案，而且還能給出推理的依據(jù)。給出推理的依據(jù)。n具有靈活性：知識(shí)的更新和擴(kuò)充靈活方便。具有靈活性：知識(shí)的更新和擴(kuò)充靈活方便。n復(fù)雜性：人類的知識(shí)可以定性或定量的表示，專家系統(tǒng)復(fù)雜性：人類的知識(shí)可以定性或定量的表示，專家系統(tǒng)經(jīng)常表現(xiàn)為定性推理和定量計(jì)算的混合形式，比較復(fù)雜。經(jīng)常表現(xiàn)為定性推理和定量計(jì)算的混合形式，比較復(fù)雜。College of Electrical and Information Engineering, Hunan

6、 Univ.57.1.3 專家系統(tǒng)的應(yīng)用專家系統(tǒng)的應(yīng)用 診斷型專家系統(tǒng)：根據(jù)癥狀，得到故障的原因及排除故障診斷型專家系統(tǒng)：根據(jù)癥狀，得到故障的原因及排除故障的方案。如各種故障診斷系統(tǒng)及醫(yī)療診斷系統(tǒng)的方案。如各種故障診斷系統(tǒng)及醫(yī)療診斷系統(tǒng) 解釋型專家系統(tǒng)：根據(jù)表征現(xiàn)象和信息解釋其深層含義。解釋型專家系統(tǒng)：根據(jù)表征現(xiàn)象和信息解釋其深層含義。如：衛(wèi)星圖像分析如：衛(wèi)星圖像分析 預(yù)測(cè)型專家系統(tǒng)：根據(jù)以往數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)未來情況。如：天氣預(yù)測(cè)型專家系統(tǒng)：根據(jù)以往數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)未來情況。如：天氣預(yù)報(bào)預(yù)報(bào) 設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)：根據(jù)設(shè)計(jì)要求和指標(biāo)進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)：根據(jù)設(shè)計(jì)要求和指標(biāo)進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，如：電路板線路設(shè)計(jì)

7、如：電路板線路設(shè)計(jì) 決策型專家系統(tǒng)：對(duì)各種可能的決策方案進(jìn)行綜合評(píng)判。決策型專家系統(tǒng)：對(duì)各種可能的決策方案進(jìn)行綜合評(píng)判。 規(guī)劃型專家系統(tǒng)：根據(jù)任務(wù)進(jìn)行行動(dòng)規(guī)劃。如：交通導(dǎo)航規(guī)劃型專家系統(tǒng)：根據(jù)任務(wù)進(jìn)行行動(dòng)規(guī)劃。如：交通導(dǎo)航調(diào)度調(diào)度 控制專家系統(tǒng)：根據(jù)控制過程的狀態(tài)變化，依據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)，控制專家系統(tǒng)：根據(jù)控制過程的狀態(tài)變化，依據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)，合理地選擇控制動(dòng)作，達(dá)到優(yōu)化的目的合理地選擇控制動(dòng)作，達(dá)到優(yōu)化的目的College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.67.2 專家系統(tǒng)的知識(shí)表示方法專家系統(tǒng)的知識(shí)表示方法 知識(shí)表示就是知識(shí)

8、的形式化，就是研究用機(jī)器表示知識(shí)的知識(shí)表示就是知識(shí)的形式化，就是研究用機(jī)器表示知識(shí)的可行的、有效的、通用的原則和方法?？尚械?、有效的、通用的原則和方法。 目前用于專家系統(tǒng)的知識(shí)表示中，產(chǎn)生式方法是最常用的一目前用于專家系統(tǒng)的知識(shí)表示中，產(chǎn)生式方法是最常用的一種方法。通常，產(chǎn)生式系統(tǒng)包含下述種方法。通常，產(chǎn)生式系統(tǒng)包含下述3個(gè)基本組成部分：個(gè)基本組成部分： n規(guī)則庫規(guī)則庫n數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫n控制器控制器College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.77.2 專家系統(tǒng)的知識(shí)表示方法專家系統(tǒng)的知識(shí)表示方法 1)規(guī)則庫規(guī)則庫 該

9、庫存放了若干規(guī)則，每條產(chǎn)生式規(guī)則是一個(gè)以該庫存放了若干規(guī)則，每條產(chǎn)生式規(guī)則是一個(gè)以“如果滿如果滿足這個(gè)條件，就應(yīng)當(dāng)采取這個(gè)操作足這個(gè)條件，就應(yīng)當(dāng)采取這個(gè)操作”形式表示的語句。各形式表示的語句。各條規(guī)則之間相互作用不大。規(guī)則可有如下形式條規(guī)則之間相互作用不大。規(guī)則可有如下形式 操作部分結(jié)論事實(shí)結(jié)論事實(shí)結(jié)論事實(shí)條件部分是真觸發(fā)事實(shí)是真觸發(fā)事實(shí)是真觸發(fā)事實(shí))()2() 1(THEN)()2()1(IFnnCollege of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.87.2 專家系統(tǒng)的知識(shí)表示方法專家系統(tǒng)的知識(shí)表示方法 2) 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫

10、 數(shù)據(jù)庫是產(chǎn)生式規(guī)則的中心，每個(gè)產(chǎn)生式的左邊表示在數(shù)據(jù)庫是產(chǎn)生式規(guī)則的中心，每個(gè)產(chǎn)生式的左邊表示在啟用這一規(guī)則之前數(shù)據(jù)庫內(nèi)必須準(zhǔn)備好的條件。執(zhí)行產(chǎn)啟用這一規(guī)則之前數(shù)據(jù)庫內(nèi)必須準(zhǔn)備好的條件。執(zhí)行產(chǎn)生式規(guī)則的操作會(huì)引起數(shù)據(jù)庫的變化，這就使得其它產(chǎn)生式規(guī)則的操作會(huì)引起數(shù)據(jù)庫的變化，這就使得其它產(chǎn)生式規(guī)則的條件可能被滿足。生式規(guī)則的條件可能被滿足。 3) 控制器控制器其作用是說明下一步應(yīng)該選用什么規(guī)則，也就是如何運(yùn)其作用是說明下一步應(yīng)該選用什么規(guī)則，也就是如何運(yùn)用規(guī)則。通常從選擇規(guī)則到執(zhí)行規(guī)則分成三步：匹配、用規(guī)則。通常從選擇規(guī)則到執(zhí)行規(guī)則分成三步：匹配、沖突解決和操作。沖突解決和操作。 匹配。把數(shù)據(jù)

11、庫和規(guī)則的條件部分相匹配。如果兩者完匹配。把數(shù)據(jù)庫和規(guī)則的條件部分相匹配。如果兩者完全匹配，則把這條規(guī)則稱為觸發(fā)規(guī)則。當(dāng)按規(guī)則的操作部全匹配，則把這條規(guī)則稱為觸發(fā)規(guī)則。當(dāng)按規(guī)則的操作部分去執(zhí)行時(shí)，這條規(guī)則稱為被啟用規(guī)則。分去執(zhí)行時(shí)，這條規(guī)則稱為被啟用規(guī)則。College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.97.2 專家系統(tǒng)的知識(shí)表示方法專家系統(tǒng)的知識(shí)表示方法 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 沖突解決。當(dāng)有一個(gè)以上的規(guī)則條件和當(dāng)前數(shù)據(jù)庫相匹沖突解決。當(dāng)有一個(gè)以上的規(guī)則條件和當(dāng)前數(shù)據(jù)庫相匹配時(shí)，就需要決定首先使用哪

