智能控制導(dǎo)論 蔡志興版 教學(xué)課件3

1、1智能控制導(dǎo)論智能控制導(dǎo)論遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院自控系自控系呂明珠呂明珠2智能控制教學(xué)課件第第3 3章章 專家控制專家控制3.1 3.1 專家系統(tǒng)的基本概念專家系統(tǒng)的基本概念3.2 3.2 專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu)3.3 3.3 專家控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與類型專家控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與類型3.3.4 4 專家控制系統(tǒng)應(yīng)用舉例專家控制系統(tǒng)應(yīng)用舉例3.3.5 5 小結(jié)小結(jié)33.1 專家系統(tǒng)的基本概念專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)(Expert System)(Expert System)是一個具有智是一個具有智能特點的計算機軟件（系統(tǒng)）。它使用了人能特點的計算機軟件（系

2、統(tǒng)）。它使用了人類某個領(lǐng)域的專家知識，并將這些知識通過類某個領(lǐng)域的專家知識，并將這些知識通過編程嵌入到計算機內(nèi)部；計算機嵌入了這些編程嵌入到計算機內(nèi)部；計算機嵌入了這些知識后，可以通過友好的用戶界面同用戶進知識后，可以通過友好的用戶界面同用戶進行交流，并允許用戶向計算機提出一些問題。行交流，并允許用戶向計算機提出一些問題。它是一個智能程序系統(tǒng)；它是一個智能程序系統(tǒng)；它擁有專家知識；它擁有專家知識；模擬領(lǐng)域?qū)＜仪蠼鈫栴}的思維過程進行模擬領(lǐng)域?qū)＜仪蠼鈫栴}的思維過程進行推理，解決某一領(lǐng)域中的復(fù)雜問題推理，解決某一領(lǐng)域中的復(fù)雜問題。4 從編程思想看：傳統(tǒng)程序從編程思想看：傳統(tǒng)程序= =數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

3、+ +算法算法; ; 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)= =知識知識+ +推理推理 傳統(tǒng)程序把關(guān)于問題求解的知識隱含于程序中，傳統(tǒng)程序把關(guān)于問題求解的知識隱含于程序中，而專家系統(tǒng)則將知識（知識庫）與運用知識的過程而專家系統(tǒng)則將知識（知識庫）與運用知識的過程( (推理機推理機) )分離開來分離開來； 傳統(tǒng)程序主要面向數(shù)值計算和數(shù)據(jù)處理，專家系傳統(tǒng)程序主要面向數(shù)值計算和數(shù)據(jù)處理，專家系統(tǒng)則面向符號處理；統(tǒng)則面向符號處理； 傳統(tǒng)程序一般不具有解釋功能，而專家系統(tǒng)有解傳統(tǒng)程序一般不具有解釋功能，而專家系統(tǒng)有解釋機構(gòu)；釋機構(gòu)； 傳統(tǒng)程序與專家系統(tǒng)具有不同的結(jié)構(gòu)；傳統(tǒng)程序與專家系統(tǒng)具有不同的結(jié)構(gòu)； 傳統(tǒng)程序根據(jù)算法能產(chǎn)生

4、正確答案，而專家系統(tǒng)傳統(tǒng)程序根據(jù)算法能產(chǎn)生正確答案，而專家系統(tǒng)則可能會產(chǎn)生錯誤的答案；則可能會產(chǎn)生錯誤的答案；傳統(tǒng)程序一般都有算法解，而專家系統(tǒng)經(jīng)常要在不傳統(tǒng)程序一般都有算法解，而專家系統(tǒng)經(jīng)常要在不完全、不精確、不確定的信息基礎(chǔ)上作出結(jié)論。完全、不精確、不確定的信息基礎(chǔ)上作出結(jié)論。56設(shè)計型專家系統(tǒng)設(shè)計型專家系統(tǒng)（Expert Systemfor Design）根根據(jù)據(jù)任任務(wù)務(wù)要要求求，計計算算出出滿滿足足設(shè)設(shè)計計問問題題約約束束的的目目標(biāo)標(biāo)配配置。置。工工程程設(shè)設(shè)計計、電電路路設(shè)設(shè)計計、建建筑筑及及裝裝修修設(shè)設(shè)計計、服服裝裝設(shè)設(shè)計計、機機械設(shè)計及圖案設(shè)計械設(shè)計及圖案設(shè)計規(guī)劃型專家系統(tǒng)規(guī)劃型專

5、家系統(tǒng)（Expert Systemfor Planning）按按給給定定目目標(biāo)標(biāo)擬擬定定總總體體規(guī)規(guī)劃劃、行行動動計計劃劃、運運籌籌優(yōu)優(yōu)化化等等。機機器器人人動動作作控控制制、工工程程規(guī)規(guī)劃劃、軍軍事事規(guī)規(guī)劃劃、城城市市規(guī)規(guī)劃劃、生生產(chǎn)規(guī)劃等。產(chǎn)規(guī)劃等?？刂菩蛯＜蚁到y(tǒng)控制型專家系統(tǒng)（Expert Systemfor Control）根根據(jù)據(jù)具具體體情情況況，控控制制整整個個系系統(tǒng)統(tǒng)的的行行為為，適適用用于于對對各各種種大大型型設(shè)設(shè)備備及及系系統(tǒng)統(tǒng)進進行行控控制。制。代代 表表 性性 的的 專專 家家 系系 統(tǒng)統(tǒng) 有有YES/MVS（幫幫助助監(jiān)監(jiān)控控和和控控制制MVS操作系統(tǒng)的專家系統(tǒng)）操作系統(tǒng)

6、的專家系統(tǒng)）監(jiān)視型專家系統(tǒng)監(jiān)視型專家系統(tǒng)（Expert Systemfor Monitoring）根根據(jù)據(jù)監(jiān)監(jiān)測測到到的的現(xiàn)現(xiàn)象象與與正正常常情情況況相相比比，及及時時作作出出相相應(yīng)應(yīng)的分析和處理。的分析和處理。森森林林火火警警監(jiān)監(jiān)視視，機機場場監(jiān)監(jiān)視視，如如REACTOR（幫幫助助操操作作人人員員檢檢測測和和處處理理核核反反應(yīng)應(yīng)堆堆事事故故的專家系統(tǒng)）。的專家系統(tǒng)）。維護型專家系統(tǒng)維護型專家系統(tǒng)（Expert Systemfor Repair）對對發(fā)發(fā)生生故故障障的的系系統(tǒng)統(tǒng)、對對象象或或設(shè)設(shè)備備進進行行處處理理，制制定定糾糾錯錯方方案案，并并實實施施方方案案，使使其恢復(fù)正常。其恢復(fù)正常。調(diào)

7、試型專家系統(tǒng)調(diào)試型專家系統(tǒng)（Expert Systemfor Debugging）根根據(jù)據(jù)相相應(yīng)應(yīng)的的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)檢檢測測被被測測試試對對象象存存在在的的錯錯誤誤，并并能能從從多多種種糾糾錯錯方方案案中中選選出出適適用用 于于 當(dāng)當(dāng) 前前 情情 況況 的的 最最 佳佳方方案，排除錯誤。案，排除錯誤。7 1 9 7 61 9 7 6年年 ， 專 家 系 統(tǒng)， 專 家 系 統(tǒng) M Y C I NM Y C I N 由 美 國 斯 坦 福 大 學(xué) 的由 美 國 斯 坦 福 大 學(xué) 的E.H.ShortliffeE.H.Shortliffe開發(fā)成功，其主要設(shè)計目的是為細菌感染開發(fā)成功，其主要設(shè)計目的是為細

