機(jī)械故障診斷學(xué)鐘秉林第章專家系統(tǒng)診斷原理

第9章專家系統(tǒng)診斷原理

專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及功能

推理機(jī)制基于行為的故障診斷專家系統(tǒng)機(jī)械故障診斷理論與方法第2篇基于人工智能的故障診斷技術(shù)2022/12/181內(nèi)容安排

知識(shí)表示與知識(shí)獲取人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專家系統(tǒng)1.專家系統(tǒng)歷史與現(xiàn)狀作為人工智能一個(gè)重要分支的專家系統(tǒng)（ExpertSystem，ES）是在20世紀(jì)60年代初期產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興的應(yīng)用科學(xué)，而且正隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展而日臻完善和成熟。1982年美國(guó)斯坦福大學(xué)教授費(fèi)根鮑姆給出了專家系統(tǒng)的定義：

專家系統(tǒng)是一種智能的計(jì)算機(jī)程序，這種程序使用知識(shí)與推理過(guò)程，求解那些需要杰出人物的專門(mén)知識(shí)才能求解的復(fù)雜問(wèn)題。一、概述2022/12/182一般認(rèn)為，專家系統(tǒng)就是應(yīng)用于某一專門(mén)領(lǐng)域，由知識(shí)工程師通過(guò)知識(shí)獲取手段，將領(lǐng)域?qū)＜医鉀Q特定領(lǐng)域的知識(shí)，采用某種知識(shí)表示方法編輯或自動(dòng)生成某種特定表示形式，存放在知識(shí)庫(kù)中，然后用戶通過(guò)人機(jī)接口輸入信息、數(shù)據(jù)或命令，運(yùn)用推理機(jī)構(gòu)控制知識(shí)庫(kù)及整個(gè)系統(tǒng)，能像專家一樣解決困難的和復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題的計(jì)算機(jī)（軟件）系統(tǒng)。專家系統(tǒng)有三個(gè)特點(diǎn)，即：?jiǎn)l(fā)性，能運(yùn)用專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理和判斷；透明性，能解決本身的推理過(guò)程，能回答用戶提出的問(wèn)題；靈活性，能不斷地增長(zhǎng)知識(shí)，修改原有的知識(shí)。一、概述2022/12/1831.1初創(chuàng)期人工智能早期工作都是學(xué)術(shù)性的，其程序都是用來(lái)開(kāi)發(fā)游戲的。盡管這些努力產(chǎn)生了如國(guó)際象棋、跳棋等有趣的游戲，但其真實(shí)目的在于計(jì)算機(jī)編碼加入人的推理能力，以達(dá)到更好的理解。在這階段的另一個(gè)重要領(lǐng)域是計(jì)算邏輯。1957年誕生了第一個(gè)自動(dòng)定理證明程序，稱為邏輯理論家。20世紀(jì)60年代初，人工智能研究者便集中精力開(kāi)發(fā)通用的方法和技術(shù)，通過(guò)研究一般的方法來(lái)改變知識(shí)的表示和搜索，并且使用它們來(lái)建立專用程序。到了60年代中期，知識(shí)在智能行為中的地位受到了研究者的重視，這就為以專門(mén)知識(shí)為核心、求解具體問(wèn)題的基于知識(shí)的專家系統(tǒng)的產(chǎn)生奠定了思想基礎(chǔ)。 一、概述2022/12/1841965年在美國(guó)國(guó)家航空航天局要求下，斯坦福大學(xué)研制成功了DENRAL系統(tǒng)，DENRAL的初創(chuàng)工作引導(dǎo)人工智能研究者意識(shí)到智能行為不僅依賴于推理方法，更依賴于其推理所用的知識(shí)。該系統(tǒng)具有非常豐富的化學(xué)知識(shí)，是根據(jù)質(zhì)譜數(shù)據(jù)幫助化學(xué)家推斷分子結(jié)構(gòu)，被廣泛地應(yīng)用于世界各地的大學(xué)及工業(yè)界的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室。一、概述2022/12/185這個(gè)系統(tǒng)的完成標(biāo)志著專家系統(tǒng)的誕生。在此之后，麻省理工學(xué)院開(kāi)始研制MACSYMA系統(tǒng)，它作為數(shù)學(xué)家的助手使用啟發(fā)式方法變換代數(shù)表達(dá)式，現(xiàn)經(jīng)過(guò)不斷擴(kuò)充，能求解600多種數(shù)學(xué)問(wèn)題，其中包括微積分、解方程和方程組，矩陣運(yùn)算等。同期，還有美國(guó)卡內(nèi)基－梅隆大學(xué)開(kāi)發(fā)的用于語(yǔ)音識(shí)別的專家系統(tǒng)HEARSAY，該系統(tǒng)表明計(jì)算機(jī)在理論上可按編制的程序同用戶進(jìn)行交談。20世紀(jì)70年代初，匹茲堡大學(xué)的鮑波爾和內(nèi)科醫(yī)生合作研制了第一個(gè)用于醫(yī)療的內(nèi)科病診斷咨詢系統(tǒng)INTERNIST。這些系統(tǒng)的研制成功使得專家系統(tǒng)受到學(xué)術(shù)界及工程領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。一、概述2022/12/1861.2成熟期到20世紀(jì)70年代中期，專家系統(tǒng)已逐步成熟起來(lái)，其觀點(diǎn)逐漸被人們接受，并先后出現(xiàn)了一批卓有成效的專家系統(tǒng)。其中，最為代表的是肖特立夫等人的MYCIN系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于診斷和治療血液感染和腦炎感染，可給出處方建議（提供抗菌劑治療建議），不但具有很高的性能，而且具有解釋功能和知識(shí)獲取功能。MYCIN系統(tǒng)是專家系統(tǒng)的經(jīng)典之作，它的知識(shí)表示系統(tǒng)用帶有置信度的“IF—THEN”規(guī)則來(lái)表示，并使用不確定性推理方法進(jìn)行推理。