12、一條規(guī)則，這稱為沖突解決。配時(shí)，就需要決定首先使用哪一條規(guī)則，這稱為沖突解決。 操作。操作就是執(zhí)行規(guī)則的操作部分，經(jīng)過操作以后，操作。操作就是執(zhí)行規(guī)則的操作部分，經(jīng)過操作以后，當(dāng)前數(shù)據(jù)庫將被修改。然后，其他的規(guī)則有可能被使用。當(dāng)前數(shù)據(jù)庫將被修改。然后，其他的規(guī)則有可能被使用。 College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.10狀態(tài)空間表示法狀態(tài)空間表示法 是知識(shí)表達(dá)的基本方法，所謂是知識(shí)表達(dá)的基本方法，所謂“狀態(tài)狀態(tài)”是用來是用來表示系統(tǒng)狀態(tài)、事實(shí)等敘述性知識(shí)的一組變量和數(shù)表示系統(tǒng)狀態(tài)、事實(shí)等敘述性知識(shí)的一組變量和數(shù)

13、組，即組，即 所謂所謂“操作操作”就是用于表示引起狀態(tài)變化的過就是用于表示引起狀態(tài)變化的過程性知識(shí)的一組關(guān)系或函數(shù)程性知識(shí)的一組關(guān)系或函數(shù) 狀態(tài)空間是利用狀態(tài)變量和操作符號(hào)，表示系狀態(tài)空間是利用狀態(tài)變量和操作符號(hào)，表示系統(tǒng)或問題的有關(guān)知識(shí)和符號(hào)體系，通?？梢杂萌y(tǒng)或問題的有關(guān)知識(shí)和符號(hào)體系，通?？梢杂萌M來表示組來表示 分別表示初始狀態(tài)，目標(biāo)狀態(tài)，分別表示初始狀態(tài)，目標(biāo)狀態(tài)，操作。操作。 12 ,.,nQq qq123: ,.,mFffff,sgQF QCollege of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.11框架表示法

14、框架表示法 框架是一個(gè)嵌套的連接表，用于表達(dá)問題的框架是一個(gè)嵌套的連接表，用于表達(dá)問題的狀態(tài)和操作過程及其相互關(guān)系，框架系統(tǒng)的嵌套狀態(tài)和操作過程及其相互關(guān)系，框架系統(tǒng)的嵌套式結(jié)構(gòu)便于表達(dá)不同層次的知識(shí)。通過擴(kuò)充子框式結(jié)構(gòu)便于表達(dá)不同層次的知識(shí)。通過擴(kuò)充子框架，可以進(jìn)一步描述問題的細(xì)節(jié)。架，可以進(jìn)一步描述問題的細(xì)節(jié)。 一個(gè)框架由唯一的一個(gè)框架名字進(jìn)行標(biāo)識(shí)，一個(gè)框架由唯一的一個(gè)框架名字進(jìn)行標(biāo)識(shí)，可以擁有任意數(shù)目的槽，每個(gè)槽又可以擁有任意可以擁有任意數(shù)目的槽，每個(gè)槽又可以擁有任意多個(gè)的側(cè)面，每個(gè)側(cè)面可以擁有任意數(shù)目的值，多個(gè)的側(cè)面，每個(gè)側(cè)面可以擁有任意數(shù)目的值，把他們放到一起就得到框架的結(jié)構(gòu)。把他們

15、放到一起就得到框架的結(jié)構(gòu)。 利用框架中的槽，可以填入相應(yīng)的說明，補(bǔ)利用框架中的槽，可以填入相應(yīng)的說明，補(bǔ)充新的事實(shí)、條件、數(shù)據(jù)和結(jié)果，修改問題的表充新的事實(shí)、條件、數(shù)據(jù)和結(jié)果，修改問題的表達(dá)方式和內(nèi)容，便于表達(dá)對(duì)行為和系統(tǒng)狀態(tài)的預(yù)達(dá)方式和內(nèi)容，便于表達(dá)對(duì)行為和系統(tǒng)狀態(tài)的預(yù)測(cè)和猜想。測(cè)和猜想。College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.12框架表示法框架表示法（） （） |） （） （） |） |） （） |） |） |）College of Electrical and Information Engineerin

16、g, Hunan Univ.13“與或圖與或圖”表示法表示法 1.與或圖的概念與或圖的概念 與或圖是一種超圖，圖中用幾條超弧線連接一個(gè)父與或圖是一種超圖，圖中用幾條超弧線連接一個(gè)父節(jié)點(diǎn)和他的一組后繼節(jié)點(diǎn)，加到一個(gè)節(jié)點(diǎn)上的節(jié)點(diǎn)和他的一組后繼節(jié)點(diǎn)，加到一個(gè)節(jié)點(diǎn)上的“與與”或或“或或”標(biāo)記取決于該節(jié)點(diǎn)對(duì)其父節(jié)點(diǎn)的關(guān)系。例標(biāo)記取決于該節(jié)點(diǎn)對(duì)其父節(jié)點(diǎn)的關(guān)系。例如：設(shè)問題如：設(shè)問題A既可由求解既可由求解B和和C來解決，也可由求解來解決，也可由求解D、E和和F，或者單獨(dú)由求解問題，或者單獨(dú)由求解問題H來解決。這一關(guān)來解決。這一關(guān)系如下圖所示。系如下圖所示。College of Electrical and

17、Information Engineering, Hunan Univ.14“與或圖與或圖”表示法表示法由上例可以看出，與或圖是人們?cè)谇蠼鈫栴}時(shí)的兩種思維方由上例可以看出，與或圖是人們?cè)谇蠼鈫栴}時(shí)的兩種思維方法：法：（1）分解）分解“與與”樹樹 將復(fù)雜的大問題分解成一組簡單的小問題，將總問題將復(fù)雜的大問題分解成一組簡單的小問題，將總問題分解為子問題，若所有子問題都解決了，則總問題也解決分解為子問題，若所有子問題都解決了，則總問題也解決了。這是了。這是“與與”的邏輯關(guān)系。而子問題又可以分為子子問的邏輯關(guān)系。而子問題又可以分為子子問題，如此類推可以形成問題分解的樹圖，稱為題，如此類推可以形成問題分

18、解的樹圖，稱為“與與”樹。樹。如下圖所示。如下圖所示。College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.15“與或圖與或圖”表示法表示法（2）變換）變換“或或”樹樹 將較難的問題將較難的問題 變換為較易的等價(jià)問題，若一個(gè)難問變換為較易的等價(jià)問題，若一個(gè)難問題可以等價(jià)變換為幾個(gè)容易問題，則任何一個(gè)容易問題解題可以等價(jià)變換為幾個(gè)容易問題，則任何一個(gè)容易問題解決了，也就解決了所有的難問題，這是決了，也就解決了所有的難問題，這是“或或”的邏輯關(guān)系，的邏輯關(guān)系，而這些容易問題還有可能變?yōu)槿舾筛菀椎膯栴}，如此下而這些容易問題還有可