8、菌感染疾病提供抗菌劑治療建議。疾病提供抗菌劑治療建議。MYCINMYCIN還首次使用了目前專家還首次使用了目前專家系統(tǒng)中常用的知識庫的概念，并在不確定性的表示和處理系統(tǒng)中常用的知識庫的概念，并在不確定性的表示和處理中采用了可信度的方法。中采用了可信度的方法。 19761976年年，美國斯坦福大學(xué)國際研究所人工智能研究中，美國斯坦福大學(xué)國際研究所人工智能研究中心的心的R.O.DudaR.O.Duda等等人研制成功一個探礦專家系統(tǒng)人研制成功一個探礦專家系統(tǒng)ROSPECTORROSPECTOR，該系統(tǒng)把礦床模型按計算機能解釋的形式編碼，隨后利用該系統(tǒng)把礦床模型按計算機能解釋的形式編碼，隨后利用這些模

9、型進行推理，達到勘探評價、區(qū)域資源估值、鉆井這些模型進行推理，達到勘探評價、區(qū)域資源估值、鉆井井位選擇的目的。井位選擇的目的。 進入進入2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代年代以后，專家系統(tǒng)的研發(fā)開始趨于商以后，專家系統(tǒng)的研發(fā)開始趨于商品化。品化。 專家系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展專家系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展8由數(shù)字設(shè)備公司（由數(shù)字設(shè)備公司（DECDEC）和卡內(nèi)基）和卡內(nèi)基梅隆大學(xué)合作研發(fā)梅隆大學(xué)合作研發(fā)的專家系統(tǒng)的專家系統(tǒng)XCONXCON，是一個用于為，是一個用于為VAXVAX計算機系統(tǒng)制定硬件計算機系統(tǒng)制定硬件配置方案的商用系統(tǒng)，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益。配置方案的商用系統(tǒng)，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益。ACEACE是由貝爾實驗

10、室于是由貝爾實驗室于8080年代初開發(fā)的一個用于設(shè)備錯年代初開發(fā)的一個用于設(shè)備錯誤診斷的專家系統(tǒng)，用于定位和識別在電話網(wǎng)絡(luò)中的故障誤診斷的專家系統(tǒng)，用于定位和識別在電話網(wǎng)絡(luò)中的故障點。點。DELTADELTA則是由通用電氣公司在則是由通用電氣公司在8080年代中期開發(fā)的錯誤診年代中期開發(fā)的錯誤診斷系統(tǒng)，以幫助維修人員發(fā)現(xiàn)在柴油發(fā)電機中的故障。斷系統(tǒng)，以幫助維修人員發(fā)現(xiàn)在柴油發(fā)電機中的故障。專家系統(tǒng)的成就專家系統(tǒng)的成就9中國的情況中國的情況 我國專家系統(tǒng)的研發(fā)起步于我國專家系統(tǒng)的研發(fā)起步于2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代，開發(fā)成功年代，開發(fā)成功了許多具有實用價值的應(yīng)用型專家系統(tǒng)。了許多具有實用價值的

11、應(yīng)用型專家系統(tǒng)。需要進一步研究并加以解決的問題需要進一步研究并加以解決的問題知識的自動獲取方法、深層知識的表示和利用方法、知識的自動獲取方法、深層知識的表示和利用方法、分布式知識的處理方法以及知識的完備性等問題都是分布式知識的處理方法以及知識的完備性等問題都是要繼續(xù)探討和研究的。要繼續(xù)探討和研究的。10 專家系統(tǒng)的定義專家系統(tǒng)的定義專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)：專家系統(tǒng)是一個智能計算機程序：專家系統(tǒng)是一個智能計算機程序系統(tǒng)，是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問題的系統(tǒng)，是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問題的計算機程序系統(tǒng)。計算機程序系統(tǒng)?；谥R的專家基于知識的專家：專家系統(tǒng)是廣泛應(yīng)用專門：專家系統(tǒng)是廣泛應(yīng)用專門知識以

12、解決人類專家水平問題和人工智能的知識以解決人類專家水平問題和人工智能的一個分支。專家系統(tǒng)又稱為基于知識的專家一個分支。專家系統(tǒng)又稱為基于知識的專家系統(tǒng)。系統(tǒng)。3.1.1 專家系統(tǒng)的定義與一般結(jié)構(gòu)11專家系統(tǒng)具有三個方面的含義專家系統(tǒng)具有三個方面的含義： 它是一種它是一種具有智能的程序系統(tǒng)具有智能的程序系統(tǒng)。能運用專家知。能運用專家知識和經(jīng)驗進行推理的啟發(fā)式程序系統(tǒng)。識和經(jīng)驗進行推理的啟發(fā)式程序系統(tǒng)。 它必須它必須包含有大量專家水平的領(lǐng)域知識包含有大量專家水平的領(lǐng)域知識，并能，并能在運行過程中不斷地對這些知識進行更新。在運行過程中不斷地對這些知識進行更新。 它能它能應(yīng)用人工智能技術(shù)應(yīng)用人工智能技

13、術(shù)模擬人類專家求解問題模擬人類專家求解問題的推理過程，解決那些本來應(yīng)該由的推理過程，解決那些本來應(yīng)該由領(lǐng)域?qū)＜翌I(lǐng)域?qū)＜也拍懿拍芙鉀Q的復(fù)雜問題。解決的復(fù)雜問題。 12 對專家系統(tǒng)的類型劃分可以有多種不同的方法。不同對專家系統(tǒng)的類型劃分可以有多種不同的方法。不同的分類方法所得到的分類結(jié)果也不同。的分類方法所得到的分類結(jié)果也不同。 1. 1. 按專家系統(tǒng)特性和處理問題的類型分類按專家系統(tǒng)特性和處理問題的類型分類 海葉斯海葉斯羅斯（羅斯（F.HeyesF.Heyes-Roth)-Roth)等人按照專家系統(tǒng)的特等人按照專家系統(tǒng)的特性及處理問題的類型，將專家系統(tǒng)分為以下性及處理問題的類型，將專家系統(tǒng)分為以

14、下1010種類型。種類型。 （1 1）解釋型解釋型：通過對已知信息和數(shù)據(jù)進行分析和推理，：通過對已知信息和數(shù)據(jù)進行分析和推理，從而確定它們的含義，給出相應(yīng)解釋的一類專家系統(tǒng)。從而確定它們的含義，給出相應(yīng)解釋的一類專家系統(tǒng)。 （2 2）診斷型診斷型：根據(jù)輸入系統(tǒng)的有關(guān)被診斷對象的信息，：根據(jù)輸入系統(tǒng)的有關(guān)被診斷對象的信息，來推斷出相應(yīng)對象存在的故障和產(chǎn)生故障的原因，并進一來推斷出相應(yīng)對象存在的故障和產(chǎn)生故障的原因，并進一步給出排除故障方法的一類專家系統(tǒng)。步給出排除故障方法的一類專家系統(tǒng)。 13（3 3）設(shè)計型設(shè)計型：根據(jù)用戶輸入的設(shè)計要求數(shù)據(jù)，求解出滿足設(shè)：根據(jù)用戶輸入的設(shè)計要求數(shù)據(jù)，求解出滿足

