專家控制系統(tǒng)

1、1、什么是專家系統(tǒng)？它具有哪些特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)？答：1）專家系統(tǒng)：專家系統(tǒng)（Expert System是一種在特定領(lǐng)域內(nèi)具有專家水平解決問題能力的程序系統(tǒng)，其內(nèi)部含有大量的某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R(shí)與經(jīng)驗(yàn)，能夠利用人類專家的知識(shí)和解決問題的經(jīng)驗(yàn)方法來處理該領(lǐng)域的高水平難題。也就是說， 專家系統(tǒng)是一個(gè)具有大量的專門知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng)，它應(yīng)用人工智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，根據(jù)某領(lǐng)域個(gè)或多個(gè)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，以便解決那些需要人類專家才能處理好的復(fù)雜問題。簡(jiǎn)而言之，專家系統(tǒng)是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。2） 專家系統(tǒng)的特點(diǎn)： 啟發(fā)性： 專家系統(tǒng)要解決

2、的問題，其結(jié)構(gòu)往往是不合理的，其問題求解知識(shí)不僅包括理論知識(shí)和常識(shí)，而且包括專家本人的啟發(fā)知識(shí)； 透明性： 專家系統(tǒng)能夠解釋本身的推理過程和回答用戶提出的問題，以便讓用戶了解推理過程，增大對(duì)專家系統(tǒng)的信任感； 靈活性： 專家系統(tǒng)的靈活性是指它的擴(kuò)展和豐富知識(shí)庫(kù)的能力，以及改善非編程狀態(tài)下的系統(tǒng)性能，即自學(xué)習(xí)能力； 符號(hào)操作：與常規(guī)程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和數(shù)字計(jì)算不同，專家系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)符號(hào)處理和符號(hào)操作（運(yùn)算），使用符號(hào)表示知識(shí)，用符號(hào)集合表示問題的概念。一個(gè)符號(hào)是一串程序設(shè)計(jì)，并可用于表示現(xiàn)實(shí)世界中的概念； 不確定性推理：領(lǐng)域?qū)＜仪蠼鈫栴}的方法大多數(shù)是經(jīng)驗(yàn)性的，經(jīng)驗(yàn)知識(shí)一般用于表示不精確性并存在一定概率

3、的問何題。止匕外，所提供的有關(guān)問題的信息往往是不確定的。專家系統(tǒng)能夠綜合應(yīng)用模糊和不確定的信息與知識(shí)，進(jìn)行推理； 為解決特定領(lǐng)域的具體問題，除需要一些公共的常識(shí)，還需要大量與所研究領(lǐng)域問題密切相關(guān)的知識(shí)； 一般采用啟發(fā)式的解題方法； 在解題過程中除了用演繹方法外，有時(shí)還要求助于歸納方法和抽象方法； 需處理問題的模糊性、不確定性和不完全性； 能對(duì)自身的工作過程進(jìn)行推理（ 自推理或解釋） ； 采用基于知識(shí)的問題求解方法； 知識(shí)庫(kù)與推理機(jī)分離。3） 專家系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)： 專家系統(tǒng)能夠高效率、準(zhǔn)確、周到、迅速和不知疲倦地進(jìn)行工作； 專家系統(tǒng)解決實(shí)際問題時(shí)不受周圍環(huán)境的景響，也不可能遺漏和忘記； 可以使專家

4、的專長(zhǎng)不受時(shí)間和空間的限制，以便推廣珍貴和稀缺的專家知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)；專家系統(tǒng)能促進(jìn)各領(lǐng)域的發(fā)展，它使各領(lǐng)域?qū)＜业膶I(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)得到 總結(jié)和精煉，能夠廣泛有力地傳播專家的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和能力；專家系統(tǒng)能匯集多領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)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(shí)、更豐富的經(jīng)驗(yàn)和更強(qiáng)的工作能力； 軍事專家系統(tǒng)的水平是一個(gè)國(guó)家國(guó)防現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一；專家系統(tǒng)的研制和應(yīng)用，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益；研究專家系統(tǒng)能夠促進(jìn)整個(gè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。專家系統(tǒng)對(duì)人工智能各個(gè) 領(lǐng)域的發(fā)展起了很大的促進(jìn)作用，并將對(duì)科技、經(jīng)濟(jì)、國(guó)防、教育、社會(huì)和人民 生活產(chǎn)生極其深遠(yuǎn)的影響。2、專家系統(tǒng)由哪些部分構(gòu)成？各