MYCIN由LISP語(yǔ)言寫(xiě)成，所有的規(guī)則都表達(dá)成LISP表達(dá)式。它是一個(gè)面向目標(biāo)求解的系統(tǒng)，使用反向推理方法，并利用了很多的啟發(fā)式信息。一、概述2022/12/187另一個(gè)非常成功的專家系統(tǒng)是PROSPCTOR系統(tǒng)，它用于輔助地質(zhì)學(xué)家探測(cè)礦藏，是第一個(gè)取得明顯經(jīng)濟(jì)效益的專家系統(tǒng)。PROSPCTOR的性能據(jù)稱完全可以同地質(zhì)學(xué)家相比擬。它在知識(shí)的組織上，運(yùn)用了規(guī)則與語(yǔ)義網(wǎng)相結(jié)合的混合表示方式，在數(shù)據(jù)不確定和不完全的情況下，推理過(guò)程運(yùn)用了一種似然推理技術(shù)。除這些成功實(shí)例以外，在這一時(shí)期另外兩個(gè)影響較大的專家系統(tǒng)是斯坦福大學(xué)研制的AM系統(tǒng)及PUFF系統(tǒng)。AM是一個(gè)用機(jī)器模擬人類歸納推理、抽象概念的專家系統(tǒng)，而PUFF是一個(gè)肺功能測(cè)試專家系統(tǒng)，經(jīng)對(duì)多個(gè)實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證，成功率達(dá)93%。

諸多專家系統(tǒng)地成功開(kāi)發(fā)，標(biāo)志著專家系統(tǒng)逐漸走向成熟。一、概述2022/12/1881.3發(fā)展期從20世紀(jì)80年代初，醫(yī)療專家系統(tǒng)占了主流，主要原因是它屬于診斷類型且開(kāi)發(fā)比較容易。但是到了80年代中期，專家系統(tǒng)發(fā)展在應(yīng)用上最明顯的特點(diǎn)是出現(xiàn)大量的投入商業(yè)化運(yùn)行的系統(tǒng)，并為各行業(yè)產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。其中一個(gè)著名的例子是DEC公司與卡內(nèi)基－梅隆大學(xué)合作開(kāi)發(fā)的XCON-R1專家系統(tǒng)，它用于輔助數(shù)據(jù)設(shè)備公司（DEC）的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的配置設(shè)計(jì)。它每年為DEC公司節(jié)省數(shù)百萬(wàn)美元。專家系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛，處理問(wèn)題的難度和復(fù)雜度不斷增大，導(dǎo)致了傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)無(wú)法滿足較為復(fù)雜的情況，迫切需要新的技術(shù)去支持。

一、概述2022/12/189從80年代后期開(kāi)始，一方面隨著面向?qū)ο?、神?jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊技術(shù)等新技術(shù)迅速崛起，為專家系統(tǒng)注入了新的活力；另一方面計(jì)算機(jī)的運(yùn)用也越來(lái)越普及，而且對(duì)智能化的要求出越來(lái)越高。由于這些技術(shù)發(fā)展的成熟，并成功運(yùn)用到專家系統(tǒng)之中，使得專家系統(tǒng)得到更廣泛的運(yùn)用。在這期間開(kāi)發(fā)的專家系統(tǒng)按其處理問(wèn)題的類型可以分為：解釋型、預(yù)測(cè)型、診斷型、設(shè)計(jì)型、規(guī)劃型、監(jiān)視型、調(diào)試型、修正型、教學(xué)型和控制型。其應(yīng)用領(lǐng)域也涉及到農(nóng)業(yè)、商業(yè)、化學(xué)、通信、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)等多個(gè)方面，并已成為常用的解決問(wèn)題的手段之一。一、概述2022/12/18102.在故障診斷斷中的應(yīng)用用專家系統(tǒng)：基于知識(shí)識(shí)(Knowledge-based)的人工智能系系統(tǒng)。專家系統(tǒng)實(shí)實(shí)質(zhì)是應(yīng)用大量量人類專家的知識(shí)和推理方法求解復(fù)雜的實(shí)際際問(wèn)題的一一種人工智能計(jì)計(jì)算機(jī)程序序。專家系統(tǒng)能能夠模擬、再現(xiàn)、保存和復(fù)制，有時(shí)還能超過(guò)人類專家的的腦力勞動(dòng)，是人工智能領(lǐng)領(lǐng)域中目前最活躍最成成功的一個(gè)分支支。就機(jī)械設(shè)備故故障診斷而言，專家家系統(tǒng)比較較適用于復(fù)雜的、比較規(guī)范化化的（即只是是來(lái)源可以以從類似機(jī)器獲?。┑拇笮蛣?dòng)態(tài)系系統(tǒng)，如針對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)組等研發(fā)的診診斷專家系系統(tǒng)，已經(jīng)經(jīng)在工程實(shí)實(shí)際中取得了良好的經(jīng)濟(jì)濟(jì)效益。一、概述2022/12/7113.專家系統(tǒng)的的分類（按按推理規(guī)則則分）基于規(guī)則的的專家系統(tǒng)統(tǒng)基于規(guī)則推推理（RuleBaseReasoning，RBR）的方法是是根據(jù)以往專家診診斷的經(jīng)驗(yàn)驗(yàn),將其歸納成規(guī)則則,通過(guò)啟發(fā)式經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行推理。它具有明確確的前提，得到確定定的結(jié)果。它是構(gòu)建建專家系統(tǒng)統(tǒng)最常用的方方法，這主要?dú)w歸功于大量量的成功實(shí)例和和工具的出現(xiàn)。早早期的專家家系統(tǒng)大多多數(shù)是用規(guī)則推理的方法。一、概述2022/12/712基于案例的專家系統(tǒng)統(tǒng)基于案例推推理（CaseBasedReasoning，CBR）的方法就就是通過(guò)搜索曾經(jīng)成功解解決過(guò)的類類似問(wèn)題，比較新、舊問(wèn)題之間的的特征、發(fā)發(fā)生背景等等差異，重新使用或參考考以前的知知識(shí)和信息息，達(dá)到最終解決新新問(wèn)題的方方法。