廢物最少化專家系統(tǒng)的設計

1、廢物最少化專家系統(tǒng)的設計摘要環(huán)境專家系統(tǒng)是繼環(huán)境數(shù)據(jù)庫、環(huán)境管理信息系統(tǒng)之后出現(xiàn)的解決環(huán)境問 題的有用工具之一，目前已成為環(huán)境科學研究的熱點之一。 廢物最少化處理的問 題是如何在產前、產中、產后的生產全過程中減少廢物的數(shù)量、 降低廢物的毒性。 本文論述了廢物最少化專家系統(tǒng)的設計原則，即實用性原則、系統(tǒng)性原則、領域 專家與知識工程師相結合的原則、面向用戶原則、知識庫與推理機相分離的原則、 知識統(tǒng)一表示原則；提出的廢物最少化專家系統(tǒng)的結構，包括5個部分：知識庫、 推理機、數(shù)據(jù)庫、解釋器及人機接口；討論了廢物最少化專家系統(tǒng)的知識獲取方 法及知識表示模式；以鍍鉻行業(yè)為例建立了知識庫，并以M. I .專

2、家系統(tǒng)開發(fā)工具建立了鍍鉻行業(yè)廢物最少化專家系統(tǒng)。關鍵詞環(huán)境專家系統(tǒng)廢物最少化專家系統(tǒng)（ES）是人工智能（AI）的一個分支，產生于60年代中期。專家系統(tǒng)是一 個（或一組）能在某特定領域內，以專家水平去解決領域中困難問題的計算機程序 （黃可鳴1988,陳世福等1988, Waterman1986）.國外環(huán)境專家系統(tǒng)的研究起步 較晚，但發(fā)展較快。就美國環(huán)境專家系統(tǒng)的發(fā)展狀況而言（白乃彬1993），1985年前尚無環(huán)境專家系統(tǒng)，然而最近幾年發(fā)展很快，環(huán)境各個領域都出現(xiàn)了專家系 統(tǒng)，實用性強是它們的共同特點。從應用功能來分，有以下類型：評價、預測、 診斷、設計、管理、教育和生產控制等，其中大部分是環(huán)境評

3、價專家系統(tǒng)。國內 環(huán)境專家系統(tǒng)的研究從1987年開始，目前已有城市環(huán)境噪聲防治、城市污水處 理、水資源保護、區(qū)域大氣環(huán)境質量評價等方面的專家系統(tǒng)。本文首次報道廢物最少化專家系統(tǒng)的研究成果。1問題界定廢物最少化最早由美國提出，并已在很多國家得到實施。美國國家環(huán)境局對廢物 最少化的定義是：在可行的范圍內，減少產生的或隨之貯存、處理、處置的有害 廢物量。廢物最少化制度將環(huán)保部門通常使用的逆向反饋控制模式與生產部門通 常采用的正向控制模式結合起來：它不僅能減少廢物的數(shù)量和毒性，進而減少其 處理與處置成本，而且希望能減少生產成本、提高生產率和產品質量，增加收入。 廢物最少化以系統(tǒng)眼光分析解決問題，不僅僅

4、著眼于生產過程或廢物的處理過 程，而從產前、產中、產后全過程入手。因此，廢物最少化所處理的問題應是如 何在產前、產中、產后的生產全過程中減少廢物的數(shù)量、降低廢物的毒性。2廢物最少化專家系統(tǒng)的設計原則實用性建立廢物最少化專家系統(tǒng)是為的生產管理、環(huán)境管理提供技術咨詢服務的，系統(tǒng) 是否實用是系統(tǒng)成敗的一個重要標志。因此設計人員要緊密結合行業(yè)生產特點來 設計系統(tǒng)的功能，系統(tǒng)設計的每一個階段都應與該行業(yè)緊密結合， 并取得行業(yè)專 家的配合。系統(tǒng)性用系統(tǒng)工程方法，對廢物最少化專家系統(tǒng)進行全面的系統(tǒng)分析。廢物最少化強調 的是生產的全過程，應系統(tǒng)分析生產的各個環(huán)節(jié)，明確削減廢物的可能性及可行 性，確定系統(tǒng)在各個