15、設(shè)計要求的目標(biāo)配置方案的一種專家系統(tǒng)。計要求的目標(biāo)配置方案的一種專家系統(tǒng)。（4 4）預(yù)測型預(yù)測型：通過對過去知識以及當(dāng)前的事實與數(shù)據(jù)進行分：通過對過去知識以及當(dāng)前的事實與數(shù)據(jù)進行分析，推斷未來情況的一類專家系統(tǒng)。析，推斷未來情況的一類專家系統(tǒng)。（5 5）規(guī)劃型規(guī)劃型：根據(jù)給定的規(guī)劃目標(biāo)數(shù)據(jù)，制定出某個能夠達：根據(jù)給定的規(guī)劃目標(biāo)數(shù)據(jù)，制定出某個能夠達到目的的動作規(guī)劃或行動步驟的一類專家系統(tǒng)。到目的的動作規(guī)劃或行動步驟的一類專家系統(tǒng)。（6 6）監(jiān)視型監(jiān)視型：這是一類用于對被檢控對象進行實時地、不斷：這是一類用于對被檢控對象進行實時地、不斷地觀察，并能觀察到情況及時做出適當(dāng)反應(yīng)的專地觀察，并能觀察到

16、情況及時做出適當(dāng)反應(yīng)的專家系統(tǒng)。家系統(tǒng)。（7 7）控制型控制型：用來對一個受控對象或客體的行為進行適當(dāng)?shù)模河脕韺σ粋€受控對象或客體的行為進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)與管理，以使其滿足預(yù)期要求的一類專家系調(diào)節(jié)與管理，以使其滿足預(yù)期要求的一類專家系統(tǒng)。統(tǒng)。（8 8）調(diào)試型調(diào)試型：對失靈的對象制定出排除故障的規(guī)劃并實施排：對失靈的對象制定出排除故障的規(guī)劃并實施排除的一類專家系統(tǒng)除的一類專家系統(tǒng)。14（9)9)教學(xué)型教學(xué)型：是一類可根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的特點，制定適當(dāng)是一類可根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的特點，制定適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)計劃和教學(xué)方法，以對學(xué)生進行教學(xué)和輔導(dǎo)的專的教學(xué)計劃和教學(xué)方法，以對學(xué)生進行教學(xué)和輔導(dǎo)的專家系統(tǒng)。家系統(tǒng)。 (10)

17、(10)修理型修理型：對發(fā)生故障的系統(tǒng)或設(shè)備進行處理，使對發(fā)生故障的系統(tǒng)或設(shè)備進行處理，使其恢復(fù)正常工作的一類專家系統(tǒng)。其恢復(fù)正常工作的一類專家系統(tǒng)。 除了以上這除了以上這1010種類型的專家系統(tǒng)外，決策型和管理種類型的專家系統(tǒng)外，決策型和管理型的專家系統(tǒng)也是近年來頗受人們重視的兩類專家系統(tǒng)。型的專家系統(tǒng)也是近年來頗受人們重視的兩類專家系統(tǒng)。 152 2、按系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)分類、按系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)分類 (1)(1)集中式專家系統(tǒng)集中式專家系統(tǒng) 這是一類對知識及推理進行集中管理的專家系統(tǒng)。對于這類專家這是一類對知識及推理進行集中管理的專家系統(tǒng)。對于這類專家系統(tǒng)，又可根據(jù)系統(tǒng)知識庫與推理機構(gòu)的組織方式

18、，細分為層次式結(jié)系統(tǒng)，又可根據(jù)系統(tǒng)知識庫與推理機構(gòu)的組織方式，細分為層次式結(jié)構(gòu)、深構(gòu)、深- -淺雙層結(jié)構(gòu)、多層聚焦結(jié)構(gòu)及黑板結(jié)構(gòu)等專家系統(tǒng)。淺雙層結(jié)構(gòu)、多層聚焦結(jié)構(gòu)及黑板結(jié)構(gòu)等專家系統(tǒng)。 層次式結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)是指其推理機構(gòu)為多層機制，推理方式采用層次式結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)是指其推理機構(gòu)為多層機制，推理方式采用逐層推理的專家系統(tǒng)。逐層推理的專家系統(tǒng)。 深深淺雙層結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)是指系統(tǒng)的知識庫由兩個子知識庫構(gòu)成，淺雙層結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)是指系統(tǒng)的知識庫由兩個子知識庫構(gòu)成，其中一個稱為深層知識庫，用于存放問題領(lǐng)域內(nèi)的原理性知識，另一其中一個稱為深層知識庫，用于存放問題領(lǐng)域內(nèi)的原理性知識，另一個稱為淺層知識庫，用于存放

19、領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗知識。個稱為淺層知識庫，用于存放領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗知識。 多層聚焦結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)是指知識庫中的知識按動態(tài)分層組織的形多層聚焦結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)是指知識庫中的知識按動態(tài)分層組織的形式進行管理。式進行管理。 黑板結(jié)構(gòu)類型的專家系統(tǒng)一般用于求解比較復(fù)雜的問題，通常具黑板結(jié)構(gòu)類型的專家系統(tǒng)一般用于求解比較復(fù)雜的問題，通常具有多個知識庫和多個推理機。有多個知識庫和多個推理機。16 (2) (2) 分布式專家系統(tǒng)分布式專家系統(tǒng) 分布式專家系統(tǒng)是指將知識庫或分布式專家系統(tǒng)是指將知識庫或/ /和推理機分布在一和推理機分布在一個計算機網(wǎng)絡(luò)上的一類專家系統(tǒng)。主要特點是，系統(tǒng)中個計算機網(wǎng)絡(luò)上的一類專家系統(tǒng)。主要特

20、點是，系統(tǒng)中的知識庫及推理機在邏輯上和物理上都采用一種分布結(jié)的知識庫及推理機在邏輯上和物理上都采用一種分布結(jié)構(gòu)，其各機構(gòu)間通過計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互連，并在求解問構(gòu)，其各機構(gòu)間通過計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互連，并在求解問題的過程中，相互通信、相互協(xié)作。題的過程中，相互通信、相互協(xié)作。 (3) (3) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng) 采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行建造，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為體采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行建造，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為體系結(jié)構(gòu)實現(xiàn)知識表示和求解推理。這種類型的專家系統(tǒng)系結(jié)構(gòu)實現(xiàn)知識表示和求解推理。這種類型的專家系統(tǒng)目前尚處于研究階段。目前尚處于研究階段。 (4) (4) 符號系統(tǒng)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的專家系統(tǒng)符號

21、系統(tǒng)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的專家系統(tǒng) 將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與符號處理系統(tǒng)有機結(jié)合起來就用于專將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與符號處理系統(tǒng)有機結(jié)合起來就用于專家系統(tǒng)的知識表示與推理求解。家系統(tǒng)的知識表示與推理求解。17在總體上，專家系統(tǒng)還具有以下一些共同特在總體上，專家系統(tǒng)還具有以下一些共同特點：點： （1 1）啟發(fā)性）啟發(fā)性 （2 2）透明性）透明性 （3 3）靈活性）靈活性 （4 4）交互性）交互性 （5 5）推理有效性）推理有效性 （6 6）復(fù)雜性）復(fù)雜性 （7 7）實用性）實用性 （8 8）知識的專門性）知識的專門性 （9 9）易推廣）易推廣專家系統(tǒng)的一般特點專家系統(tǒng)的一般特點183.1.1 專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與類型專家系統(tǒng)的