它起源于1982年美國(guó)學(xué)者者RogerSchank，關(guān)于人類類學(xué)習(xí)和回憶憶的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)模模型的研究工作作。一、概述2022/12/713基于框架的專家系統(tǒng)統(tǒng)框架(Frame)是將某類對(duì)象的的所有知識(shí)識(shí)組織在一起的一一種通用數(shù)據(jù)結(jié)結(jié)構(gòu),而相互關(guān)聯(lián)的的框架連接組成框架系統(tǒng)。一、概述2022/12/714基于模糊邏輯輯的專家系系統(tǒng)模糊理論論的概念念由美國(guó)國(guó)加利福尼尼亞大學(xué)學(xué)著名教授授扎德在他的《FuzzySets》和《FuzzyAlgorithm》等著名論論著中首先提出出。模糊性是指客觀事物物在狀態(tài)態(tài)及其屬屬性方面面的不分明性性，其根源是在類似事物物間存在在一系列列過(guò)渡狀狀態(tài)，它們互互相滲透透、互相相貫通，，使得彼此之間間沒(méi)有明顯的分分界線。一、概述述2022/12/715基于D-S證據(jù)理論論的專家系系統(tǒng)D-S證據(jù)理論論是由Dempster于1967年提出的的，他首先提出了上、下界界概率的定義，，后由Shafer于1976年加以推廣和發(fā)發(fā)展，故人們們也把證證據(jù)理論論稱為D-S理論。基于人工神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的專家系系統(tǒng)人工神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（（ArtificialNeuralNetwork，ANN）是仿效生物體信信息處理理系統(tǒng)獲得柔性信息息處理能能力。它是從從20世紀(jì)80年代后期期開(kāi)始興興起：由由理論研究究階段發(fā)展展到應(yīng)用階段段。基于遺傳算法法的專家系系統(tǒng)遺傳算法法（GeneticAlgorithms，GA）是一種種基于自然選擇擇和基因遺傳傳學(xué)原理的優(yōu)優(yōu)化搜索索方法。。由美國(guó)國(guó)JohnH.Holland教授在1975年提出的的。一、概述述2022/12/7161.一般概概念二、專專家家系統(tǒng)統(tǒng)的基基本結(jié)結(jié)構(gòu)及及其功功能2022/12/717實(shí)用專專家系系統(tǒng)框框圖特點(diǎn)：：專家系系統(tǒng)是是包含含知識(shí)和推理的智能計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)程序序；求解問(wèn)問(wèn)題的的知識(shí)與程序和數(shù)據(jù)結(jié)結(jié)構(gòu)分離。增強(qiáng)了系統(tǒng)統(tǒng)的適應(yīng)性性和靈活性性；（vs傳統(tǒng)的的計(jì)算算機(jī)應(yīng)應(yīng)用程程序：：求解解問(wèn)題題的知知識(shí)隱隱含在在程序序和數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)結(jié)構(gòu)中中）專家系系統(tǒng)通通常由由5個(gè)基本本組成成部分分：知識(shí)庫(kù)庫(kù)、推理機(jī)機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)庫(kù)以及解釋程程序、知識(shí)獲獲取程程序。。二、專專家家系統(tǒng)統(tǒng)的基基本結(jié)結(jié)構(gòu)及及其功功能2022/12/7182.知識(shí)庫(kù)庫(kù)知識(shí)庫(kù)庫(kù)是專家家系統(tǒng)統(tǒng)的核心;知識(shí)庫(kù)庫(kù)是專家知識(shí)、、經(jīng)驗(yàn)與與書(shū)本本知識(shí)、、常識(shí)的存儲(chǔ)儲(chǔ)器；；專家診診斷系系統(tǒng)知知識(shí)庫(kù)庫(kù)通常包包括：：背景知知識(shí):背景知知識(shí)作作為輔助信信息，在推推理過(guò)過(guò)程中中起著重要要作用用。如設(shè)備運(yùn)運(yùn)行規(guī)規(guī)范可以成成為診斷過(guò)過(guò)程中中觸發(fā)、激活某一診診斷規(guī)規(guī)則的的依據(jù)據(jù)等。二、專專家家系統(tǒng)統(tǒng)的基基本結(jié)結(jié)構(gòu)及及其功功能2022/12/719診斷知識(shí)領(lǐng)域?qū)＜以谠陂L(zhǎng)期的診斷斷實(shí)踐中積累起來(lái)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。產(chǎn)生式規(guī)則則表達(dá)：IF<現(xiàn)象>THEN<假設(shè)>WITH<可信度>現(xiàn)象：觀察到的機(jī)機(jī)組癥狀；；假設(shè)：表示機(jī)組的的故障或中中間結(jié)論；；可信度：表示在觀察察到這些“現(xiàn)象”后，推斷機(jī)機(jī)組具有這這類故障的的可信程度度。一般診斷知知識(shí)按故障樹(shù)結(jié)構(gòu)構(gòu)分層組織。。二、專家家系統(tǒng)的基基本結(jié)構(gòu)及及其功能2022/12/720機(jī)組病例與與運(yùn)行檔案案描述機(jī)組以往診斷病病例及其安裝維修的記錄情況況，它對(duì)如何沿最有可能的的故障方向向進(jìn)行診斷推理具有很大影影響。過(guò)程性知識(shí)識(shí)一系列分析計(jì)算程程序，以獨(dú)立的模塊塊形式存在，在診診斷過(guò)程中中需要時(shí)被被調(diào)用。如在診斷中需要獲取某振動(dòng)信號(hào)號(hào)關(guān)于轉(zhuǎn)速頻率的譜峰情況，就需調(diào)用用FFT頻譜計(jì)算程程序。