5、部分的作用為何?1）專家系統(tǒng)的構(gòu)成：專家系統(tǒng)通常由人機(jī)交互界面、知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、解釋 器、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)獲取等6個(gè)部分構(gòu)成。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖如圖2-1所示：2）各部分的作用： 知識(shí)庫(kù)：是問題求解所需要的領(lǐng)域知識(shí)的集合， 包括基本事實(shí)、規(guī)則和 其他有關(guān)信息。知識(shí)的表示形式可以是多種多樣的，包括框架、規(guī)則、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò) 等等。知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)源于領(lǐng)域?qū)＜遥?是決定專家系統(tǒng)能力的關(guān)鍵，即知識(shí)庫(kù)中 知識(shí)的質(zhì)量和數(shù)量決定著專家系統(tǒng)的質(zhì)量水平。知識(shí)庫(kù)是專家系統(tǒng)的核心組成部 分。一般來說，專家系統(tǒng)中的知識(shí)庫(kù)與專家系統(tǒng)程序是相互獨(dú)立的，用戶可以通過改變、完善知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)內(nèi)容來提高專家系統(tǒng)的性能。 推理機(jī)：是實(shí)施問題求

6、解的核心執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它實(shí)際上是對(duì)知識(shí)進(jìn)行解釋 的程序，根據(jù)知識(shí)的語(yǔ)義，對(duì)按一定策略找到的知識(shí)進(jìn)行解釋執(zhí)行， 并把結(jié)果記 錄到動(dòng)態(tài)庫(kù)的適當(dāng)空間中。推理機(jī)的程序與知識(shí)庫(kù)的具體內(nèi)容無(wú)關(guān)， 即推理機(jī)和 知識(shí)庫(kù)是分離的，這是專家系統(tǒng)的重要特征。它的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)知識(shí)庫(kù)的修改無(wú)須改 動(dòng)推理機(jī)，但是純粹的形式推理會(huì)降低問題求解的效率。將推理機(jī)和知識(shí)庫(kù)相結(jié) 合也不失為一種可選方法。知識(shí)獲取：負(fù)責(zé)建立、修改和擴(kuò)充知識(shí)庫(kù)，是專家系統(tǒng)中把問題求解的 各種專門知識(shí)從人類專家的頭腦中或其他知識(shí)源那里轉(zhuǎn)換到知識(shí)庫(kù)中的一個(gè)重 要機(jī)構(gòu)。知識(shí)獲取可以是手工的，也可以采用半自動(dòng)知識(shí)獲取方法或自動(dòng)知識(shí)獲 取方法。 人機(jī)界面：是系統(tǒng)與用戶進(jìn)

7、行交流時(shí)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。系統(tǒng)輸出推理結(jié)果及相關(guān)的解釋也是通過人機(jī)交互界面。 綜合數(shù)據(jù)庫(kù)： 也稱為動(dòng)態(tài)庫(kù)或工作存儲(chǔ)器，是反映當(dāng)前問題求解狀態(tài)的集合， 用于存放系統(tǒng)運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的所有信息，以及所需要的原始數(shù)據(jù)，包括用戶輸入的信息、推理的中間結(jié)果、推理過程的記錄等。綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中由各種事實(shí)、 命題和關(guān)系組成的狀態(tài)，既是推理機(jī)選用知識(shí)的依據(jù)，也是解釋機(jī)制獲得推理路徑的來源。 解釋器 ： 用于對(duì)求解過程做出說明，并回答用戶的提問。兩個(gè)最基本的問題是“why”和“how”。解釋機(jī)制涉及程序的透明性，它讓用戶理解程序正在做什么和為什么這樣做，向用戶提供了關(guān)

