專家控制系統(tǒng)習題答案

1、第五次智能控制大作業(yè)19212030353趙東鳧控制工程什么是專家系統(tǒng)？它具有哪些特點和優(yōu)點?專家系統(tǒng)是人工智能中最重要的也是最活躍的一個應用領(lǐng)域，它實現(xiàn)了人工智能從理論研究走向?qū)嶋H應用、從一般推理策略探討轉(zhuǎn)向運用專門知識的重大突 破。專家系統(tǒng)是早期人工智能的一個重要分支， 它可以看作是一類具有專門知識 和經(jīng)驗的計算機智能程序系統(tǒng)，一般采用人工智能中的知識表示和知識推理技術(shù) 來模擬通常由相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜也拍芙鉀Q的復雜問題。專家系統(tǒng)是一個基于知識的系統(tǒng)，它利用人類專家提供的專門知識，模擬人 類專家的思維過程，解決對人類專家都相當困難的問題。 一般來說，一個高性能 的專家系統(tǒng)應具備如下特點：1 .啟發(fā)

2、性。不僅能使用邏輯知識，也能使用啟發(fā)性知識，它運用規(guī)范的專門 知識和直覺的評判知識進行判斷、推理和聯(lián)想，實現(xiàn)問題求解。2 .透明性。它使用戶在對專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不了解的情況下，可以進行相互交往， 并了解知識的內(nèi)容和推理思路，系統(tǒng)還能回答用戶的一些有關(guān)系統(tǒng)自身行為的問 題。3 .靈活性。專家系統(tǒng)的知識與推理機構(gòu)的分離，使系統(tǒng)不斷接納新的知識， 從而確保系統(tǒng)內(nèi)知識不斷增長以滿足商業(yè)和研究的需要。近20年來，專家系統(tǒng)獲得迅速發(fā)展，應用領(lǐng)域越來越廣，解決實際問題的能力越來越強，這是專家系統(tǒng)的優(yōu)良性能以及對國民經(jīng)濟的重大作用決定的。具體地說，專家系統(tǒng)的優(yōu)點包括下列幾個方面：1 .專家系統(tǒng)能夠高效率、準確、周

3、到、迅速和不知疲倦地進行工作。2 .專家系統(tǒng)解決實際問題時不受周圍環(huán)境的影響，也不可能遺漏忘記。3 .可以使專家的專長不受時間和空間的限制，以便推廣珍貴和稀缺的專家知識與經(jīng)驗。4 .專家系統(tǒng)能促進各領(lǐng)域的發(fā)展，它使各領(lǐng)域?qū)＜业膶I(yè)知識和經(jīng)驗得到總 結(jié)和精煉，能夠廣泛有力地傳播專家的知識、經(jīng)驗和能力。5 .專家系統(tǒng)能匯集和集成多領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗以及他們協(xié)作解決重大 問題的能力，它擁有更淵博的知識、更豐富的經(jīng)驗和更強的工作能力。6 .軍事專家系統(tǒng)的水平是一個國家國防現(xiàn)代化和國防能力的重要標志之一。7 .專家系統(tǒng)的研制和應用，具有巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。8 .研究專家系統(tǒng)能夠促進整個科學技術(shù)的

4、發(fā)展。專家系統(tǒng)由哪些部分構(gòu)成？各部分的作用為何？專家系統(tǒng)通常由人機交互界面、知識庫、推理機、解釋器、綜合數(shù)據(jù)庫、知 識獲取等6個部分構(gòu)成。其中尤以知識庫與推理機相互分離而別具特色。專家系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)隨專家系統(tǒng)的類型、功能和規(guī)模的不同，而有所差異。為了使計算機能運用專家的領(lǐng)域知識，必須要采用一定的方式表示知識。目 前常用的知識表示方式有產(chǎn)生式規(guī)則、語義網(wǎng)絡(luò)、框架、狀態(tài)空間、邏輯模式、 腳本、過程、面向?qū)ο蟮取；谝?guī)則的產(chǎn)生式系統(tǒng)是目前實現(xiàn)知識運用最基本的 方法。產(chǎn)生式系統(tǒng)由綜合數(shù)據(jù)庫、知識庫和推理機3個主要部分組成，綜合數(shù)據(jù) 庫包含求解問題的世界范圍內(nèi)的事實和斷言。 知識庫包含所有用 如果：前提

5、， 于是：結(jié)果”形式表達的知識規(guī)則。推理機（又稱規(guī)則解釋器）的任務(wù)是運用 控制策略找到可以應用的規(guī)則。知識庫：知識庫用來存放專家提供的知識。專家系統(tǒng)的問題求解過程是通過 知識庫中的知識來模擬專家的思維方式的， 因此，知識庫是專家系統(tǒng)質(zhì)量是否優(yōu) 越的關(guān)鍵所在，即知識庫中知識的質(zhì)量和數(shù)量決定著專家系統(tǒng)的質(zhì)量水平。一般來說，專家系統(tǒng)中的知識庫與專家系統(tǒng)程序是相互獨立的，用戶可以通過改變、 完善知識庫中的知識內(nèi)容來提高專家系統(tǒng)的性能。人工智能中的知識表示形式有產(chǎn)生式、 框架、語義網(wǎng)絡(luò)等，而在專家系統(tǒng)中 運用得較為普遍的知識是產(chǎn)生式規(guī)則。產(chǎn)生式規(guī)則以IF - THEN-的形式出現(xiàn)，就像BASIC等編程語