二、專家家系統(tǒng)的基基本結(jié)構(gòu)及及其功能2022/12/721控制制性性知知識(shí)識(shí)對(duì)領(lǐng)域域知知識(shí)識(shí)起起指指導(dǎo)導(dǎo)作作用用的知識(shí)識(shí)，如引導(dǎo)導(dǎo)規(guī)規(guī)則則的的選選擇擇、控制制推推理理路路徑徑及指明明診診斷斷系系統(tǒng)統(tǒng)在診診斷斷過(guò)過(guò)程程中中對(duì)對(duì)機(jī)組組運(yùn)運(yùn)行行數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)進(jìn)行行何種種分分析析等。。決策策知知識(shí)識(shí)機(jī)組組發(fā)發(fā)生生某某故故障障時(shí)時(shí)應(yīng)應(yīng)采取取的的措措施施。它它包包括括機(jī)組組本身的運(yùn)行規(guī)程和領(lǐng)域?qū)＜姨幚碓撛擃惞收蠒r(shí)時(shí)的措施方法，另外，還包括在在不能確診診某故障時(shí)時(shí)向用戶建建議應(yīng)重點(diǎn)點(diǎn)監(jiān)測(cè)何種信號(hào)及注意事項(xiàng)。二、專家家系統(tǒng)的基基本結(jié)構(gòu)及及其功能2022/12/722知識(shí)識(shí)庫(kù)庫(kù)的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)形形式式取決決于于所采采用用的的知識(shí)識(shí)表表示示方方式式，常常用用的的有有：：邏輯輯表表示示、語(yǔ)義義網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)表表示示、規(guī)則則表表示示、框架架表表示示和子程程序序表表示示等。。用產(chǎn)生生式式規(guī)規(guī)則則表達(dá)達(dá)知識(shí)識(shí)的的方方法法是目目前前專專家家系系統(tǒng)統(tǒng)中中應(yīng)應(yīng)用用最普普遍遍的一一種種方方法法。。二、、專專家家系系統(tǒng)統(tǒng)的的基基本本結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)及及其其功功能能2022/12/7233.數(shù)據(jù)據(jù)庫(kù)庫(kù)專家家系系統(tǒng)統(tǒng)中用用于于存放放反映映系系統(tǒng)統(tǒng)當(dāng)前前狀狀態(tài)態(tài)的事事實(shí)實(shí)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)的的場(chǎng)所所。包包括括：：用戶戶輸輸入入的的事事實(shí)實(shí)、已知知的的事事實(shí)實(shí)以及及推理理過(guò)過(guò)程程中中得得到到的的中中間間結(jié)結(jié)果果等。。動(dòng)態(tài)態(tài)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)庫(kù)庫(kù)：：保存存推理理過(guò)過(guò)程程中中，，產(chǎn)生生的中間間結(jié)結(jié)論論（包包括括最最終終結(jié)結(jié)論論）），，以以及及大量量的癥狀狀信信息息和推理理路路徑徑。二、、專專家家系系統(tǒng)統(tǒng)的的基基本本結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)及及其其功功能能2022/12/7244.推理理機(jī)機(jī)推理理機(jī)機(jī)是是專家家系系統(tǒng)統(tǒng)的靈魂魂，它它根據(jù)據(jù)當(dāng)前前輸輸入入信信息息和過(guò)去去歷歷史史情情況況，激活活知識(shí)識(shí)庫(kù)庫(kù)中中的的有關(guān)關(guān)規(guī)規(guī)則則，按按一一定定的的推推理理策策略略完成成證據(jù)據(jù)與假設(shè)設(shè)之間間的的映映射射關(guān)關(guān)系系。。推理理過(guò)過(guò)程程中中通通常常需需要要保存存推理理軌軌跡跡以期期對(duì)對(duì)診斷斷結(jié)結(jié)果果進(jìn)行行解釋釋推理理策策略略有有：：正向向推推理理、反向向推推理理和正反反向向混混合合推推理理三種種。。二、、專專家家系系統(tǒng)統(tǒng)的的基基本本結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)及及其其功功能能2022/12/7255.解釋程程序?qū)τ谠\斷結(jié)結(jié)果，若用用戶有有疑問(wèn)或不解，通過(guò)過(guò)解釋程程序?qū)υ\斷結(jié)結(jié)果、推理路路徑和癥狀信信息進(jìn)行解解釋，提高系統(tǒng)的的透明性性和可信性性；包括與系統(tǒng)推推理有有關(guān)的問(wèn)題題和與與系統(tǒng)統(tǒng)推理理無(wú)關(guān)關(guān)的系統(tǒng)自自身的問(wèn)題題。6.知識(shí)獲獲取研究如如何把“知識(shí)”從人類專專家大腦中提取和總結(jié)出來(lái)，，并且且保證所獲取取的知識(shí)間間的一一致性性，它是是專家系系統(tǒng)開(kāi)開(kāi)發(fā)中中的一一道關(guān)關(guān)鍵工工序。二、專專家家系統(tǒng)統(tǒng)的基基本結(jié)結(jié)構(gòu)及及其功功能2022/12/726構(gòu)造專家系系統(tǒng)時(shí)，要求專業(yè)領(lǐng)領(lǐng)域的的專家和知識(shí)工工程師師密切合合作，總結(jié)和提取專家領(lǐng)領(lǐng)域知知識(shí)，把它它形式化化并編編碼存入計(jì)算機(jī)機(jī)中形形成知識(shí)庫(kù)庫(kù)。但是，專業(yè)業(yè)領(lǐng)域域知識(shí)識(shí)是啟發(fā)式式的，較難捕捉和和描述述，專業(yè)領(lǐng)領(lǐng)域?qū)＜彝ǔＩ朴谔峁┦率吕涣?xí)慣慣提供知知識(shí)，所以以，知識(shí)獲獲取被公認(rèn)認(rèn)為是是專家家系統(tǒng)統(tǒng)開(kāi)發(fā)發(fā)研究究中的的瓶頸問(wèn)問(wèn)題。二、專專家家系統(tǒng)統(tǒng)的基基本結(jié)結(jié)構(gòu)及及其功功能2022/12/7271.推理機(jī)機(jī)制推理：：根據(jù)一一個(gè)或或一些些判斷斷得出出另一一個(gè)判判斷的的思維過(guò)過(guò)程。推理所所根據(jù)的的判斷斷，稱為前提。