8、于系統(tǒng)的一個(gè)認(rèn)識(shí)窗口。在很多情況下，解釋機(jī)制是非常重要的。為了回答“為什么”得到某個(gè)結(jié)論的詢問，系統(tǒng)通常需要反向跟蹤動(dòng)態(tài)庫(kù)中保存的推理路徑，并把它翻譯成用戶能接受的自然語(yǔ)言表達(dá)方式。3、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)有何不同？1）專家系統(tǒng)程序與一般的問題求解軟件程序的區(qū)別: 一般問題程序把問題求解的知識(shí)隱含地編入程序，而專家系統(tǒng)則將知識(shí)與運(yùn)用知識(shí)的過程即推理機(jī)分離。（ 使專家系統(tǒng)具有更大的靈活性，使系統(tǒng)易于修改 ） 傳統(tǒng)程序是依據(jù)某一確定的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來求解某一確定的問題，而專家系統(tǒng)是依據(jù)知識(shí)和推理來求解問題，這是專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)程序的最大區(qū)別。

9、傳統(tǒng)程序=數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法專家系統(tǒng)=知識(shí)+推理 從處理對(duì)象來看，傳統(tǒng)程序主要是面向數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)處理，而專家系統(tǒng)則面向符號(hào)處理。傳統(tǒng)程序處理的數(shù)據(jù)多是精確的，對(duì)數(shù)據(jù)的檢索是基于模式的布爾匹配，而專家系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)和知識(shí)大多是不精確的、模糊的， 知識(shí)的模式匹配也多是不精確的。 傳統(tǒng)程序一般不具有解釋功能，而專家系統(tǒng)一般具有解釋機(jī)構(gòu)，可對(duì)自己的行為作出解釋。 傳統(tǒng)程序因?yàn)槭歉鶕?jù)算法來求解問題，所以每次都能產(chǎn)生正確的答案，而專家系統(tǒng)則像人類專家那樣工作，通常產(chǎn)生正確的答案，但有時(shí)也會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的答案 （ 這也是專家系統(tǒng)存在的問題之一） 專家系統(tǒng)有能力從錯(cuò)誤中吸取教訓(xùn)，改進(jìn)對(duì)某一工作的問題求解能力。 從系

10、統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)來看，傳統(tǒng)程序與專家系統(tǒng)具有不同的結(jié)構(gòu)。2） 開發(fā)專家系統(tǒng)與開發(fā)其他軟件的任務(wù)的區(qū)別：一般應(yīng)用程序把知識(shí)組織為兩級(jí)：數(shù)據(jù)級(jí)和程序級(jí)；大多數(shù)專家系統(tǒng)則將知識(shí)組織成三級(jí)；數(shù)據(jù)、知識(shí)庫(kù)和控制。在數(shù)據(jù)級(jí)上，是已經(jīng)解決了的特定問題的說明性知識(shí)以及需要求解問題的有關(guān)事件的當(dāng)前狀態(tài)。在知識(shí)庫(kù)級(jí)是專家系統(tǒng)的專門知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)。是否擁有大量知識(shí)是專家系統(tǒng)成功與否的關(guān)鍵，因而知識(shí)表示就成為設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)的關(guān)鍵。在控制程序級(jí)，根據(jù)既定的控制策略和所求解問題的性質(zhì)來決定應(yīng)用知識(shí)庫(kù)中的哪些知識(shí)。4、什么叫做專家控制和專家控制系統(tǒng)？1）專家控制：專家控制（Expert Control）是智能控制的一個(gè)重要分支，又稱