22、結(jié)構(gòu)3.1 專家系統(tǒng)的基本概念人機接口人機接口解釋機構(gòu)解釋機構(gòu)知識獲取機構(gòu)知識獲取機構(gòu)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫推理機推理機知識庫知識庫用戶用戶領(lǐng)域?qū)＜翌I(lǐng)域?qū)＜抑R工程師知識工程師19接口知識庫解釋器計劃議程中間解調(diào)度器協(xié)調(diào)器執(zhí)行器用戶黑板推理機知識庫推理機專家知識輸入或提問答案理想專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖專家系統(tǒng)的簡化結(jié)構(gòu)圖201 推理機推理機 推理機是專家系統(tǒng)在解決問題時的思維推理核心，它是一組程序，用以模擬領(lǐng)域?qū)＜宜季S過程，以使整個專家系統(tǒng)能夠以邏輯方式進行問題求解。2 解釋器解釋器 解釋器是人與機接口相連的部件，它負責(zé)對專家系統(tǒng)的行為進行解釋，并通過人機接口界面提供給用戶。3 人人機接口機接口 人機接口是專

23、家系統(tǒng)的另一個關(guān)鍵組成部分，它是專家系統(tǒng)與外界進行通訊與交互的橋梁，由一組程序與相應(yīng)的硬件組成。21一般的專家系統(tǒng)是通過推理機與知識庫和綜合數(shù)據(jù)庫的一般的專家系統(tǒng)是通過推理機與知識庫和綜合數(shù)據(jù)庫的交互作用來求解領(lǐng)域問題的，其大致過程如下：交互作用來求解領(lǐng)域問題的，其大致過程如下：1 1） 根據(jù)用戶的問題對知識庫進行搜索，尋找有關(guān)的根據(jù)用戶的問題對知識庫進行搜索，尋找有關(guān)的知識；（知識；（匹配匹配）2 2） 根據(jù)有關(guān)的知識和系統(tǒng)的控制策略形成解決問題根據(jù)有關(guān)的知識和系統(tǒng)的控制策略形成解決問題的途徑，從而構(gòu)成一個假設(shè)方案集合；的途徑，從而構(gòu)成一個假設(shè)方案集合；3 3） 對假設(shè)方案集合進行排序，并挑

24、選其中在某些準(zhǔn)對假設(shè)方案集合進行排序，并挑選其中在某些準(zhǔn)則下為最優(yōu)的假設(shè)方案；（則下為最優(yōu)的假設(shè)方案；（沖突解決沖突解決）4 4） 根據(jù)挑選的假設(shè)方案去求解具體問題；（根據(jù)挑選的假設(shè)方案去求解具體問題；（執(zhí)行執(zhí)行）5 5） 如果該方案不能真正解決問題，則回溯到假設(shè)方如果該方案不能真正解決問題，則回溯到假設(shè)方案序列中的下一個假設(shè)方案，重復(fù)求解問題；案序列中的下一個假設(shè)方案，重復(fù)求解問題；6 6） 循環(huán)執(zhí)行上述過程，直到問題已經(jīng)解決或所有可循環(huán)執(zhí)行上述過程，直到問題已經(jīng)解決或所有可能的求解方案都不能解決問題而宣告能的求解方案都不能解決問題而宣告“無解無解”為止。為止。22在專家系統(tǒng)中，對知識應(yīng)用的

25、順序和選擇過程稱為控制策在專家系統(tǒng)中，對知識應(yīng)用的順序和選擇過程稱為控制策略，它決定著如何推理以及采用何種推理方式。正向推理略，它決定著如何推理以及采用何種推理方式。正向推理(Forward Reasoning)(Forward Reasoning)和反向推理和反向推理(Reverse Reasoning)(Reverse Reasoning)就是兩種就是兩種重要的控制策略重要的控制策略。 蘇格拉底是男人；蘇格拉底是男人；所有男人都屬于人類所有男人都屬于人類；人類必然要死亡；人類必然要死亡蘇格拉底是男人；蘇格拉底是男人；所有男人都屬于人類；所有男人都屬于人類；人類必然要死亡；人類必然要死亡；蘇

26、格拉底是人類蘇格拉底是人類蘇格拉底是男人；所蘇格拉底是男人；所有男人都屬于人類；有男人都屬于人類；人類必然要死亡；蘇人類必然要死亡；蘇格拉底是人類蘇格拉格拉底是人類蘇格拉底必然要死亡底必然要死亡蘇 格 拉 底蘇 格 拉 底是人類是人類最終狀態(tài)最終狀態(tài)人類必然要死人類必然要死亡；蘇格拉底亡；蘇格拉底是人類是人類蘇格拉蘇格拉底必然底必然要死亡要死亡23上例中，知識庫中的規(guī)則：上例中，知識庫中的規(guī)則：IF IF 蘇格拉底蘇格拉底= =TURE THEN TURE THEN 男人男人= =TURE.TURE.IF IF 男人男人= =TURE THEN TURE THEN 人類人類= =TURE.TU

27、RE.IF IF 人類人類= =TURE THEN TURE THEN 會死的會死的= =TURE.TURE. 24解釋機構(gòu)：順序規(guī)則建議取得由來。 顯示:會死的 = TRUE應(yīng)用規(guī)則:IF 人類 = TRUETHEN 會死的 = TRUE . 顯示:男人 = TRUE應(yīng)用規(guī)則:IF 蘇格拉底 = TRUETHEN 男人 = TRUE . 顯示:人類 = TRUE應(yīng)用規(guī)則:IF 男人 = TRUETHEN 人類 = TRUE .你說:蘇格拉底 = TRUE 建議證實.25推理機的工作過程如下：推理機的工作過程如下：推理機將知識庫中的規(guī)則前提與這些事實進推理機將知識庫中的規(guī)則前提與這些事實進行匹

28、配；一般是將每條規(guī)則的行匹配；一般是將每條規(guī)則的 取出來，取出來，驗證這些前提是否在數(shù)據(jù)庫中，若都在，則匹驗證這些前提是否在數(shù)據(jù)庫中，若都在，則匹配成功；不然的話，則取下一條規(guī)則進行匹配。配成功；不然的話，則取下一條規(guī)則進行匹配。把匹配成功的規(guī)則的把匹配成功的規(guī)則的 作為新的事實添作為新的事實添加到綜合數(shù)據(jù)庫中。加到綜合數(shù)據(jù)庫中。用更新后的綜合數(shù)據(jù)庫中的事實，重復(fù)上面用更新后的綜合數(shù)據(jù)庫中的事實，重復(fù)上面兩個步驟，直到某個事實就是意想中的結(jié)論或兩個步驟，直到某個事實就是意想中的結(jié)論或是不再有新的事實產(chǎn)生為止。是不再有新的事實產(chǎn)生為止。26開始令I(lǐng)1取出規(guī)則I的前件這些前提都在數(shù)據(jù)庫中嗎取出規(guī)則