由前提得出的判斷斷，稱為結(jié)論。在專家系統(tǒng)統(tǒng)中，推理機(jī)利用知識(shí)庫(kù)的知知識(shí)，按一定的的推理策略去解決當(dāng)前的問(wèn)題題。三、推理機(jī)機(jī)制2022/12/7282.三段論由且只由三個(gè)性質(zhì)判判斷組成，其中中兩個(gè)性質(zhì)判斷是是前提，另一個(gè)性性質(zhì)判斷是是結(jié)論。所有的推理理系統(tǒng)都是是智能系統(tǒng)；專家系統(tǒng)是推理系統(tǒng)；所以，專家家系統(tǒng)是智智能系統(tǒng)。大項(xiàng)中項(xiàng)小項(xiàng)三、推理機(jī)機(jī)制2022/12/7293.基于于規(guī)規(guī)則則的的演演繹繹前提提與與結(jié)結(jié)論論之之間間有有必然然性性聯(lián)聯(lián)系系的推推理理，，是是演繹繹推推理理。前提提與與結(jié)結(jié)論論之之間間的的這這種種聯(lián)聯(lián)系系可可由由一一般般的的蘊(yùn)涵涵表表達(dá)達(dá)式式直接接表表示示，成成為為知識(shí)識(shí)的的規(guī)規(guī)則則。例如如，所所有有的的哺乳乳動(dòng)動(dòng)物物都是是動(dòng)物物，可可以以寫(xiě)寫(xiě)成成如如下下的的蘊(yùn)涵涵式式：(x)[Mammal(x)→→Animal(x)]三、、推推理理機(jī)機(jī)制制2022/12/730利用用規(guī)則則進(jìn)行行演繹繹的系系統(tǒng)統(tǒng)，，通常常稱稱作作基于于規(guī)規(guī)則則的的演演繹繹系系統(tǒng)統(tǒng)。常常用用的的演演繹繹推推理理方方法法有有正向向、反向向和正反反向向聯(lián)聯(lián)合合三種種：：正向向演演繹繹系系統(tǒng)統(tǒng)定義義：：從一一組組事實(shí)實(shí)出出發(fā)發(fā)，不斷斷嘗嘗試試所有有可利利用用的的規(guī)規(guī)則則，并并在在此此過(guò)過(guò)程程中中不斷斷加加入入新事事實(shí)實(shí)，直直到到獲獲得得包含含目標(biāo)標(biāo)公公式式的的結(jié)結(jié)束束條條件件為止止。。特點(diǎn)點(diǎn)：：由數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)到到結(jié)結(jié)論論；；數(shù)據(jù)據(jù)驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)策策略略。。三、、推推理理機(jī)機(jī)制制2022/12/731反向演繹系系統(tǒng)定義：先提提出假設(shè)(結(jié)論)，然后去尋尋找支持這這個(gè)假設(shè)的的證。特點(diǎn)：由結(jié)論到數(shù)數(shù)據(jù)；目標(biāo)驅(qū)動(dòng)策策略。三、推理機(jī)機(jī)制2022/12/732正反向聯(lián)合合演繹系統(tǒng)統(tǒng)正向演繹系統(tǒng)和和反向演繹系統(tǒng)的的局限：正向系統(tǒng)可可以處理任意形式的的事實(shí)表達(dá)式式，但被限制在目標(biāo)表達(dá)式為由由文字析取組成的一些表達(dá)式式。反向系統(tǒng)可可以處理任意形式的的目標(biāo)表達(dá)式式，但被限制在事實(shí)表達(dá)式為由由文字合取組成的一些表達(dá)式式。正反向聯(lián)合演繹，，發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，克服其局限性。三、推理機(jī)機(jī)制2022/12/7334.歸納推理定義：由個(gè)別的事物物或現(xiàn)象推出該類事物或現(xiàn)象的普遍性規(guī)律律的推理。常見(jiàn)的推理理方法：簡(jiǎn)單枚舉法法、類比法、統(tǒng)計(jì)推理、因果關(guān)系法法等五種(契合法、差差異法、契契合差異并并用法、共共變法與剩剩余法)。三、推理機(jī)機(jī)制2022/12/7345.不精精確確推推理理定義義：基基于于不確確定定的的推推理理規(guī)規(guī)則則進(jìn)行行推理理，，形成成結(jié)論論。。常見(jiàn)見(jiàn)的不不精精確確推推理理方方法法：概率率論論方方法法可信信度度方方法法模糊糊子子集集法法證據(jù)據(jù)論論方方法法等等。。三、、推推理理機(jī)機(jī)制制2022/12/7351.一般般概概念念知識(shí)識(shí)表表示示是是計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)科科學(xué)學(xué)研研究究的的重要要領(lǐng)領(lǐng)域域，智智能能活活動(dòng)動(dòng)過(guò)過(guò)程程主主要要是是一一個(gè)個(gè)獲得得應(yīng)應(yīng)用用知知識(shí)識(shí)的的過(guò)過(guò)程程。智智能能活活動(dòng)動(dòng)的研研究究范范圍圍：知識(shí)識(shí)的的獲獲取取、知識(shí)識(shí)的的表表示示、知識(shí)識(shí)的的應(yīng)應(yīng)用用知識(shí)識(shí)表表示示的的基本本要要求求：可擴(kuò)擴(kuò)充充性性、簡(jiǎn)明明性性、明確確性性等。。知識(shí)識(shí)表表示示方法法：符號(hào)號(hào)邏邏輯輯法法、產(chǎn)生生式式規(guī)規(guī)則則、框架架理理論論、語(yǔ)義義網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)、特征征矢矢量量法法、過(guò)程程表表示示法法等。。四、、知知識(shí)識(shí)表表示示與與知知識(shí)識(shí)獲獲取取2022/12/7362.知識(shí)識(shí)的的符符號(hào)號(hào)邏邏輯輯表表示示法法優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)：邏輯輯表表示示的演繹繹結(jié)結(jié)果果在一定定范范圍圍內(nèi)內(nèi)保證證正正確確，而其他他知知識(shí)識(shí)表表示示方方案案，，至至今今還還未未達(dá)達(dá)到到這這一一點(diǎn)點(diǎn)。。