19、能變?yōu)槿舾筛菀椎膯栴}，如此下去，可以形成問題變換的去，可以形成問題變換的“或或”樹，如下圖所示。樹，如下圖所示。 在實(shí)際問題求解中，在實(shí)際問題求解中，常常是兼用常常是兼用“分解分解”和和“變換變換”方法，因而可方法，因而可用用“與與”樹和樹和“或或”樹樹相結(jié)合的圖相結(jié)合的圖與或圖來與或圖來表達(dá)。表達(dá)。College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.16與或圖構(gòu)成規(guī)則與或圖構(gòu)成規(guī)則 首先定義一個(gè)概念：本源問題首先定義一個(gè)概念：本源問題可以直接解可以直接解答的問題叫本源問題。答的問題叫本源問題。與或圖的構(gòu)成規(guī)則如下：與或

20、圖的構(gòu)成規(guī)則如下：1）與或圖中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)要解決的單一問）與或圖中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)要解決的單一問題或問題集合，圖中的起始節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)總問題。題或問題集合，圖中的起始節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)總問題。2）對(duì)應(yīng)于本原問題的節(jié)點(diǎn)為葉節(jié)點(diǎn)，它沒有后裔。）對(duì)應(yīng)于本原問題的節(jié)點(diǎn)為葉節(jié)點(diǎn)，它沒有后裔。3）對(duì)于把算符（與操作）對(duì)于把算符（與操作/或操作）應(yīng)用于或操作）應(yīng)用于A的每種的每種可能情況，都把問題變換為一個(gè)子問題集合；有可能情況，都把問題變換為一個(gè)子問題集合；有向弧線自向弧線自A指向后繼節(jié)點(diǎn)，表示所求得的子問題指向后繼節(jié)點(diǎn)，表示所求得的子問題集合。集合。College of Electrical and Infor

21、mation Engineering, Hunan Univ.17與或圖構(gòu)成規(guī)則與或圖構(gòu)成規(guī)則 與或圖如下圖，問題與或圖如下圖，問題A變換為變換為3個(gè)不同的子問題個(gè)不同的子問題集合，集合，N,M和和H。如果集合。如果集合N,M和和H中有一個(gè)能夠中有一個(gè)能夠解答，那么問題解答，那么問題A就得到了解答就得到了解答,把把N,M和和H稱為或稱為或節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)。College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.18與或圖構(gòu)成規(guī)則與或圖構(gòu)成規(guī)則 下 圖 進(jìn) 一 步 表 示 了 集 合下 圖 進(jìn) 一 步 表 示 了 集 合 N , MN

22、 , M 和和 H H 的 組 成 情 況 ，的 組 成 情 況 ，N=B,C,M=D,E,F,N=B,C,M=D,E,F,而而H H由單一問題構(gòu)成，一般對(duì)于代表兩由單一問題構(gòu)成，一般對(duì)于代表兩個(gè)或兩個(gè)以上子問題集合的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，有向弧線從此節(jié)點(diǎn)指個(gè)或兩個(gè)以上子問題集合的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，有向弧線從此節(jié)點(diǎn)指向此子問題集合中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，由于只有當(dāng)集合中所有的項(xiàng)向此子問題集合中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，由于只有當(dāng)集合中所有的項(xiàng)都有解時(shí)，這個(gè)子問題的集合才能獲得解答。所以這些子問都有解時(shí)，這個(gè)子問題的集合才能獲得解答。所以這些子問題節(jié)點(diǎn)叫做與節(jié)點(diǎn)。為了區(qū)別或節(jié)點(diǎn)，把具有共同父輩的與題節(jié)點(diǎn)叫做與節(jié)點(diǎn)。為了區(qū)別或節(jié)點(diǎn)，把具有共

23、同父輩的與節(jié)點(diǎn)后裔的所有弧線用另外一段小弧線連接起來。節(jié)點(diǎn)后裔的所有弧線用另外一段小弧線連接起來。College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.19黑板模型結(jié)構(gòu)黑板模型結(jié)構(gòu) 主要是通過抽取口語理解系統(tǒng)主要是通過抽取口語理解系統(tǒng)HEARSAY-的的特點(diǎn)而形成，是一種功能較強(qiáng)的問題求解模型，能處特點(diǎn)而形成，是一種功能較強(qiáng)的問題求解模型，能處理大量不同表達(dá)的知識(shí)，并能提供組織、協(xié)調(diào)、應(yīng)用理大量不同表達(dá)的知識(shí)，并能提供組織、協(xié)調(diào)、應(yīng)用這些知識(shí)的手段。該模型把求解過程看做是一個(gè)產(chǎn)生這些知識(shí)的手段。該模型把求解過程看做是一個(gè)產(chǎn)生

24、部分解并由部分解組合出一個(gè)滿意的解的過程，控制部分解并由部分解組合出一個(gè)滿意的解的過程，控制靈活，并能綜合不同的知識(shí)表達(dá)和推理技術(shù)。靈活，并能綜合不同的知識(shí)表達(dá)和推理技術(shù)。College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.20黑板模型結(jié)構(gòu)黑板模型結(jié)構(gòu) 1.黑板結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)黑板結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù) 它是全局性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于組織問題求解數(shù)它是全局性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于組織問題求解數(shù)據(jù)，處理知識(shí)源之間的通信。黑板模型可分為若干據(jù)，處理知識(shí)源之間的通信。黑板模型可分為若干信息層，每一層用于描述關(guān)于問題的某一類信息，信息層，每一層用于描述關(guān)于問題的

25、某一類信息，信息層之間形成層次結(jié)構(gòu)，高層中的黑板元素可以信息層之間形成層次結(jié)構(gòu)，高層中的黑板元素可以看成是下一級(jí)若干個(gè)黑板元素的抽象，黑板上存放看成是下一級(jí)若干個(gè)黑板元素的抽象，黑板上存放的可以是輸入數(shù)據(jù)、部分結(jié)果、假設(shè)、候選方案、的可以是輸入數(shù)據(jù)、部分結(jié)果、假設(shè)、候選方案、也可以是最終解。黑板只能由知識(shí)源來修改。也可以是最終解。黑板只能由知識(shí)源來修改。College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.21黑板模型結(jié)構(gòu)黑板模型結(jié)構(gòu) 2.知識(shí)源知識(shí)源 問題求解所需的領(lǐng)域知識(shí)劃分為知識(shí)源。知識(shí)問題求解所需的領(lǐng)域知識(shí)劃分為知識(shí)