5、環(huán)節(jié)的功能目標和作用界面。領域專家與知識工程師相結合對于一般的計算機應用系統(tǒng)來說，系統(tǒng)處理問題所使用的知識比較簡單、數(shù)量也 較少。程序設計人員同時扮演著領域專家及知識工程師的角色。對于專家系統(tǒng)來說，情況則大不相同。一方面專家系統(tǒng)要達到領域專家的水平， 就必須掌握領域 專家處理問題時所使用的大量專門知識， 特別是經(jīng)驗知識，另一方面專家系統(tǒng)是 一種很復雜的計算機程序，開發(fā)一個專家系統(tǒng)需要大量的計算機科學、特別是人 工智能和知識工程方面的知識。這就決定了廢物最少化專家系統(tǒng)的開發(fā)必須是知 識工程師、行業(yè)專家與環(huán)境管理專家密切合作、共同努力的過程。面向用戶系統(tǒng)的開發(fā)應貫穿為用戶服務的宗旨， 針對現(xiàn)有條件

6、及存在的問題，提出切實可 行的廢物最少化方案。系統(tǒng)應有較好的用戶界面，為增強用戶對系統(tǒng)信心，系統(tǒng) 應具有良好的解釋功能，以增加系統(tǒng)的透明度，提高系統(tǒng)的可接受性。知識庫與推理機相分離這是一般專家系統(tǒng)設計的基本原則，只有知識庫與推理機相分離，才能實現(xiàn)解釋 功能和知識獲取功能。盡量使用統(tǒng)一的知識表示方法這就便于對系統(tǒng)中的知識統(tǒng)一處理、 解釋和管理，從而使專家系統(tǒng)的實現(xiàn)工作相 對簡化。3廢物最少化專家系統(tǒng)的結構設計廢物最少化專家系統(tǒng)是全國范圍內推廣廢物最少化技術的有效手段，將為提供涉及廢物最少化技術的遠程、即時咨詢服務。系統(tǒng)開發(fā)堅持貫穿廢物最少化的綜合 設計思想。從診斷及技術經(jīng)濟分析著手，建立廢物最少

7、化專家系統(tǒng)知識庫用以存放廢物最少化技術的專門知識，由規(guī)則集及事實組成。因為專家系統(tǒng)的問 題求解是運用專家提供的專門知識來模擬專家的思維方式進行的，所以知識是決定一個專家系統(tǒng)性能是否優(yōu)越的關鍵因素。知識工程師一方面要頻繁地采訪專 家，從同專家的對話和專家以往處理問題的實例中提取專家知識（稱為知識獲?。?，另一方面.耍選擇合適的數(shù)據(jù)結構把獲取的專家知識進行形式化存入知識 庫中（稱為知識表示）。數(shù)據(jù)庫反映具體問題在當前水解狀態(tài)下的符號或事實的集合，它由問題的有關初始數(shù)據(jù)和系統(tǒng)求解期間所產生的所有中間信息組成。推理機在一定的控制策略下針對數(shù)據(jù)庫中的當前問題信息， 識別和選取知識庫中對當前 問題的可用知識

8、進行推理，以修改數(shù)據(jù)庫直至最終得出問題的求解結果。 推理的 控制策略常用的有數(shù)據(jù)驅動的正向推理方式、 目標驅動的逆向推理方式和正向與 逆向結合的混合推理方式3種。本設計采用目標驅動的逆向推理方式。 由于實際 問題的證據(jù)和知識庫中的知識常常含有不精確成份， 因此推理應具有不精確推理 功能。解釋器回答用戶對系統(tǒng)的提問，對系統(tǒng)得出結論的求解過程或系統(tǒng)的當前求解狀態(tài)提供 說明。人機接口將專家和用戶的輸入信息翻譯成系統(tǒng)可接受的內部形式，同時把系統(tǒng)向專家或用戶的輸出信息轉換為人類易于理解的形式。4知識獲取及形式化表示獲取知識并把知識表達成專家系統(tǒng)可用的形式， 是專家系統(tǒng)開發(fā)中的主要瓶頸之 一。專家系統(tǒng)的主