邏輯輯表表示示從現(xiàn)有有事事實(shí)實(shí)推導(dǎo)導(dǎo)出出新事事實(shí)實(shí)的方方法法可可以以機(jī)械化。四、知識(shí)識(shí)表示與與知識(shí)獲獲取2022/12/737一階謂詞詞邏輯表表示法一階謂詞詞邏輯是是一種形式語(yǔ)言言系統(tǒng)，研究的的是假設(shè)與結(jié)論之間的蘊(yùn)含關(guān)系系，即用邏輯方法法研究推理的規(guī)規(guī)律。由于它與與自然語(yǔ)言言相似，故可用來(lái)表示人類的某某些知識(shí)識(shí)。四、、知知識(shí)識(shí)表表示示與與知知識(shí)識(shí)獲獲取取2022/12/738P(x,a)：指指x(某人)的身份為a，a為常量，可可以是teacher,studenut等；A(y,b)：指指y(某人)的年齡為b；GE(x,y)：指x≥y；E(u,e)：指指u(某人)的文化程度為e,e可分為high,middle和primary三擋；S(z,c)：指指z的性別為c,c的取值為male或female；W(w,d)：指w的工作年限(工齡)為d。四、知識(shí)表表示與知識(shí)識(shí)獲取2022/12/739例：：謂詞詞：：事實(shí)實(shí)：：P(Wang,teacher)：老王王的職職業(yè)業(yè)為為教師師；S(Wang,male)：老王王為男性性；W(Wang,20)：老王王工齡齡20年。。規(guī)則則：：(1)(x){P(x,teacher)→E(x,high)}：表示示：：所有有的的教教師師都具具有有大學(xué)學(xué)以以上上文文化化程程度度(2)("x){E(y,high)→($x)(A(y,x)GE(x,23))}：表示示：：所有有具具備備大學(xué)學(xué)文文化化程程度度以以上上的的人人，年齡齡一般般大于于或或等等于于23歲四、、知知識(shí)識(shí)表表示示與與知知識(shí)識(shí)獲獲取取2022/12/740(3)(z)(v){P(z,teacher)w(z,v)(w)EQ(w,ADD(v,23))→(x)(A(z,x)GE(x,w)}表示：：任何一位工齡為v的教員，其年年齡一一般大于或或等于于v+23問(wèn)題：：老王年年齡多多大？？四、知知識(shí)表表示與與知識(shí)識(shí)獲取取2022/12/741回答：：推理理，從已知事事實(shí)P(Wang,teacher)根據(jù)推理規(guī)規(guī)則(1)，經(jīng)變量置置換{x／Wang}后得:P(Wang,teacher)→E(Wang,high)即：“老王受受過(guò)高高等教教育”。由推理規(guī)規(guī)則(2)，經(jīng)變量置置換{y／Wang}后得：：E(Wang,high)→(x)(A(Wang,x)GE(x,23))即：“老王年年齡至至少是是23歲或23歲以上上”四、知知識(shí)表表示與與知識(shí)識(shí)獲取取2022/12/742從推理規(guī)則則(3)，利用事實(shí)P(Wang,teacher)和W(Wang,20)，經(jīng)變量置換換{z/Wang,v/20}，從另外的推推理路線線得：P(Wang,teacher)w(Wang,20)(w)EQ(w,ADD(20,23))→(x)(A(Wang,x)GE(x,w)得知：“老王年齡齡大于或或等于43歲”。四、知識(shí)識(shí)表示與與知識(shí)獲獲取2022/12/7433.產(chǎn)生生式式規(guī)規(guī)則則表表示示法法優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)：產(chǎn)生生式式規(guī)規(guī)則則之之間間相互互獨(dú)獨(dú)立立，，有有利利于于系系統(tǒng)統(tǒng)的的修修改改、、擴(kuò)擴(kuò)充充。。如如MYCIN醫(yī)學(xué)學(xué)咨咨詢?cè)兿迪到y(tǒng)統(tǒng)。。產(chǎn)生生式式系系統(tǒng)統(tǒng)中中，，論論域域知知識(shí)識(shí)分分成成兩兩部部分分：：事實(shí)實(shí)：：靜態(tài)態(tài)的的知知識(shí)識(shí)，，如如事事物物、、事事件件和和它它們們之之間間的的關(guān)關(guān)系系；；產(chǎn)生生式式規(guī)規(guī)則則：：推理理和和行行為為的的過(guò)過(guò)程程。。由由于于這這類類系系統(tǒng)統(tǒng)的的知知識(shí)識(shí)庫(kù)庫(kù)中中主主要要存存儲(chǔ)儲(chǔ)的的是是規(guī)規(guī)則則，，所所以以又又稱稱基于于規(guī)規(guī)則則的的系系統(tǒng)統(tǒng)。四、、知知識(shí)識(shí)表表示示與與知知識(shí)識(shí)獲獲取取2022/12/744事實(shí)實(shí)的的表表示示對(duì)于于孤立立的的事事實(shí)實(shí)，在在專專家家系系統(tǒng)統(tǒng)中中常常用用(特性性－－對(duì)對(duì)象象－－取取值值)三元元組組表表示示。。在在謂詞詞演演算算中關(guān)系系謂謂詞詞也常常以以這這種種形形式式表表示示。。如如：：(AgeWang-Feng38)(MenWang-FengTrue)(FatherWang-LingWang-Feng)四、、知知識(shí)識(shí)表表示示與與知知識(shí)識(shí)獲獲取取2022/12/745不完全知知識(shí)：(判斷，振振動(dòng)基頻頻分量振振幅占通通頻振幅幅60％以上，，基頻振振動(dòng)，0.9)(判斷，主主蒸汽壓壓力低于于規(guī)程標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，主主蒸汽壓壓力低，，1.0)上述規(guī)則則分別表示示：“振動(dòng)基基頻分量量振幅占占通頻振振幅60％以上判判斷為基基頻振動(dòng)動(dòng)”的置信度為90%“主蒸汽壓壓力低于于規(guī)程標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)為主主蒸汽壓壓力低””的置信度為100%。四、知識(shí)識(shí)表示與與知識(shí)獲獲取2022/12/746振動(dòng)峰峰值大

基頻振動(dòng)低頻振動(dòng)二倍頻振動(dòng)廣譜振動(dòng)

不平衡振動(dòng)熱彎曲油膜渦動(dòng)油膜振蕩支承問(wèn)題軸裂紋不對(duì)中摩擦

聯(lián)軸器問(wèn)題初始不平衡零部件脫落......

......汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)組故障樹(shù)樹(shù)四、知識(shí)表表示與知識(shí)識(shí)獲取2022/12/747對(duì)于各事實(shí)之間的的關(guān)系，常以樹(shù)狀結(jié)構(gòu)來(lái)表示：規(guī)則的表示示RULE=(<規(guī)則名>(IF<事實(shí)1>；若事實(shí)1成立且<事實(shí)2>；事實(shí)2成立且┇<事實(shí)n>)；事實(shí)n成立(THEN<結(jié)論1>；則結(jié)論1成立且<結(jié)論2>；結(jié)論2成立且┇<結(jié)論m>)；結(jié)論m成立四、知識(shí)表表示與知識(shí)識(shí)獲取2022/12/748規(guī)則2=基頻振振動(dòng)(如果振動(dòng)工工頻分分量占占通頻頻振幅幅的比比例大大于60％0.95；過(guò)臨界界轉(zhuǎn)速速對(duì)振振幅明明顯增增大，，且相相位變變化大大于100°0.8；穩(wěn)速時(shí)時(shí)，相相位不不隨時(shí)時(shí)間、、負(fù)荷荷而變變化0.8)；(則為不平衡衡故障障0.9)；置信度四、知知識(shí)表表示與與知識(shí)識(shí)獲取取2022/12/749但這種完全獨(dú)立立的規(guī)則集雖雖然增刪刪、修改改容易，，但尋找找可用規(guī)規(guī)則時(shí)只能順序進(jìn)行行，效率很很低。在實(shí)際專專家系統(tǒng)統(tǒng)中，由由于規(guī)則則較多，，所以總總是以某種方式式把有關(guān)規(guī)則則連接起來(lái)來(lái)，如建立立某種形式式的索引引文件。這樣既方便查找，又可把規(guī)則則存放在在磁盤(pán)上，避免把所有規(guī)規(guī)則調(diào)入入內(nèi)存造造成內(nèi)存存不足等等問(wèn)題。。例如：四、知識(shí)識(shí)表示與與知識(shí)獲獲取2022/12/750對(duì)于油膜振蕩蕩故障，可可以有如如下規(guī)則則：IF(油膜振蕩蕩)THEN(規(guī)則287,288,289,290,291,292,293,294,395)；同樣，對(duì)于決策性知知識(shí)，也可用用類似表表示法：：IF(油膜振蕩蕩)THEN(決策10,11,12,20,25)；決策序號(hào)規(guī)則序號(hào)四、知識(shí)識(shí)表示與與知識(shí)獲獲取2022/12/7514.框架理論論框架是一一種描述某種形態(tài)態(tài)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)，它由一組槽所組成。一般，，框架有有如下形形式：《框架名》《槽名1》《側(cè)面名11》(值111，值112，...)《側(cè)面名12》(值121，值122，...)┇《槽名2》《側(cè)面名21》(值211，值212，...)《側(cè)面名22》(值221，值222，...)┇四、知識(shí)識(shí)表示與與知識(shí)獲獲取2022/12/752框架架可用用來(lái)來(lái)描述述動(dòng)作作與與推推測(cè)測(cè)。例例如如，，在在工況況監(jiān)監(jiān)視視與與故故障障診診斷斷系統(tǒng)統(tǒng)中中有有：：動(dòng)作作框框架架類型型監(jiān)測(cè)測(cè)動(dòng)作作者者工況況監(jiān)監(jiān)視視與與故故障障診診斷斷系系統(tǒng)統(tǒng)被監(jiān)監(jiān)測(cè)測(cè)者者汽輪輪發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)組組可能能結(jié)結(jié)果果情況況1框架架情況況2框架架情況況3框架架四、、知知識(shí)識(shí)表表示示與與知知識(shí)識(shí)獲獲取取2022/12/753情況況1框架架類型型描述述對(duì)象象汽輪輪發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)組組反映映低壓壓轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子兩兩側(cè)側(cè)工頻頻振振動(dòng)動(dòng)大可能能結(jié)結(jié)果果低壓壓轉(zhuǎn)子子不不平平衡衡或熱彎彎曲曲情況況2框架架類型型描述述對(duì)象象汽輪輪發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)組組反映映各項(xiàng)項(xiàng)參數(shù)數(shù)正正常常可能能結(jié)結(jié)果果機(jī)組組工工作作正常常，繼繼續(xù)續(xù)正常常運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)四、、知知識(shí)識(shí)表表示示與與知知識(shí)識(shí)獲獲取取2022/12/754情況3框架類型描述對(duì)象汽輪發(fā)發(fā)電機(jī)機(jī)組反映軸振動(dòng)動(dòng)超限值值可能結(jié)結(jié)果報(bào)警，，停機(jī)檢修四、知知識(shí)表表示與與知識(shí)識(shí)獲取取2022/12/755框架也也可以以來(lái)描述一個(gè)概概念。如：：描述述軋鋼機(jī)機(jī)的框架架：軋鋼機(jī)機(jī)框架架類型用途(初軋機(jī)機(jī)框架，，連軋機(jī)機(jī)框架...)規(guī)格(650，850，1150，1700，...)