26、源。知識(shí)源可具有源可具有“條件條件-動(dòng)作動(dòng)作”的形式，條件描述了知識(shí)的形式，條件描述了知識(shí)源可用于求解的情形，動(dòng)作則描述了知識(shí)源的行為。源可用于求解的情形，動(dòng)作則描述了知識(shí)源的行為。當(dāng)條件滿足時(shí)，知識(shí)源被觸發(fā)，其動(dòng)作部分對(duì)黑板當(dāng)條件滿足時(shí)，知識(shí)源被觸發(fā)，其動(dòng)作部分對(duì)黑板進(jìn)行操作，增加或修改解元素。各個(gè)知識(shí)源是相互進(jìn)行操作，增加或修改解元素。各個(gè)知識(shí)源是相互獨(dú)立的，他們通過黑板進(jìn)行通信。當(dāng)黑板上的事件獨(dú)立的，他們通過黑板進(jìn)行通信。當(dāng)黑板上的事件滿足知識(shí)源觸發(fā)條件時(shí)，就觸發(fā)一個(gè)或多個(gè)知識(shí)源，滿足知識(shí)源觸發(fā)條件時(shí)，就觸發(fā)一個(gè)或多個(gè)知識(shí)源，對(duì)每一個(gè)觸發(fā)的知識(shí)源，建立一個(gè)知識(shí)源活動(dòng)記錄，對(duì)每一個(gè)觸發(fā)的知

27、識(shí)源，建立一個(gè)知識(shí)源活動(dòng)記錄，放到一個(gè)待執(zhí)行的動(dòng)作表中，由控制單元進(jìn)行調(diào)度，放到一個(gè)待執(zhí)行的動(dòng)作表中，由控制單元進(jìn)行調(diào)度，當(dāng)一個(gè)記錄被選中時(shí)就執(zhí)行相應(yīng)知識(shí)源的動(dòng)作。當(dāng)一個(gè)記錄被選中時(shí)就執(zhí)行相應(yīng)知識(shí)源的動(dòng)作。College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.22黑板模型結(jié)構(gòu)黑板模型結(jié)構(gòu)3.控制單元控制單元 由黑板監(jiān)督程序和調(diào)度程序組成，其動(dòng)作就由黑板監(jiān)督程序和調(diào)度程序組成，其動(dòng)作就是決定下一步需激活的知識(shí)源或需處理的黑板信是決定下一步需激活的知識(shí)源或需處理的黑板信息，當(dāng)一個(gè)知識(shí)源所感興趣的黑板變化類型出現(xiàn)息，當(dāng)一個(gè)知識(shí)源所

28、感興趣的黑板變化類型出現(xiàn)時(shí)，它的條件部分即被放入調(diào)度隊(duì)列中。當(dāng)一個(gè)時(shí)，它的條件部分即被放入調(diào)度隊(duì)列中。當(dāng)一個(gè)知識(shí)源的條件部分成立時(shí)，它的動(dòng)作部分即被放知識(shí)源的條件部分成立時(shí)，它的動(dòng)作部分即被放入調(diào)度隊(duì)列中，而調(diào)度隊(duì)列中的各個(gè)活動(dòng)的執(zhí)行入調(diào)度隊(duì)列中，而調(diào)度隊(duì)列中的各個(gè)活動(dòng)的執(zhí)行次序由調(diào)度程序根據(jù)調(diào)度原則計(jì)算出的優(yōu)先級(jí)確次序由調(diào)度程序根據(jù)調(diào)度原則計(jì)算出的優(yōu)先級(jí)確定。因此，在問題求解的每一步，都是自底向上定。因此，在問題求解的每一步，都是自底向上的綜合，自頂向下的目標(biāo)生成、假說評(píng)價(jià)等活動(dòng)。的綜合，自頂向下的目標(biāo)生成、假說評(píng)價(jià)等活動(dòng)。College of Electrical and Informat

29、ion Engineering, Hunan Univ.23神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)表示采用與傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)表示采用與傳統(tǒng)AI完全不同的完全不同的意思，傳統(tǒng)的知識(shí)表示，不管是產(chǎn)生式系統(tǒng)還是語意思，傳統(tǒng)的知識(shí)表示，不管是產(chǎn)生式系統(tǒng)還是語義網(wǎng)絡(luò)，都可以看做是知識(shí)的一種顯式表示，而神義網(wǎng)絡(luò)，都可以看做是知識(shí)的一種顯式表示，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)表示，可看做是知識(shí)的一種隱式表示，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)表示，可看做是知識(shí)的一種隱式表示，此時(shí)知識(shí)并不像在產(chǎn)生式系統(tǒng)中那樣獨(dú)立表示每一此時(shí)知識(shí)并不像在產(chǎn)生式系統(tǒng)中那樣獨(dú)立表示每一規(guī)則，而是將某一問題的若干知識(shí)在同一網(wǎng)絡(luò)中表規(guī)則，而是將某一問題的若干

30、知識(shí)在同一網(wǎng)絡(luò)中表示，下圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)表示了邏輯代數(shù)中的示，下圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)表示了邏輯代數(shù)中的“異或異或”邏邏輯。輯。College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.24神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示其鄰接矩陣表示為其鄰接矩陣表示為用產(chǎn)生式規(guī)則描述，該網(wǎng)絡(luò)代表了下邊用產(chǎn)生式規(guī)則描述，該網(wǎng)絡(luò)代表了下邊4條規(guī)則：條規(guī)則：IF（ ）and（ ） THEN（ ）IF（ ）and（ ） THEN（ ）IF（ ）and（ ） THEN（ ）IF（ ）and（ ） THEN（ ）0 0 1.004 1.070 00 0 1.135 1.1

31、00 00 0 0 0 2.1020 0 0 0 -3.1210 0 0 0 010 x 20 x 0y 10 x 21x 11x 11x 20 x 21x 0y 1y 1y College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.25神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.26神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)表示方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)表示方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：1）具有統(tǒng)一的內(nèi)部知識(shí)表

32、示形式，通過學(xué)習(xí)程序）具有統(tǒng)一的內(nèi)部知識(shí)表示形式，通過學(xué)習(xí)程序即可獲得網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)參數(shù)如分塊鄰接矩陣、節(jié)點(diǎn)即可獲得網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)參數(shù)如分塊鄰接矩陣、節(jié)點(diǎn)偏移矢量等。任何知識(shí)規(guī)則都可變換成數(shù)字形式，偏移矢量等。任何知識(shí)規(guī)則都可變換成數(shù)字形式，便于知識(shí)庫的組織和管理，通用性強(qiáng)。便于知識(shí)庫的組織和管理，通用性強(qiáng)。2）便于實(shí)現(xiàn)知識(shí)的自動(dòng)獲?。┍阌趯?shí)現(xiàn)知識(shí)的自動(dòng)獲取3）利于實(shí)現(xiàn)并行聯(lián)想推理和自適應(yīng)推理。）利于實(shí)現(xiàn)并行聯(lián)想推理和自適應(yīng)推理。4）能夠表示事物的復(fù)雜關(guān)系如模糊因果關(guān)系）能夠表示事物的復(fù)雜關(guān)系如模糊因果關(guān)系。College of Electrical and Information Engineeri