29、I的結(jié)論這些結(jié)論是新事實嗎？將這些結(jié)論加入數(shù)據(jù)庫，并記下規(guī)則I還能產(chǎn)生新事實嗎令I(lǐng)I1結(jié)束是是否否否能否27例：農(nóng)產(chǎn)品專家系統(tǒng)規(guī)則庫：例：農(nóng)產(chǎn)品專家系統(tǒng)規(guī)則庫：R1R1: IF : IF 食物為綠色食物為綠色 = TURE= TURE THEN THEN 它是農(nóng)產(chǎn)品它是農(nóng)產(chǎn)品 = TURE .= TURE .R2R2: IF : IF 食物為精包裝食物為精包裝 = TURE= TURE THEN THEN 它是高檔食品它是高檔食品 = TURE .= TURE .R3R3: IF : IF 食物為冷凍食品或農(nóng)產(chǎn)品食物為冷凍食品或農(nóng)產(chǎn)品 = TURE= TURE THEN THEN 它是易壞食品

30、它是易壞食品 = TURE .= TURE .R4R4: IF : IF 食物重食物重5KG5KG且價廉又不易壞食品且價廉又不易壞食品 = TURE= TURE THEN THEN 它是家庭通用食品它是家庭通用食品 = TURE .= TURE .R5R5: IF : IF 食品易壞食品易壞, ,食物重食物重5KG5KG = TURE = TURE THEN THEN 它是牛肉它是牛肉 = TURE .= TURE .R6: IF R6: IF 食物重食物重5KG,5KG,且為農(nóng)產(chǎn)品且為農(nóng)產(chǎn)品 = TURE= TURE THEN THEN 它是西瓜它是西瓜 = TURE .= TURE .28

31、數(shù)據(jù)庫初始值為數(shù)據(jù)庫初始值為“食物為綠色，重食物為綠色，重5KG”5KG”正向推理過程正向推理過程（1 1） 第一次匹配第一次匹配，R1R1觸發(fā)，綜合數(shù)據(jù)庫更新數(shù)據(jù)為觸發(fā)，綜合數(shù)據(jù)庫更新數(shù)據(jù)為W1“W1“它是農(nóng)產(chǎn)品，食物為綠色，重它是農(nóng)產(chǎn)品，食物為綠色，重5KG”5KG”；（2 2） 以以W1W1為匹配數(shù)據(jù)，為匹配數(shù)據(jù)，第二次匹配第二次匹配，R1R1、R3R3、R6R6觸觸發(fā)，發(fā)，R1R1已執(zhí)行，將其刪除，執(zhí)行已執(zhí)行，將其刪除，執(zhí)行R3R3，綜合數(shù)據(jù)庫更新，綜合數(shù)據(jù)庫更新數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)為W2“W2“它是農(nóng)產(chǎn)品，易壞食品，食物為綠色，重它是農(nóng)產(chǎn)品，易壞食品，食物為綠色，重5KG”5KG”（3 3）

32、以以W2W2為匹配數(shù)據(jù)，為匹配數(shù)據(jù)，第三次匹配第三次匹配，R1R1、R3R3、R5R5、R6R6觸發(fā)，觸發(fā)，R1R1、R3R3已執(zhí)行，將它們刪除，執(zhí)行已執(zhí)行，將它們刪除，執(zhí)行R5R5，綜合，綜合數(shù)據(jù)庫更新數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)庫更新數(shù)據(jù)為W3“W3“它是農(nóng)產(chǎn)品，它是牛肉，易壞它是農(nóng)產(chǎn)品，它是牛肉，易壞食品，食物為綠色，重食品，食物為綠色，重5KG”5KG”，得出結(jié)論是牛肉，與事，得出結(jié)論是牛肉，與事實相違，實相違，此步因R5的不精確導(dǎo)致推理出錯；29（4 4） 重復(fù)以重復(fù)以W2W2為匹配數(shù)據(jù)，為匹配數(shù)據(jù)，第三次匹配第三次匹配，R1R1、R3R3、R5R5、R6R6觸發(fā)，觸發(fā)， R1R1、R3R3、R5R5

33、刪除，執(zhí)行刪除，執(zhí)行R6R6，綜合數(shù)，綜合數(shù)據(jù)庫更新數(shù)據(jù)為據(jù)庫更新數(shù)據(jù)為W4“W4“它是農(nóng)產(chǎn)品，它是西瓜，易壞食它是農(nóng)產(chǎn)品，它是西瓜，易壞食品，食物為綠色，重品，食物為綠色，重5KG”5KG”；（5 5） 以以W4W4為匹配數(shù)據(jù)，為匹配數(shù)據(jù)，第四次匹配第四次匹配， R1R1、R3R3、R5R5、R6R6觸發(fā)，觸發(fā)， R1R1、R3R3、R5R5、R6R6都已執(zhí)行，全部刪除，都已執(zhí)行，全部刪除，所有規(guī)則匹配完畢，所以綜合數(shù)據(jù)庫所有規(guī)則匹配完畢，所以綜合數(shù)據(jù)庫W4“W4“它是農(nóng)產(chǎn)品，它是農(nóng)產(chǎn)品，它是西瓜，易壞食品，食物為綠色，重它是西瓜，易壞食品，食物為綠色，重5KG”5KG”，得到問，得到問題的

34、求解題的求解。 30反向推理反向推理(Reverse Reasoning)(Reverse Reasoning)就是用戶或就是用戶或系統(tǒng)提出一些假設(shè)，然后系統(tǒng)來驗證這些假設(shè)的系統(tǒng)提出一些假設(shè)，然后系統(tǒng)來驗證這些假設(shè)的真假性。它的推理過程可以理解為從目標(biāo)出發(fā)，真假性。它的推理過程可以理解為從目標(biāo)出發(fā)，反向使用規(guī)則進行推理。其具體過程如下：反向使用規(guī)則進行推理。其具體過程如下：1)1) 看假設(shè)是否在綜合數(shù)據(jù)庫當(dāng)中看假設(shè)是否在綜合數(shù)據(jù)庫當(dāng)中, ,若在，則若在，則假設(shè)成立，推理結(jié)束或進行下一個假設(shè)的驗證，假設(shè)成立，推理結(jié)束或進行下一個假設(shè)的驗證，否則，進行下一步。否則，進行下一步。2)2) 判斷這些假

35、設(shè)是不是證據(jù)結(jié)點，若是，判斷這些假設(shè)是不是證據(jù)結(jié)點，若是，系統(tǒng)向用戶提問。否則進入下一步。系統(tǒng)向用戶提問。否則進入下一步。3)3)找出結(jié)論部分包含這些假設(shè)的規(guī)則，把這找出結(jié)論部分包含這些假設(shè)的規(guī)則，把這些規(guī)則的所有前提作為新的假設(shè)。些規(guī)則的所有前提作為新的假設(shè)。重復(fù)重復(fù)1 1、2 2、3 3步。步。 反向推理反向推理 31開始提出假設(shè)此假設(shè)還在數(shù)據(jù)庫中嗎找出結(jié)論部分包含此假設(shè)的那些規(guī)則找出規(guī)則之一的1個前提作為新的假設(shè)此假設(shè)是否是證據(jù)節(jié)點此假設(shè)成立向用戶提問有此事實否？將事實記錄數(shù)據(jù)庫結(jié)束結(jié)束在是有無或或否否32哺乳動物哺乳動物食肉動物食肉動物該動物是金錢豹該動物是金錢豹該動物用乳汁哺育幼子？