9、要知識源是領域專家。由于領域專家的知識絕大部分是啟發(fā)性 知識，這些知識多來源于經(jīng)驗，沒有正確性保障，一般不會寫入教科書或其它專 業(yè)書籍中。另一方面，對于行業(yè)專家和環(huán)境管理專家來說， 專家系統(tǒng)是一種新鮮 事物，他們并不真正了解構造專家系統(tǒng)需要什么知識、不需要什么知識，所以由他們整理出來的知識往往就能滿足構造專家系統(tǒng)的要求。因此，在知識獲取過程中，必須長時間同領域專家一起工作，通常要與領域專家進行一系列深入的系統(tǒng) 的面談，從專家對大量實例的分析中獲取專家解決問題的思路、知識、經(jīng)驗及規(guī)則。例如，對于鍍鉻行業(yè)廢物最少化專家系統(tǒng)而言， 廢物最少化技術涉及到配方 工藝、操作工藝、漂洗工藝、鉻霧回收工藝、廢

10、水處理及無害化工藝等方面，這 些方面知識的獲取就要與電鍍專家、 環(huán)境管理專家進行深入、細致的面談，確定 各個環(huán)節(jié)所需要的概念及各種概念之間的關系，同時還需確定問題的控制流程、 求解問題的約束條件等。建立知識庫的下一步工作是對獲取的知識進行形式化表示。知識表示模式有多 種，臺規(guī)則表示、框架表示和語義絡表示等。當用于表示在某領域中多年解決問 題積累的經(jīng)驗知識時，用規(guī)則表示方式是很合適的。規(guī)則用IF桾HEN語句表示。 對于鍍鉻行業(yè)廢物最少化專家系統(tǒng)。我們整理了 21條規(guī)則，該知識庫是一個多 目標知識庫。5系統(tǒng)的建立由于專家系統(tǒng)開發(fā)工具具有縮短系統(tǒng)開發(fā)周期、提高工作效率等優(yōu)點，我們以系統(tǒng)性能及人機接口

11、較好的 M. 1專家系統(tǒng)開發(fā)工具建立鍍鉻行業(yè)廢物最少化專家 系統(tǒng)。6結語a廢物最少化專家系統(tǒng)的開發(fā)具有明顯的現(xiàn)實意義：能及時有效地利用專家知識 和經(jīng)驗，避免了專家個人原因無法提供咨詢服務的困難；易于普及專家知識，可以在更大范圍內推廣廢物最少化技術和經(jīng)驗；避免讓專家進行雷同的咨詢，使專家能夠集中精力從事新的創(chuàng)新研究；為用戶提供靈活的建議，用戶可以根據(jù)該建 議所基于的系統(tǒng)推理過程自行決定接受建議與否。b專家系統(tǒng)開發(fā)工具能縮短系統(tǒng)開發(fā)周期、提高工作效率。由于每種人工智能基 本技術都有一定的局限性，所以用這些技術實現(xiàn)的各種專家系統(tǒng)開發(fā)工具也不可 避免地具有一定的局限性。因此能否選擇一個合適的工具是一項重要的工作。M. 1是一種適合于小型專家系統(tǒng)開發(fā)的專家系統(tǒng)開發(fā)工具，實踐證明，用M. 1建立廢物最少化專家系統(tǒng)是合適的。c廢物最少化專家系統(tǒng)的開發(fā)是一個長期的過程，是系統(tǒng)不斷修改、不斷完善的 進化過程。一方面由于廢物最少化本身是一個相對、動態(tài)的概念，廢物最少化技 術處于不斷完善之中；一個方面知識獲取是一項長期而艱苦的工作，需用大量實 例測試系統(tǒng)的