33、ng, Hunan Univ.27專家系統(tǒng)的自動(dòng)推理機(jī)制專家系統(tǒng)的自動(dòng)推理機(jī)制 推理：依據(jù)一定的原則從已有的事實(shí)推出結(jié)論的過推理：依據(jù)一定的原則從已有的事實(shí)推出結(jié)論的過 程。程。 專家系統(tǒng)中的自動(dòng)推理：是知識(shí)推理，知識(shí)推理專家系統(tǒng)中的自動(dòng)推理：是知識(shí)推理，知識(shí)推理是指在計(jì)算機(jī)或智能機(jī)器中，在知識(shí)表達(dá)的基礎(chǔ)上，是指在計(jì)算機(jī)或智能機(jī)器中，在知識(shí)表達(dá)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行機(jī)器思維、求解問題、實(shí)現(xiàn)知識(shí)推理的智能控制進(jìn)行機(jī)器思維、求解問題、實(shí)現(xiàn)知識(shí)推理的智能控制過程。過程。 專家系統(tǒng)要以知識(shí)表示、推理、獲取為基礎(chǔ)。其專家系統(tǒng)要以知識(shí)表示、推理、獲取為基礎(chǔ)。其中，知識(shí)表示和知識(shí)獲取是必要的前提條件，而推理中，知識(shí)

34、表示和知識(shí)獲取是必要的前提條件，而推理則是專家系統(tǒng)中問題求解的主要手段，是使問題從初則是專家系統(tǒng)中問題求解的主要手段，是使問題從初始狀態(tài)轉(zhuǎn)移到目標(biāo)狀態(tài)的方法和途徑，推理的過程就始狀態(tài)轉(zhuǎn)移到目標(biāo)狀態(tài)的方法和途徑，推理的過程就是問題求解的過程。是問題求解的過程。College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.28專家系統(tǒng)的自動(dòng)推理機(jī)制專家系統(tǒng)的自動(dòng)推理機(jī)制 根據(jù)知識(shí)表示的特點(diǎn)，知識(shí)推理可以分為圖搜索根據(jù)知識(shí)表示的特點(diǎn)，知識(shí)推理可以分為圖搜索方法和邏輯論證方法兩類：方法和邏輯論證方法兩類： 1）圖搜索方法?；趫D的知識(shí)表達(dá)，

35、問題求解）圖搜索方法。基于圖的知識(shí)表達(dá)，問題求解的知識(shí)推理過程，就是從圖中相當(dāng)于初始狀態(tài)的出發(fā)的知識(shí)推理過程，就是從圖中相當(dāng)于初始狀態(tài)的出發(fā)節(jié)點(diǎn)到相當(dāng)于目標(biāo)狀態(tài)的終止節(jié)點(diǎn)的路線搜索過程，節(jié)點(diǎn)到相當(dāng)于目標(biāo)狀態(tài)的終止節(jié)點(diǎn)的路線搜索過程，即搜索從初始狀態(tài)有效地轉(zhuǎn)移到目標(biāo)狀態(tài)所經(jīng)歷的最即搜索從初始狀態(tài)有效地轉(zhuǎn)移到目標(biāo)狀態(tài)所經(jīng)歷的最優(yōu)的或經(jīng)濟(jì)的路線，相應(yīng)的知識(shí)推理方法即圖搜索方優(yōu)的或經(jīng)濟(jì)的路線，相應(yīng)的知識(shí)推理方法即圖搜索方法。對(duì)于具有樹狀的狀態(tài)空間圖，稱為法。對(duì)于具有樹狀的狀態(tài)空間圖，稱為“問題樹問題樹”，基本的圖搜索方法有寬度優(yōu)先搜索、深度優(yōu)先搜索等?；镜膱D搜索方法有寬度優(yōu)先搜索、深度優(yōu)先搜索等。C

36、ollege of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.29專家系統(tǒng)的自動(dòng)推理機(jī)制專家系統(tǒng)的自動(dòng)推理機(jī)制 2）邏輯論證方法）邏輯論證方法 當(dāng)知識(shí)表示采用謂詞邏輯或其他形式邏輯方法時(shí)，當(dāng)知識(shí)表示采用謂詞邏輯或其他形式邏輯方法時(shí)，知識(shí)推理也可以采取邏輯論證方法，這時(shí)，求解一個(gè)知識(shí)推理也可以采取邏輯論證方法，這時(shí)，求解一個(gè)問題相應(yīng)于證明一個(gè)定力或幾個(gè)定理，問題求解的知問題相應(yīng)于證明一個(gè)定力或幾個(gè)定理，問題求解的知識(shí)推理過程，相應(yīng)于用數(shù)理邏輯方法進(jìn)行定理證明的識(shí)推理過程，相應(yīng)于用數(shù)理邏輯方法進(jìn)行定理證明的過程。知識(shí)推理方法即邏輯論證方法

37、。過程。知識(shí)推理方法即邏輯論證方法。College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.30專家系統(tǒng)的自動(dòng)推理機(jī)制專家系統(tǒng)的自動(dòng)推理機(jī)制 根據(jù)問題求解的推理過程中是否運(yùn)用啟發(fā)性知識(shí)，根據(jù)問題求解的推理過程中是否運(yùn)用啟發(fā)性知識(shí)，知識(shí)推理方法可分為啟發(fā)推理和非啟發(fā)推理兩大類：知識(shí)推理方法可分為啟發(fā)推理和非啟發(fā)推理兩大類： 1）啟發(fā)推理）啟發(fā)推理 。在問題求解的過程中，運(yùn)用與問。在問題求解的過程中，運(yùn)用與問題有關(guān)的啟發(fā)性知識(shí)，即解決問題的策略、技巧，對(duì)題有關(guān)的啟發(fā)性知識(shí)，即解決問題的策略、技巧，對(duì)解的特性及其規(guī)律的估計(jì)等實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)

38、或知識(shí)，以加快解的特性及其規(guī)律的估計(jì)等實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)或知識(shí)，以加快推理過程，提高搜索效率。如深度優(yōu)先搜索法。只需推理過程，提高搜索效率。如深度優(yōu)先搜索法。只需要對(duì)部分狀態(tài)空間進(jìn)行搜索，可提高搜索效率。要對(duì)部分狀態(tài)空間進(jìn)行搜索，可提高搜索效率。College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.31專家系統(tǒng)的自動(dòng)推理機(jī)制專家系統(tǒng)的自動(dòng)推理機(jī)制 2）非啟發(fā)推理）非啟發(fā)推理 在問題求解的推理過程中，不運(yùn)用在問題求解的推理過程中，不運(yùn)用啟發(fā)性知識(shí)，只按照一般的邏輯法則和控制性知識(shí)，啟發(fā)性知識(shí)，只按照一般的邏輯法則和控制性知識(shí)，進(jìn)行通用性

39、的推理。這種方法缺乏對(duì)求解問題的針對(duì)進(jìn)行通用性的推理。這種方法缺乏對(duì)求解問題的針對(duì)性，需要進(jìn)行全狀態(tài)空間的搜索，而沒有選擇最優(yōu)的性，需要進(jìn)行全狀態(tài)空間的搜索，而沒有選擇最優(yōu)的搜索路徑，所以推理效率低。例如寬度優(yōu)先搜索，它搜索路徑，所以推理效率低。例如寬度優(yōu)先搜索，它雖然是完備的算法，但其搜索效率低。雖然是完備的算法，但其搜索效率低。College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.32專家系統(tǒng)的自動(dòng)推理機(jī)制專家系統(tǒng)的自動(dòng)推理機(jī)制 根據(jù)問題求解的推理過程中特殊和一般的關(guān)系，根據(jù)問題求解的推理過程中特殊和一般的關(guān)系，知識(shí)推理