11、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(yàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。專家控制試圖在傳統(tǒng)控制的基礎(chǔ)上 “加入” 一個(gè)富有經(jīng)驗(yàn)的控制工程師，實(shí)現(xiàn)控制的功能，它由知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)構(gòu)構(gòu)成主體框架，通過對(duì)控制領(lǐng)域知識(shí)（先驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)、動(dòng)態(tài)信息、目標(biāo)等）的獲取與組織，按某種策略及時(shí)地選用恰當(dāng)?shù)囊?guī)則進(jìn)行推理輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際對(duì)象的控制。3） 專家控制系統(tǒng)：專家控制系統(tǒng)（Expert Control System ECS更要指的是一個(gè)智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)， 其內(nèi)部含有大量的某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R(shí)與經(jīng)驗(yàn)，能夠利用人類專家的知識(shí)和解決問題的經(jīng)驗(yàn)方法來處理該領(lǐng)域的高

12、水平難題。也就是說，專家系統(tǒng)是一個(gè)具有大量的專門知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng)，它應(yīng)用人工智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，根據(jù)某領(lǐng)域一個(gè)或多個(gè)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，以便解決那些需要人類專家才能處理好的復(fù)雜問題。簡(jiǎn)而言之，專家系統(tǒng)是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。5、專家控制系統(tǒng)有哪幾種類型？它們有何區(qū)別？1）專家控制系統(tǒng)的分類： 直接型專家控制器：直接專家控制器用于取代常規(guī)控制器，直接控制生產(chǎn)過程或被控對(duì)象。具有模擬（或延伸，擴(kuò)展）操作工人智能的功能。該控制器的任務(wù)和功能相對(duì)比較簡(jiǎn)單，但是需要在線、實(shí)時(shí)控制。因此，其知識(shí)表達(dá)和知識(shí)庫(kù)也較簡(jiǎn)單，通常由幾十條產(chǎn)生式

13、規(guī)則構(gòu)成，以便于增刪和修改。如圖5-1 所示，I 一 1 ' - -1圖5-1直接型專家控制器 間接型專家控制器：間接型專家控制器用于和常規(guī)控制器相結(jié)合，組成對(duì)生產(chǎn)過程或被控對(duì)象進(jìn)行間接控制的智能控制系統(tǒng)。具有模擬（或延伸，擴(kuò)展）控制工程師智能的功能。該控制器能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化適應(yīng)、協(xié)調(diào)、組織等高層決策的 智能控制。如圖5-2所示。按照高層決策功能的性質(zhì)，間接型專家控制器可分為 以下幾種類型：a.優(yōu)化型專家控制器：是基于最優(yōu)控制專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和運(yùn)用。通過 設(shè)置整定值、優(yōu)化控制參數(shù)或控制器，實(shí)現(xiàn)控制器的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)優(yōu)化。b.適應(yīng)型專家控制器：是基于自適應(yīng)控制專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和運(yùn)用。

14、根 據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)和測(cè)試數(shù)據(jù)，相應(yīng)地調(diào)整控制規(guī)律，校正控制參數(shù)，修改整 定值或控制器，適應(yīng)生產(chǎn)過程、對(duì)象特性或環(huán)境條件的漂移和變化。c.協(xié)調(diào)型專家控制器：是基于協(xié)調(diào)控制專家和調(diào)度工程師的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和運(yùn)用。用以協(xié)調(diào)局部控制器或各子控制系統(tǒng)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)大系統(tǒng)的全局穩(wěn) 定和優(yōu)化。d.組織型專家控制器：是基于控制工程的組織管理專家或總設(shè)計(jì)師的知識(shí)和經(jīng) 驗(yàn)的總結(jié)和運(yùn)用。用以組織各種常規(guī)控制器，根據(jù)控制任務(wù)的目標(biāo)和要求， 構(gòu)成所需要的控制系統(tǒng)。e.間接型專家控制器：可以在線或離線運(yùn)行。通常，優(yōu)化型、適應(yīng)型需要在線、 實(shí)時(shí)、聯(lián)機(jī)運(yùn)行。協(xié)調(diào)型、組織型可以離線、非實(shí)時(shí)運(yùn)行，作為相應(yīng)的計(jì)算 機(jī)輔助系統(tǒng)。圖5-2間接型專家控制器2）區(qū)別：主要區(qū)別是在知識(shí)的設(shè)計(jì)目標(biāo)上。直接專家控制系統(tǒng)的基于知識(shí)控