結(jié)構(gòu)軋輥(軋輥框架)牌坊(機(jī)架框架)主傳動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)(傳動(dòng)系統(tǒng)框框架)電動(dòng)機(jī)機(jī)(電動(dòng)機(jī)框架架)四、知知識(shí)表表示與與知識(shí)識(shí)獲取取2022/12/756傳動(dòng)系系統(tǒng)框框架高速軸軸軸(帶飛輪，，不帶飛輪，，…)聯(lián)軸器器(剛性，，彈性性，…)小齒輪輪(漸開(kāi)線線，圓孤，…)軸承(滾動(dòng)，，滑動(dòng)動(dòng)，…)低速軸軸軸(帶動(dòng)一一架，，帶動(dòng)動(dòng)二架架，…)聯(lián)軸器器(齒輪聯(lián)軸器器，彈性聯(lián)軸器器)軸承(滾動(dòng)，，滑動(dòng)動(dòng)，…)大齒輪輪(漸開(kāi)線線，圓孤，…)┇四、知知識(shí)表表示與與知識(shí)識(shí)獲取取2022/12/7575.不精確知知識(shí)的表表示不精確知知識(shí)來(lái)源源：①知識(shí)并并非完全全可靠；；②知識(shí)不不完全；；③知識(shí)來(lái)來(lái)自多個(gè)個(gè)相沖突突的知識(shí)識(shí)源等；；④由于情情況的不不斷變化化，或在在對(duì)客觀觀事物所所掌握的的信息不完整整或不正正確的情情況下進(jìn)進(jìn)行推論論所導(dǎo)出出的結(jié)自自然也具有有不確定定性。四、知識(shí)識(shí)表示與與知識(shí)獲獲取2022/12/758不精確知識(shí)識(shí)的表示方方法：Bayes方法模糊集理論論決策因子表表示法，按按因子在決決策中所起的作用用分成：支持、反對(duì)、充分、矛盾等決策因子。。四、知識(shí)表表示與知識(shí)識(shí)獲取2022/12/7596.知識(shí)獲?。ǎC(jī)器學(xué)習(xí)習(xí)）知識(shí)獲取又又稱機(jī)器學(xué)習(xí)，是專家系系統(tǒng)中不可缺少的一個(gè)組成部分。。知識(shí)獲取的的理論是機(jī)器學(xué)習(xí)，它主要研究學(xué)習(xí)的計(jì)算算理論、學(xué)習(xí)主要方方法及其在專家系統(tǒng)統(tǒng)中的應(yīng)用用。知識(shí)獲取的的目的：使系統(tǒng)適應(yīng)不斷變化著著的客觀世界。。知識(shí)獲取被被公認(rèn)為專家系統(tǒng)開(kāi)開(kāi)發(fā)研究中中的瓶頸問(wèn)題。四、知識(shí)表表示與知識(shí)識(shí)獲取2022/12/760知識(shí)識(shí)獲獲取取的的基基本本步步驟驟認(rèn)識(shí)階段概念化階段形成化階段實(shí)現(xiàn)階段測(cè)試階段驗(yàn)收階段認(rèn)識(shí)問(wèn)題

的特征找出概念建立關(guān)系設(shè)計(jì)組織結(jié)構(gòu)建立知識(shí)庫(kù)及推理機(jī)制檢驗(yàn)知識(shí)

及系統(tǒng)功能試運(yùn)行提出要求形成概念確定知識(shí)表示及推理的方法原型系統(tǒng)再認(rèn)識(shí)再分析再設(shè)計(jì)再改進(jìn)四、、知知識(shí)識(shí)表表示示與與知知識(shí)識(shí)獲獲取取2022/12/761人工工神神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)與與專專家家系系統(tǒng)統(tǒng)專家家系系統(tǒng)統(tǒng)的的局局限限性性：：知識(shí)識(shí)獲獲取取的的瓶頸頸；難于于處理理多多個(gè)個(gè)領(lǐng)領(lǐng)域域?qū)＜壹抑R(shí)識(shí)間間的的相相互互矛矛盾盾；自學(xué)學(xué)習(xí)習(xí)能能力力幾乎乎沒(méi)有有；五、、人人工工神神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)與與專專家家系系統(tǒng)統(tǒng)2022/12/762窄臺(tái)階階效應(yīng)應(yīng)：專專家系系統(tǒng)能能以專家水水平處處理專家知知識(shí)領(lǐng)域以內(nèi)的問(wèn)題題，而而不能處理專家知知識(shí)識(shí)領(lǐng)域域以外的任何問(wèn)問(wèn)題；；現(xiàn)有邏邏輯理理論表達(dá)和單一一推理機(jī)機(jī)制的局限；運(yùn)行過(guò)過(guò)程中大量的人工干干預(yù)。。將神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)視為一類知識(shí)源源的表表達(dá)與處理模模型，與其它知識(shí)表表達(dá)模模型一起去去表達(dá)領(lǐng)域?qū)＜业牡闹R(shí)識(shí)?；谏裆窠?jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的的專家家系統(tǒng)統(tǒng)：利用神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造專家系系統(tǒng)，，把傳傳統(tǒng)專專家系系統(tǒng)的的基于符號(hào)號(hào)的推推理變成基于數(shù)數(shù)值運(yùn)運(yùn)算的的推理理，以提高專家系統(tǒng)的的執(zhí)行行效率率并解決專家系系統(tǒng)的的自學(xué)習(xí)習(xí)問(wèn)題題。五、人人工神神