40、方法可以分為演繹推理和歸納推理兩大類：知識(shí)推理方法可以分為演繹推理和歸納推理兩大類： 1）演繹推理：指由一組前提必然地推導(dǎo)出某個(gè)）演繹推理：指由一組前提必然地推導(dǎo)出某個(gè)結(jié)論的過程。三段論法是演繹法的核心。歸結(jié)原理結(jié)論的過程。三段論法是演繹法的核心。歸結(jié)原理是演繹推理的額典型實(shí)例。是演繹推理的額典型實(shí)例。 2）歸納推理：以某命題為前提，推論出與其有）歸納推理：以某命題為前提，推論出與其有歸納關(guān)系的其他命題的過程，歸納推理一般包括由歸納關(guān)系的其他命題的過程，歸納推理一般包括由特殊到一般的歸納、由特殊到特殊的歸納和統(tǒng)計(jì)三特殊到一般的歸納、由特殊到特殊的歸納和統(tǒng)計(jì)三段論法，專家系統(tǒng)中，主要采用演繹推理

41、，而歸納段論法，專家系統(tǒng)中，主要采用演繹推理，而歸納推理主要用在系統(tǒng)的學(xué)習(xí)方面。推理主要用在系統(tǒng)的學(xué)習(xí)方面。College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.33專家系統(tǒng)的自動(dòng)推理機(jī)制專家系統(tǒng)的自動(dòng)推理機(jī)制根據(jù)問題求解的推理過程中推理的方向，知識(shí)推理根據(jù)問題求解的推理過程中推理的方向，知識(shí)推理方法可分為正向推理、反向推理和正反向混合推方法可分為正向推理、反向推理和正反向混合推理三類。理三類。(1) 正向推理。正向推理是由原始數(shù)據(jù)出發(fā)，按照正向推理。正向推理是由原始數(shù)據(jù)出發(fā)，按照一定策略，運(yùn)用知識(shí)庫中專家的知識(shí)，推斷出結(jié)一

42、定策略，運(yùn)用知識(shí)庫中專家的知識(shí)，推斷出結(jié)論的方法。這種推理方式，由于是由數(shù)據(jù)到結(jié)論，論的方法。這種推理方式，由于是由數(shù)據(jù)到結(jié)論，也叫數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)策略。也叫數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)策略。正向推理的設(shè)計(jì)步驟，首先由用戶提供一批事實(shí)，正向推理的設(shè)計(jì)步驟，首先由用戶提供一批事實(shí)，存放到數(shù)據(jù)庫中去，然后：存放到數(shù)據(jù)庫中去，然后：用這批事實(shí)與知識(shí)庫中規(guī)則的前提事實(shí)進(jìn)行匹配。用這批事實(shí)與知識(shí)庫中規(guī)則的前提事實(shí)進(jìn)行匹配。College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.34 專家系統(tǒng)的自動(dòng)推理機(jī)制專家系統(tǒng)的自動(dòng)推理機(jī)制 把匹配成功的規(guī)則的結(jié)論部分的事實(shí)作為

43、新的事實(shí)加到把匹配成功的規(guī)則的結(jié)論部分的事實(shí)作為新的事實(shí)加到數(shù)據(jù)庫中去。數(shù)據(jù)庫中去。 再用更新后的數(shù)據(jù)庫中的所有事實(shí)，重復(fù)、步驟，再用更新后的數(shù)據(jù)庫中的所有事實(shí)，重復(fù)、步驟，如此反復(fù)進(jìn)行，直到結(jié)論（答案）出現(xiàn)或者不再有新的事實(shí)如此反復(fù)進(jìn)行，直到結(jié)論（答案）出現(xiàn)或者不再有新的事實(shí)加到數(shù)據(jù)庫中為止。正向推理設(shè)計(jì)示意圖如下，加到數(shù)據(jù)庫中為止。正向推理設(shè)計(jì)示意圖如下，K為規(guī)則的為規(guī)則的總數(shù)目?？倲?shù)目。College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.35(2) 反向推理。反向推理是先提出假設(shè)反向推理。反向推理是先提出假設(shè)(結(jié)論結(jié)

44、論)，然后去找支持，然后去找支持這個(gè)結(jié)論的證據(jù)的方法。這種由結(jié)論到數(shù)據(jù)的策略稱為目這個(gè)結(jié)論的證據(jù)的方法。這種由結(jié)論到數(shù)據(jù)的策略稱為目標(biāo)驅(qū)動(dòng)策略。（反向推理的步驟：）標(biāo)驅(qū)動(dòng)策略。（反向推理的步驟：）先驗(yàn)證假設(shè)是否在數(shù)據(jù)庫中，若在，假設(shè)成立，推理過程先驗(yàn)證假設(shè)是否在數(shù)據(jù)庫中，若在，假設(shè)成立，推理過程結(jié)束或驗(yàn)證下一個(gè)假設(shè)；否則，進(jìn)行下一步。結(jié)束或驗(yàn)證下一個(gè)假設(shè)；否則，進(jìn)行下一步。判斷所驗(yàn)證的假設(shè)是否證據(jù)節(jié)點(diǎn)，若是，系統(tǒng)就提問用戶，判斷所驗(yàn)證的假設(shè)是否證據(jù)節(jié)點(diǎn)，若是，系統(tǒng)就提問用戶，讓用戶開回答，否則就進(jìn)行下一步。讓用戶開回答，否則就進(jìn)行下一步。找出結(jié)論部分包含這個(gè)假設(shè)的哪些規(guī)則，把他們的所有前找出結(jié)

45、論部分包含這個(gè)假設(shè)的哪些規(guī)則，把他們的所有前提部分的事實(shí)都作為新的假設(shè)。提部分的事實(shí)都作為新的假設(shè)。重復(fù)、步驟直到某一個(gè)假設(shè)成立為止，或所有假重復(fù)、步驟直到某一個(gè)假設(shè)成立為止，或所有假設(shè)都不成立，系統(tǒng)回答設(shè)都不成立，系統(tǒng)回答FAIL。College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.36專家系統(tǒng)的自動(dòng)推理機(jī)制專家系統(tǒng)的自動(dòng)推理機(jī)制v反向推理設(shè)計(jì)的示意圖如下：反向推理設(shè)計(jì)的示意圖如下：College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.37專家系統(tǒng)的自

46、動(dòng)推理機(jī)制專家系統(tǒng)的自動(dòng)推理機(jī)制v (3)正反向混合推理。運(yùn)用正向推理幫助系統(tǒng)提出假設(shè)，正反向混合推理。運(yùn)用正向推理幫助系統(tǒng)提出假設(shè)，然后運(yùn)用反向推理尋找支持該假設(shè)的證據(jù)。然后運(yùn)用反向推理尋找支持該假設(shè)的證據(jù)。College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.38寬度優(yōu)先搜索寬度優(yōu)先搜索 該方法按照該方法按照“最早產(chǎn)生的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先擴(kuò)展最早產(chǎn)生的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先擴(kuò)展”的方的方法進(jìn)行搜索。即搜索的節(jié)點(diǎn)一層一層地檢查，在上法進(jìn)行搜索。即搜索的節(jié)點(diǎn)一層一層地檢查，在上一層的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都檢查完畢之后，這一層的節(jié)點(diǎn)一層的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都檢查完畢之