36、該動物用乳汁哺育幼子？該動物會吃肉？該動物會吃肉？有暗斑點？有暗斑點？33不確定推理，又稱不精確推理（不確定推理，又稱不精確推理（Inexact Inexact ReasoningReasoning）, ,是指由于證據(jù)的不確定、規(guī)則是指由于證據(jù)的不確定、規(guī)則的不確定或研究方法的不確定，導(dǎo)致推理的的不確定或研究方法的不確定，導(dǎo)致推理的結(jié)果的不確定。結(jié)果的不確定。表示不確定信息的基本思想就是：將推理表示不確定信息的基本思想就是：將推理過程中所涉及的過程中所涉及的“事實事實”和和“規(guī)則規(guī)則”都賦上都賦上一個一個“可信度因子可信度因子”，即事實或規(guī)則的確信，即事實或規(guī)則的確信程度。可信度因子一般可以取

37、閉區(qū)間程度?？尚哦纫蜃右话憧梢匀￠]區(qū)間 1,11,1中的任何一個值，如果完全確定的話可信度中的任何一個值，如果完全確定的話可信度因子就是因子就是1 1，完全否定則取，完全否定則取1 1。不精確推理不精確推理34通常我們用通常我們用CFCF來表示可信度。來表示可信度。例如，例如，規(guī)則：規(guī)則： ififA AthenthenB CF(B,A)B CF(B,A)設(shè)：設(shè)：CFCF（A A）表示前提條件）表示前提條件A A的可信度；的可信度；CFCF（B B）表）表示結(jié)論示結(jié)論B B的可信度；的可信度；CFCF（B B，A A）表示從）表示從A A推出推出B B的可信度的可信度（可能性），即該規(guī)則的可信

38、度。（可能性），即該規(guī)則的可信度。 前提為單個條件時前提為單個條件時CFCF（B B）= CF(B,A)= CF(B,A)CF(A)CF(A)例如，規(guī)則的可信度為例如，規(guī)則的可信度為100%100%，即，即CFCF（B B，A A）=1=1，則則CFCF（B B）=CF=CF（A A）。）。 35前提條件以前提條件以“AND”AND”連接時連接時如果前提如果前提A A以以“AND”AND”連接了多個條件，例如連接了多個條件，例如A A（A1A1 A2A2 A3A3），則取前提條件中可信度的最小值作為），則取前提條件中可信度的最小值作為A A的可信度。的可信度。CFCF（A A）=CF=CF（A

39、1A1 A2A2 A3A3）min(CF(A1),CF(A2),CF(A3)min(CF(A1),CF(A2),CF(A3)C F ( B ) = C F ( B , A )C F ( B ) = C F ( B , A ) C F ( A ) = C F ( A ) = =CF(B,A)=CF(B,A)min(CF(A1),CF(A2),CF(A3)min(CF(A1),CF(A2),CF(A3) 36 前提條件以前提條件以“OR”O(jiān)R”連接時連接時如果前提如果前提A A以以“OR”O(jiān)R”連接了多個條件，例如連接了多個條件，例如A A（A1 A1 A2A2 A3A3），則取多個條件中可信度）

40、，則取多個條件中可信度的最大值作為的最大值作為A A的可信度。的可信度。C FC F （ A A ） ） C FC F （ A 1A 1 A 2A 2 A 3A 3 ） ） max(CF(A1),CF(A2),CF(A3)max(CF(A1),CF(A2),CF(A3)CF(B)=CF(B,A)CF(B)=CF(B,A)CF(A)= CF(A)= CF(B,A)CF(B,A)max(CF(A1),CF(A2),CF(A3)max(CF(A1),CF(A2),CF(A3) 37金錢豹金錢豹哺乳動物哺乳動物食肉動物食肉動物該動物用該動物用乳汁哺育乳汁哺育幼子？幼子？0.8該動物會該動物會吃肉？吃肉

41、？0.9該動物有該動物有暗斑點？暗斑點？10.50.950.6例：試求得出結(jié)論“金錢豹”的可信度，即計算CF（金錢豹）。38提示提示：CF(CF(哺乳動物哺乳動物)=CF(a)=CF(a)CF(CF(用乳汁哺育幼用乳汁哺育幼子子)=0.5)=0.50.8=0.40.8=0.4CF(CF(食肉動物食肉動物)=CF(b)=CF(b)CF(CF(會吃肉會吃肉)=0.95)=0.950.9=0.8550.9=0.855CF(CF(金錢豹金錢豹)= CF(c)= CF(c)min(CF(min(CF(哺乳動物哺乳動物),CF(),CF(食肉食肉動物動物),CF(),CF(有暗斑點有暗斑點)=0.6)=0

42、.60.4=0.240.4=0.24所以，得出結(jié)論所以，得出結(jié)論“金錢豹金錢豹”的可信度是的可信度是0.240.24。393.1.1 專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與類型專家系統(tǒng)的主要組成部分專家系統(tǒng)的主要組成部分 知識庫（知識庫（knowledge baseknowledge base）用于存儲某領(lǐng)域?qū)＜蚁到y(tǒng)的專門知識，包括事實、可行操用于存儲某領(lǐng)域?qū)＜蚁到y(tǒng)的專門知識，包括事實、可行操作與規(guī)則等作與規(guī)則等 綜合數(shù)據(jù)庫（綜合數(shù)據(jù)庫（global databaseglobal database）用于存儲領(lǐng)域或問題的初始數(shù)據(jù)和推理過程中得到的中間用于存儲領(lǐng)域或問題的初始數(shù)據(jù)和推理過程中得到的中間數(shù)據(jù)（信息），即被

43、處理對象的一些當(dāng)前事實。數(shù)據(jù)（信息），即被處理對象的一些當(dāng)前事實。推理機（推理機（reasoning machinereasoning machine）用于記憶所采用的規(guī)則和控制策略的程序，使整個專家系用于記憶所采用的規(guī)則和控制策略的程序，使整個專家系統(tǒng)能夠以邏輯方式協(xié)調(diào)地工作統(tǒng)能夠以邏輯方式協(xié)調(diào)地工作解釋器（解釋器（explainatorexplainator）能夠向用戶解釋專家系統(tǒng)的行為能夠向用戶解釋專家系統(tǒng)的行為接口（接口（interfaceinterface）它能夠使系統(tǒng)與用戶進行對話，使用戶能夠輸入必要的數(shù)它能夠使系統(tǒng)與用戶進行對話，使用戶能夠輸入必要的數(shù)據(jù)、提出問題和了解推理過程及