6、言里的條件語句一樣，IF后面跟的是條件（前件），THEN 后面的是結(jié)論（后件）,條件與結(jié)論均可以通過邏輯運算 AND、OR、NOT進行 復合。在這里，產(chǎn)生式規(guī)則的理解非常簡單：如果前提條件得到滿足，就產(chǎn)生相 應的動作或結(jié)論。推理機：推理機針對當前問題的條件或已知信息，反復匹配知識庫中的規(guī)則，獲得新的結(jié)論，以得到問題求解結(jié)果。在這里，推理方式可以有正向和反向推理 兩種。正向鏈的策略是尋找出前提可以同數(shù)據(jù)庫中的事實或斷言相匹配的那些規(guī)則，并運用沖突的消除策略，從這些都可滿足的規(guī)則中挑選出一個執(zhí)行， 從而改 變原來數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容。這樣反復地進行尋找，直到數(shù)據(jù)庫的事實與目標一致即找 到解答，或者到?jīng)]有規(guī)

7、則可以與之匹配時才停止。逆向鏈的策略是從選定的目標出發(fā)， 尋找執(zhí)行后果可以達到目標的規(guī)則； 如 果這條規(guī)則的前提與數(shù)據(jù)庫中的事實相匹配， 問題就得到解決；否則把這條規(guī)則 的前提作為新的子目標，并對新的子目標尋找可以運用的規(guī)則， 執(zhí)行逆向序列的 前提，直到最后運用的規(guī)則的前提可以與數(shù)據(jù)庫中的事實相匹配， 或者直到?jīng)]有 規(guī)則再可以應用時，系統(tǒng)便以對話形式請求用戶回答并輸入必需的事實。由此可見，推理機就如同專家解決問題的思維方式， 知識庫就是通過推理機 來實現(xiàn)其價值的。其他部分：人機界面是系統(tǒng)與用戶進行交流時的界面。通過該界面，用戶輸 入基本信息、回答系統(tǒng)提出的相關(guān)問題，并輸出推理結(jié)果及相關(guān)的解釋等

8、。綜合數(shù)據(jù)庫專門用于存儲推理過程中所需的原始數(shù)據(jù)、 中間結(jié)果和最終結(jié)論, 往往是作為暫時的存儲區(qū)。解釋器能夠根據(jù)用戶的提問，對結(jié)論、求解過程做出 說明，因而使專家系統(tǒng)更具有人情味。知識獲取是專家系統(tǒng)知識庫是否優(yōu)越的關(guān)鍵，也是專家系統(tǒng)設(shè)計的瓶頸”問 題，通過知識獲取，可以擴充和修改知識庫中的內(nèi)容，也可以實現(xiàn)自動學習功能。專家系統(tǒng)程序與一般的問題求解軟件程序有何不同？開發(fā)專家系統(tǒng)與開發(fā)其他軟件的任務(wù)有什么不同？一般應用程序與專家系統(tǒng)的區(qū)別在于：前者把問題求解的知識隱含地編入程 序，而后者則其應用領(lǐng)域的問題求解知識單獨組成一個實體，即為知識庫。知識庫的處理是通過與知識庫分開的控制策略進行的。一般應用

9、程序把知識組織為兩級：數(shù)據(jù)級和程序級；大多數(shù)專家系統(tǒng)則將知 識組織成三級；數(shù)據(jù)、知識庫和控制。在數(shù)據(jù)級上，是已經(jīng)解決了的特定問題的說明性知識以及需要求解問題的有 關(guān)事件的當前狀態(tài)在知識庫級是專家系統(tǒng)的專門知識與經(jīng)驗。是否擁有大量知識是專家系統(tǒng)成 功與否的關(guān)鍵，因而知識表示就成為設(shè)計專家系統(tǒng)的關(guān)鍵。在控制程序級，根據(jù)既定的控制策略和所求解問題的性質(zhì)來決定應用知識庫 中的哪些知識。什么叫做專家控制和專家控制系統(tǒng)？專家控制是智能控制的一個重要分支，又稱專家智能控制。所謂專家控制， 是將專家系統(tǒng)的理論和技術(shù)同控制理論、 方法與技術(shù)相結(jié)合，在未知環(huán)境下，仿 效專家的經(jīng)驗，實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。專家控制試圖在

10、傳統(tǒng)控制的基礎(chǔ)上 “加入” 一個富有經(jīng)驗的控制工程師，實 現(xiàn)控制的功能，它由知識庫和推理機構(gòu)構(gòu)成主體框架， 通過對控制領(lǐng)域知識(先 驗經(jīng)驗、動態(tài)信息、目標等)的獲取與組織，按某種策略及時地選用恰當?shù)囊?guī)則 進行推理輸出，實現(xiàn)對實際對象的控制。專家控制系統(tǒng)：應用專家系統(tǒng)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)，稱為專家控制系統(tǒng)。專家控制系統(tǒng)有哪幾種類型？他們有何區(qū)別？專家控制器有時又稱為基于知識控制器。以基于知識控制器在整個系統(tǒng)中的 作用為基礎(chǔ)，可把專家控制系統(tǒng)分為直接專家控制系統(tǒng)和間接專家控制系統(tǒng)兩種。 在直接專家控制系統(tǒng)中，控制器向系統(tǒng)提供控制信號，并直接對受過程產(chǎn)生作用， 如圖1 (a) (b)所示。間接專家控制系統(tǒng)又可稱為監(jiān)控式專家控制系統(tǒng)或參數(shù)自 適應控制系統(tǒng)。上述兩種控制系統(tǒng)的主要區(qū)別是在知識的設(shè)計目標上。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： 訓練規(guī)則和機器規(guī)則。訓練規(guī)則由一系列產(chǎn)生式規(guī)則組成， 它