47、后，這一層的節(jié)點(diǎn)才能開始檢查。節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展時(shí)按它們接近起始節(jié)點(diǎn)才能開始檢查。節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展時(shí)按它們接近起始節(jié)點(diǎn)的程度依次進(jìn)行的，該方法考慮了每一種可能。的程度依次進(jìn)行的，該方法考慮了每一種可能。 特點(diǎn)：搜索過程時(shí)間長，但能找到保證最終找特點(diǎn)：搜索過程時(shí)間長，但能找到保證最終找到最短的解答序列。到最短的解答序列。 寬度優(yōu)先的遍歷算法：寬度優(yōu)先的遍歷算法： 1）把起始節(jié)點(diǎn)放到）把起始節(jié)點(diǎn)放到OPEN中（如果該起始節(jié)點(diǎn)為一中（如果該起始節(jié)點(diǎn)為一目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，則求得一個(gè)解答）。目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，則求得一個(gè)解答）。College of Electrical and Information Engineering, Hun

48、an Univ.392）如果）如果OPEN是一個(gè)空表，則沒有解，失敗退出；是一個(gè)空表，則沒有解，失敗退出；否則繼續(xù)。否則繼續(xù)。3）把）把OPEN表中的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)表中的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)n移出，并將其放入移出，并將其放入CLOSED擴(kuò)展點(diǎn)表中。擴(kuò)展點(diǎn)表中。4）擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)）擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)n，如果沒有后繼節(jié)點(diǎn)，則轉(zhuǎn)上述第，如果沒有后繼節(jié)點(diǎn)，則轉(zhuǎn)上述第2)步。步。5）把節(jié)點(diǎn)）把節(jié)點(diǎn)n的所有后繼節(jié)點(diǎn)放到的所有后繼節(jié)點(diǎn)放到OPEN表的末端，表的末端，提供從后繼節(jié)點(diǎn)回到提供從后繼節(jié)點(diǎn)回到n的指針。的指針。6）若節(jié)點(diǎn)）若節(jié)點(diǎn)n的一后續(xù)節(jié)點(diǎn)是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，則找到一個(gè)的一后續(xù)節(jié)點(diǎn)是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，則找到一個(gè)解，成功退出；否則轉(zhuǎn)到第解，成功

49、退出；否則轉(zhuǎn)到第2）步。）步。寬度優(yōu)先搜索寬度優(yōu)先搜索College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.40寬度優(yōu)先搜索示意圖寬度優(yōu)先搜索示意圖寬度優(yōu)先搜索寬度優(yōu)先搜索College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.41 寬度優(yōu)先搜索存在的問題：寬度優(yōu)先搜索存在的問題：1）存儲(chǔ)量大）存儲(chǔ)量大2）工作量大）工作量大3）多余或無關(guān)操作符將大大增加要開發(fā)的節(jié)點(diǎn)數(shù)）多余或無關(guān)操作符將大大增加要開發(fā)的節(jié)點(diǎn)數(shù)4）不適用于有多條路徑通向解，且其中每條路徑）不適

50、用于有多條路徑通向解，且其中每條路徑都具有很多節(jié)點(diǎn)的情況。都具有很多節(jié)點(diǎn)的情況。寬度優(yōu)先搜索寬度優(yōu)先搜索College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.42 寬度優(yōu)先搜索算法程序框圖寬度優(yōu)先搜索算法程序框圖寬度優(yōu)先搜索寬度優(yōu)先搜索College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.43深度優(yōu)先搜索深度優(yōu)先搜索 按按“最晚產(chǎn)生（最深的）節(jié)點(diǎn)優(yōu)先擴(kuò)展最晚產(chǎn)生（最深的）節(jié)點(diǎn)優(yōu)先擴(kuò)展”進(jìn)行搜進(jìn)行搜索，深度相等的節(jié)點(diǎn)順序可以任意排列，總是親代到索，深度相等的

51、節(jié)點(diǎn)順序可以任意排列，總是親代到子代方向進(jìn)行，直到不得不返回追蹤的搜索。從樹的子代方向進(jìn)行，直到不得不返回追蹤的搜索。從樹的觀點(diǎn)考慮，不是從左枝開始，就是從右枝開始。觀點(diǎn)考慮，不是從左枝開始，就是從右枝開始。深度深度優(yōu)先搜索示意圖如下：優(yōu)先搜索示意圖如下：College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.44深度優(yōu)先搜索的遍歷算法如下：深度優(yōu)先搜索的遍歷算法如下：1）把起始節(jié)點(diǎn)）把起始節(jié)點(diǎn)S放到放到OPEN表中，如果此節(jié)點(diǎn)為一目標(biāo)節(jié)表中，如果此節(jié)點(diǎn)為一目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，則得到一個(gè)解。點(diǎn)，則得到一個(gè)解。2）如果）如果OPEN表為一

52、空表，則失敗退出。表為一空表，則失敗退出。3）把第一個(gè)節(jié)點(diǎn)）把第一個(gè)節(jié)點(diǎn)n從從OPEN表移到表移到CLOSED表。表。4）如果節(jié)點(diǎn)）如果節(jié)點(diǎn)n的深度等于最大深度，則轉(zhuǎn)向的深度等于最大深度，則轉(zhuǎn)向2）。）。5）擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)）擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)n，產(chǎn)生子節(jié)點(diǎn)，并將其放入，產(chǎn)生子節(jié)點(diǎn)，并將其放入OPEN表的前頭表的前頭，若無子節(jié)點(diǎn)，則轉(zhuǎn)向，若無子節(jié)點(diǎn)，則轉(zhuǎn)向2）。）。6）如果后繼節(jié)點(diǎn)中有任一個(gè)味目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，則求得一解，成）如果后繼節(jié)點(diǎn)中有任一個(gè)味目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，則求得一解，成功退出，否則，轉(zhuǎn)向功退出，否則，轉(zhuǎn)向2）。）。深度搜索算法實(shí)際中，一般都規(guī)定一個(gè)深度限制度。深度搜索算法實(shí)際中，一般都規(guī)定一個(gè)深度限制度。寬度優(yōu)先搜

53、索寬度優(yōu)先搜索College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.45不精確推理不精確推理精確推理：專家系統(tǒng)中把領(lǐng)域知識(shí)表示成必然的因精確推理：專家系統(tǒng)中把領(lǐng)域知識(shí)表示成必然的因果關(guān)系，邏輯關(guān)系，推理的結(jié)論是肯定的。果關(guān)系，邏輯關(guān)系，推理的結(jié)論是肯定的。不精確推理：以專家的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)對(duì)不確定的事實(shí)，不精確推理：以專家的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)對(duì)不確定的事實(shí)，根據(jù)不充分的證據(jù)和不完全的知識(shí)進(jìn)行推理。根據(jù)不充分的證據(jù)和不完全的知識(shí)進(jìn)行推理。不精確推理（非確定性推理）不是要使推理變得不精確推理（非確定性推理）不是要使推理變得不精確，而是提供一種推