44、推理結(jié)果等據(jù)、提出問題和了解推理過程及推理結(jié)果等3.1 專家系統(tǒng)的概念403.1.2 專家系統(tǒng)的建造步驟專家系統(tǒng)的建造步驟專家系統(tǒng)的建造步驟 設(shè)計初始化知識庫設(shè)計初始化知識庫問題知識問題知識 化化知識概念化知識概念化形式規(guī)則化形式規(guī)則化規(guī)則合法化規(guī)則合法化 原型機的開發(fā)與試驗原型機的開發(fā)與試驗知識庫的改進與歸納知識庫的改進與歸納3.1 專家系統(tǒng)的基本概念413.1.3 建造專家系統(tǒng)的步驟與設(shè)計技巧專家系統(tǒng)的建造步驟專家系統(tǒng)的建造步驟 設(shè)計初始化知識庫設(shè)計初始化知識庫問題知識問題知識 化化知識概念化知識概念化形式規(guī)則化形式規(guī)則化規(guī)則合法化規(guī)則合法化 原型機的開發(fā)與試驗原型機的開發(fā)與試驗知識庫的改

45、進與歸納知識庫的改進與歸納3.1 專家系統(tǒng)的基本概念知識化概念化形式化規(guī)則化合法化問題知識概念結(jié)構(gòu)規(guī)則改進再設(shè)計形式重新闡述建造專家系統(tǒng)的步驟流程圖423.2 專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的類型專家系統(tǒng)的類型基于規(guī)則的專家系統(tǒng)基于規(guī)則的專家系統(tǒng)基于規(guī)則專家系統(tǒng)的工作模型基于規(guī)則專家系統(tǒng)的工作模型第3章 專家控制知識庫 （規(guī)則）工作存儲器（事實）推理機433.2.1 基于規(guī)則的專家系統(tǒng)基于規(guī)則專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基于規(guī)則專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)3.2 專家的主要類型及其結(jié)構(gòu)解釋器外部程序用戶界面工作存儲器開發(fā)界面知識庫推理機知識工程師用戶443.2.2 建造專家系統(tǒng)的步驟與設(shè)計技巧基于框架的專家系統(tǒng)基于框

46、架的專家系統(tǒng)面向目標(biāo)編程與基于框架設(shè)計面向目標(biāo)編程與基于框架設(shè)計基于框架的專家系統(tǒng)就是建立在框架的基礎(chǔ)之上基于框架的專家系統(tǒng)就是建立在框架的基礎(chǔ)之上的的面向目標(biāo)編程涉及其所有數(shù)據(jù)均以目標(biāo)的形式出面向目標(biāo)編程涉及其所有數(shù)據(jù)均以目標(biāo)的形式出現(xiàn)現(xiàn)基于框架專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的基于框架專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的與基于規(guī)則的專家系統(tǒng)的定義類似，基于框架的與基于規(guī)則的專家系統(tǒng)的定義類似，基于框架的專家系統(tǒng)是個人計算機程序，該程序使用一組包專家系統(tǒng)是個人計算機程序，該程序使用一組包含在知識庫內(nèi)的框架對工作存儲器內(nèi)的具體問題含在知識庫內(nèi)的框架對工作存儲器內(nèi)的具體問題信息進行處理信息進行處理3.2 專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu)4

47、53.2.3 基于模型的專家系統(tǒng)基于模型專家系統(tǒng)的提出基于模型專家系統(tǒng)的提出人工智能是對各種定性模型的獲得、表達及使用的人工智能是對各種定性模型的獲得、表達及使用的計算方法進行研究的學(xué)問計算方法進行研究的學(xué)問知識系統(tǒng)中的知識庫是由各種模型綜合而成的，而知識系統(tǒng)中的知識庫是由各種模型綜合而成的，而這些模型又往往是定性的模型。模型的建立與知識這些模型又往往是定性的模型。模型的建立與知識密切相關(guān)，模型概括了定性的物理模型和心理模型密切相關(guān)，模型概括了定性的物理模型和心理模型專家系統(tǒng)的設(shè)計，是由一些原理與運行方式不同的專家系統(tǒng)的設(shè)計，是由一些原理與運行方式不同的模型綜合而成模型綜合而成基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的專

48、家系統(tǒng)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的專家系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)支持專家系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)支持專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)支持神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)支持神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)協(xié)同式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)3.2 專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu)463.2.3 基于模型的專家系統(tǒng)專家控制系統(tǒng)定義專家控制系統(tǒng)定義專家控制系統(tǒng)專家控制系統(tǒng) 應(yīng)用專家系統(tǒng)的概念和技術(shù)，模擬應(yīng)用專家系統(tǒng)的概念和技術(shù)，模擬人類專家的控制知識與經(jīng)驗而建造的控制系統(tǒng)。人類專家的控制知識與經(jīng)驗而建造的控制系統(tǒng)。專家系統(tǒng)只對專門領(lǐng)域的問題完成咨詢作用，協(xié)專家系統(tǒng)只對專門領(lǐng)域的問題完成咨詢作用，協(xié)同用戶進行工作同用戶進行工作專家系統(tǒng)通常以離線的方式工作，而專家控制系專家系統(tǒng)通常以離線的方式

49、工作，而專家控制系統(tǒng)需要在線獲得動態(tài)信息，并對系統(tǒng)進行實時控統(tǒng)需要在線獲得動態(tài)信息，并對系統(tǒng)進行實時控制制3.2 專家系統(tǒng)的主要類型及其結(jié)構(gòu)473.3 專家控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與類型3.3.1 3.3.1 專家控制系統(tǒng)的控制要求與設(shè)計原則專家控制系統(tǒng)的控制要求與設(shè)計原則專家控制系統(tǒng)的控制要求專家控制系統(tǒng)的控制要求運行可靠性高運行可靠性高它通常具有方便的監(jiān)控能力它通常具有方便的監(jiān)控能力 決策能力強決策能力強決策是基于知識的控制系統(tǒng)的關(guān)鍵能力之一決策是基于知識的控制系統(tǒng)的關(guān)鍵能力之一 應(yīng)用通用性好應(yīng)用通用性好包括易于開發(fā)、示例多樣性、便于混合知識表示、全局?jǐn)?shù)包括易于開發(fā)、示例多樣性、便于混合知識表示、全

50、局?jǐn)?shù)據(jù)庫的活動維數(shù)、基本硬件的機動性、多種推理機制（如據(jù)庫的活動維數(shù)、基本硬件的機動性、多種推理機制（如假想推理、非單調(diào)推理和近似推理）以及開放式的可擴充假想推理、非單調(diào)推理和近似推理）以及開放式的可擴充結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)等 控制與處理的靈活性控制與處理的靈活性包括控制策略的靈活性、數(shù)據(jù)管理的靈活性、經(jīng)驗表示的包括控制策略的靈活性、數(shù)據(jù)管理的靈活性、經(jīng)驗表示的靈活性、解釋說明的靈活性、模式匹配的靈活性以及過程靈活性、解釋說明的靈活性、模式匹配的靈活性以及過程連接的靈活性等連接的靈活性等 擬人能力擬人能力專家控制系統(tǒng)的控制水平必須達到人類專家的水準(zhǔn)專家控制系統(tǒng)的控制水平必須達到人類專家的水準(zhǔn) 483.3