54、理方式，以便得到更加不精確，而是提供一種推理方式，以便得到更加精確的推理結(jié)論。精確的推理結(jié)論。核心問題是處理在推理過程中專家知識(shí)的不精確核心問題是處理在推理過程中專家知識(shí)的不精確性和推理證據(jù)的不精確性，并給出這些不精確性性和推理證據(jù)的不精確性，并給出這些不精確性在推理過程中的傳播規(guī)則。在推理過程中的傳播規(guī)則。College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.467.4專家控制系統(tǒng)專家控制系統(tǒng)7.4.1專家控制系統(tǒng)的原理專家控制系統(tǒng)的原理 專家系統(tǒng)與控制理論相結(jié)合，尤其是啟發(fā)式專家系統(tǒng)與控制理論相結(jié)合，尤其是啟發(fā)式推理與反

55、饋理論相結(jié)合，形成了專家控制系統(tǒng)。推理與反饋理論相結(jié)合，形成了專家控制系統(tǒng)。專家控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性主要體現(xiàn)在：專家控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性主要體現(xiàn)在：1）能確切地表達(dá)與時(shí)間有關(guān)的知識(shí)。）能確切地表達(dá)與時(shí)間有關(guān)的知識(shí)。2）存儲(chǔ)可顯示，能方便地再現(xiàn)修改基本的控制知）存儲(chǔ)可顯示，能方便地再現(xiàn)修改基本的控制知識(shí)。識(shí)。3）能進(jìn)行時(shí)序推理、并行推理、非單調(diào)推理。）能進(jìn)行時(shí)序推理、并行推理、非單調(diào)推理。4）能控制人以的隨時(shí)間變化的非線性過程。）能控制人以的隨時(shí)間變化的非線性過程。5）具有中斷處理能力，可處理可能發(fā)生的異步事）具有中斷處理能力，可處理可能發(fā)生的異步事件。件。College of Electrical a

56、nd Information Engineering, Hunan Univ.476）允許交互對(duì)話，及時(shí)獲得動(dòng)態(tài)與靜態(tài)信息，以便及時(shí)在允許交互對(duì)話，及時(shí)獲得動(dòng)態(tài)與靜態(tài)信息，以便及時(shí)在線診斷。線診斷。7）與常規(guī)的控制器和其他應(yīng)用軟件有良好的接口。與常規(guī)的控制器和其他應(yīng)用軟件有良好的接口。實(shí)時(shí)專家控制系統(tǒng)的知識(shí)表示：實(shí)時(shí)專家控制系統(tǒng)的知識(shí)表示： 時(shí)間知識(shí)時(shí)間知識(shí) 深層知識(shí)深層知識(shí) 通用知識(shí)通用知識(shí) 元知識(shí)元知識(shí)College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.48專家控制系統(tǒng)與專家系統(tǒng)的區(qū)別：專家控制系統(tǒng)與專家系統(tǒng)的區(qū)別：1

57、）將操作人員從系統(tǒng)的環(huán)路中撤走）將操作人員從系統(tǒng)的環(huán)路中撤走2）建立自動(dòng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，需將傳感器）建立自動(dòng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，需將傳感器的輸出信息作預(yù)處理。的輸出信息作預(yù)處理。3）根據(jù)可利用的環(huán)境信息（對(duì)象模型），綜合適）根據(jù)可利用的環(huán)境信息（對(duì)象模型），綜合適當(dāng)?shù)目刂扑惴?，被控?duì)象的模型可以使預(yù)知的，當(dāng)?shù)目刂扑惴ǎ豢貙?duì)象的模型可以使預(yù)知的，也可以在線辨識(shí)。推理機(jī)制要求做到離線和在線也可以在線辨識(shí)。推理機(jī)制要求做到離線和在線推理，并具有遞階結(jié)構(gòu)的推理過程。推理，并具有遞階結(jié)構(gòu)的推理過程。College of Electrical and Information Engineerin

58、g, Hunan Univ.497.4 專家控制系統(tǒng)專家控制系統(tǒng)College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.50(1) 知識(shí)庫。由事實(shí)集和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)公式、規(guī)則等構(gòu)成。事實(shí)集包括知識(shí)庫。由事實(shí)集和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)公式、規(guī)則等構(gòu)成。事實(shí)集包括對(duì)象的有關(guān)知識(shí)，如結(jié)構(gòu)、類型及特征等?？刂埔?guī)則有自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、對(duì)象的有關(guān)知識(shí)，如結(jié)構(gòu)、類型及特征等?？刂埔?guī)則有自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、參數(shù)自調(diào)整等方面的規(guī)則。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)包括對(duì)象的參數(shù)變化范圍、控制參數(shù)參數(shù)自調(diào)整等方面的規(guī)則。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)包括對(duì)象的參數(shù)變化范圍、控制參數(shù)的調(diào)整范圍及其限幅值、傳

59、感器特性、系統(tǒng)誤差、執(zhí)行機(jī)構(gòu)特征、控制系的調(diào)整范圍及其限幅值、傳感器特性、系統(tǒng)誤差、執(zhí)行機(jī)構(gòu)特征、控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)以及經(jīng)驗(yàn)公式。統(tǒng)的性能指標(biāo)以及經(jīng)驗(yàn)公式。(2) 控制算法庫。存放控制策略及控制方法，如控制算法庫。存放控制策略及控制方法，如PID、PI、Fuzzy、神經(jīng)控、神經(jīng)控制制NC、預(yù)測(cè)控制算法等，是直接基本控制方法集。、預(yù)測(cè)控制算法等，是直接基本控制方法集。 (3) 實(shí)時(shí)推理機(jī)。根據(jù)一定的推理策略實(shí)時(shí)推理機(jī)。根據(jù)一定的推理策略(正向推理正向推理)從知識(shí)庫中選擇有關(guān)知從知識(shí)庫中選擇有關(guān)知識(shí)，對(duì)控制專家提供的控制算法、事實(shí)、證據(jù)以及實(shí)時(shí)采集的系統(tǒng)特性數(shù)識(shí)，對(duì)控制專家提供的控制算法、事實(shí)、證

60、據(jù)以及實(shí)時(shí)采集的系統(tǒng)特性數(shù)據(jù)進(jìn)行推理，直到得出相應(yīng)的最佳控制決策，由決策的結(jié)果指導(dǎo)控制作用。據(jù)進(jìn)行推理，直到得出相應(yīng)的最佳控制決策，由決策的結(jié)果指導(dǎo)控制作用。 (4) 信息獲取與處理。信息獲取是通過閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋信息及系統(tǒng)的信息獲取與處理。信息獲取是通過閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋信息及系統(tǒng)的輸入信息，獲取控制系統(tǒng)的誤差及誤差變化量、特征信息。信息處理包括輸入信息，獲取控制系統(tǒng)的誤差及誤差變化量、特征信息。信息處理包括特征識(shí)別、濾波等。特征識(shí)別、濾波等。(5) 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫。用來存放推理過程中的數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、實(shí)時(shí)采集與處動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫。用來存放推理過程中的數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、實(shí)時(shí)采集與處理的數(shù)據(jù)理的數(shù)據(jù) C