51、.1 專家控制系統(tǒng)的控制要求與設(shè)計原則專家控制器的設(shè)計原則專家控制器的設(shè)計原則模型描述的多樣性模型描述的多樣性解析模型解析模型離散事件模型離散事件模型模糊模型模糊模型規(guī)則模型規(guī)則模型基于模型的模型基于模型的模型在線處理的靈巧性在線處理的靈巧性控制策略的靈活性控制策略的靈活性決策機構(gòu)的遞階性決策機構(gòu)的遞階性推理與決策的實時性推理與決策的實時性3.3 專家控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與類型493.3.2 專家控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)專家控制器取代傳統(tǒng)控制的專家控制器取代傳統(tǒng)控制的PIDPID控制器，即構(gòu)成專控制器，即構(gòu)成專家控制系統(tǒng)。知識庫和推理機是專家控制器的核心家控制系統(tǒng)。知識庫和推理機是專家控制器的核心組成部分組成

52、部分3.3 專家控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與類型知識庫推理機工作存儲器受控裝置專家控制系統(tǒng)原理圖輸出專家控制器給對輸入RU指令輸入Y503.3.2 專家控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)專家控制器的典型專家控制器的典型結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)3.3 專家控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與類型用戶接口推理機知識庫D/A執(zhí)行器A/D傳感器控制算法數(shù)字處理領(lǐng)域數(shù)據(jù)執(zhí)行器控制器 監(jiān)控該裝置或過程的操作運行 檢查系統(tǒng)部件可能出現(xiàn)的失效或故障，替換有關(guān)故障部件或修改控制算法，以便維持系統(tǒng)的應(yīng)有性能在特殊情況下，選擇合適的控制算法來適應(yīng)系統(tǒng)參數(shù)或環(huán)境的變化513.3.2 專家控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工業(yè)專家控制器工業(yè)專家控制器KBKB存放工業(yè)過程控制的領(lǐng)域知識，存放工業(yè)過程控制的領(lǐng)

53、域知識，DBDB和和LALA組成組成 CRSCRS是對受控過程的各種控制模式和經(jīng)驗的歸納和是對受控過程的各種控制模式和經(jīng)驗的歸納和總結(jié)總結(jié) FRFRIPIP實現(xiàn)對信息的提取與加工，為決策和學(xué)習(xí)提實現(xiàn)對信息的提取與加工，為決策和學(xué)習(xí)提供依據(jù)供依據(jù) 3.3 專家控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與類型R傳感器對象知識庫(KB)控制規(guī)則集(CRS)特征識別與信息處理(FR&IP)推理機構(gòu)(IE)SIUKYGUe專家控制器(EC)523.3.2 專家控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)黑板專家控制系統(tǒng)黑板專家控制系統(tǒng)黑板（黑板（BBBB）、）、知識源（知識源（KSsKSs） 、控制器控制器 3.3 專家控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與類型輸入數(shù)據(jù) 用

54、戶接口知識源n黑板知識源1知識源2控制單元第1層第k層第(k-1)層第i層第2層533.3.3 專家控制系統(tǒng)的類型直接專家控制系統(tǒng)和間接專家控制系統(tǒng)直接專家控制系統(tǒng)和間接專家控制系統(tǒng)直接專家控制系統(tǒng)的基于知識控制器直接模仿人類直接專家控制系統(tǒng)的基于知識控制器直接模仿人類專家或人類的認知能力，并為控制器設(shè)計兩種規(guī)則：專家或人類的認知能力，并為控制器設(shè)計兩種規(guī)則：訓(xùn)練規(guī)則和機器規(guī)則訓(xùn)練規(guī)則和機器規(guī)則在間接專家系統(tǒng)中，智能（基于知識）控制器用于在間接專家系統(tǒng)中，智能（基于知識）控制器用于調(diào)整常規(guī)控制器的參數(shù)，監(jiān)控受控對象的某些特征調(diào)整常規(guī)控制器的參數(shù)，監(jiān)控受控對象的某些特征 3.3 專家控制系統(tǒng)的結(jié)

55、構(gòu)與類型基于知識控制過程過程常規(guī)控制器基于知識控制543.4 專家控制系統(tǒng)應(yīng)用舉例3.4.1 3.4.1 實時控制系統(tǒng)的特點與要求實時控制系統(tǒng)的特點與要求實時控制系統(tǒng)定義實時控制系統(tǒng)定義對受控過程表現(xiàn)出預(yù)定的足夠快的實時行為對受控過程表現(xiàn)出預(yù)定的足夠快的實時行為具有嚴(yán)格的響應(yīng)時間限制而與所有算法無關(guān)具有嚴(yán)格的響應(yīng)時間限制而與所有算法無關(guān)實時控制系統(tǒng)具有與外部環(huán)境及時交互作用的能力實時控制系統(tǒng)具有與外部環(huán)境及時交互作用的能力系統(tǒng)在與外部環(huán)境交互作用時，受到處理（控制）系統(tǒng)在與外部環(huán)境交互作用時，受到處理（控制）時間的約束時間的約束實時控制系統(tǒng)的具體要求和設(shè)計特點實時控制系統(tǒng)的具體要求和設(shè)計特點準(zhǔn)

56、確的表示知識與時間的關(guān)系。準(zhǔn)確的表示知識與時間的關(guān)系。具有快速和靈敏的上下文激活規(guī)則具有快速和靈敏的上下文激活規(guī)則能夠控制任意時變非線性過程能夠控制任意時變非線性過程553.4.1 實時控制系統(tǒng)的特點與要求實時控制系統(tǒng)的具體要求和設(shè)計特點實時控制系統(tǒng)的具體要求和設(shè)計特點能夠進行時序推理、并行推理和非單調(diào)推理能夠進行時序推理、并行推理和非單調(diào)推理修正序列的基本控制知識修正序列的基本控制知識具有中斷過程和異步時間處理能力具有中斷過程和異步時間處理能力及時獲取動態(tài)和靜態(tài)過程信息，以便于對控制系及時獲取動態(tài)和靜態(tài)過程信息，以便于對控制系統(tǒng)進行實時診斷統(tǒng)進行實時診斷有效回收不再需要的存儲元件，并保持傳感

57、器的有效回收不再需要的存儲元件，并保持傳感器的過程過程接受來自操作者的交互指令序列接受來自操作者的交互指令序列連接常規(guī)控制器和其他應(yīng)用軟件連接常規(guī)控制器和其他應(yīng)用軟件能夠進行多專家系統(tǒng)之間以及專家系統(tǒng)與用戶之能夠進行多專家系統(tǒng)之間以及專家系統(tǒng)與用戶之間的通信間的通信3.4 專家控制系統(tǒng)應(yīng)用舉例563.4.2 高爐監(jiān)控專家系統(tǒng)高爐管理系統(tǒng)的復(fù)雜數(shù)學(xué)模型高爐管理系統(tǒng)的復(fù)雜數(shù)學(xué)模型 數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析爐內(nèi)靜態(tài)狀況分析爐內(nèi)靜態(tài)狀況分析爐況診斷爐況診斷開發(fā)和建立專家系統(tǒng)對高爐控制的主要目的開發(fā)和建立專家系統(tǒng)對高爐控制的主要目的利用人工智能技術(shù)，建立準(zhǔn)備的控制系統(tǒng)利用人工智能技術(shù)，建立準(zhǔn)備的控制系統(tǒng)將高爐操作技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化將高爐操作技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化靈活處理經(jīng)常性的系統(tǒng)變化要求靈活處理經(jīng)常性的系統(tǒng)變化要求3.4 專家控制系統(tǒng)應(yīng)用舉例573.4.2