農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)及其開發(fā)工具(1)

1、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)及其開發(fā)工具農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)及其開發(fā)工具 研究生課程講座 Developing Tool for Expert Systems Developing Platform for Expert Systems Expert Systems in Agriculture Agricultural Expert Systems Intelligent Systems in Agriculture內(nèi)容：內(nèi)容： 概況概況 概念概念 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 技術(shù)技術(shù) 工具（平臺(tái)）工具（平臺(tái)） 步驟步驟 實(shí)例實(shí)例 未來未來一、概況一、概況1、二十一世紀(jì)最活躍的學(xué)科：生物技術(shù)、信息技術(shù) （數(shù)據(jù)庫、多媒體、網(wǎng)絡(luò)、人工智

2、能、3S 等）2、ES是人工智能（AI）的一個(gè)重要分支3、ES產(chǎn)生于70年代末，應(yīng)用于醫(yī)療、探礦、化學(xué)結(jié)構(gòu)4、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)開始于80年代初，如雄風(fēng)系列， Comax/Gossym CottonPlus 國際上有代表性的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)國際上有代表性的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng) Some main expert systems in agriculture 系統(tǒng)名稱 Type 研制者 Developer時(shí)間Time應(yīng)用領(lǐng)域Field of applicationPLANTA. G. Boulanger1978Diagnosing diseases for soybeanCFF. L. Xiong et al.19

3、83Crop fertilizationCOMAXH. Lemmon1986Cotton managementFOURRAGEJ. P. Patacq1987Optimization of forage productionCALEXE. R. Plant1989Cotton and rice management and peach tree controlCUEO. W. Morgan et al.1989Winter wheat variety selectionDHLESA. D. Whittaker et al.1989Milk production diagnosisMISTING

4、B. K. Jacobson et al.1989Propagation in greenhouseFinARSW. G. Bogges et al.1989Farm financial analysisKA(XF)F. L. Xiong et al.1990Developing tool for expert systems CROPESS. Mohan et al.1994Crop selection based on environmentGRAPEXS. Edress et al.1998Grape production management二、二、概念概念1、專家級(jí)、智能型的計(jì)算機(jī)程

5、序系統(tǒng)2、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) + 算法 = 程序 知識(shí) + 推理 = 專家系統(tǒng)3、功能：咨詢、診斷、預(yù)測、分析、決策人機(jī)交互接口人機(jī)交互接口知識(shí)獲取模塊知識(shí)獲取模塊知識(shí)庫知識(shí)庫解釋模塊解釋模塊數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫推理機(jī)推理機(jī)三、結(jié)構(gòu)三、結(jié)構(gòu)四、技術(shù)（知識(shí)工程）四、技術(shù)（知識(shí)工程） 知識(shí)獲取知識(shí)獲取 知識(shí)表示知識(shí)表示 知識(shí)運(yùn)用知識(shí)運(yùn)用1 1、人工獲取：知識(shí)工程師、人工獲取：知識(shí)工程師 領(lǐng)域?qū)＜翌I(lǐng)域?qū)＜? 2、半自動(dòng)獲?。合?qū)?、示例型、非編、半自?dòng)獲?。合?qū)汀⑹纠?、非?碼型工具軟件碼型工具軟件3 3、自動(dòng)獲?。河凶詫W(xué)習(xí)功能，如機(jī)器學(xué)、自動(dòng)獲?。河凶詫W(xué)習(xí)功能，如機(jī)器學(xué) 習(xí)、機(jī)器發(fā)現(xiàn)（活躍領(lǐng)域）習(xí)、機(jī)器發(fā)現(xiàn)（活

6、躍領(lǐng)域） KDD(Knowledge Discovery in Database) KDD(Knowledge Discovery in Database) （一）知識(shí)獲?。海ㄒ唬┲R(shí)獲取：“瓶頸瓶頸”（二）知識(shí)表示： 規(guī)則、框架、邏輯、語義網(wǎng)絡(luò)等1、規(guī)則組 = 規(guī)則架 + 規(guī)則體 RULE n IF THEN . RB 體規(guī)則 IF THEN 計(jì)算公式 2、綜合知識(shí)體、綜合知識(shí)體 = 描述性框架描述性框架 + 規(guī)則組規(guī)則組框架：FRAME 1 架名 STATE 狀態(tài)槽名（集） IF THEN （條件側(cè)面 PROCESS ） . DEFAULT（默認(rèn)側(cè)面） PROCESS 處理槽名 處理側(cè)面

7、ADVICE 無處理側(cè)面 （調(diào)用子框架或規(guī)則組）3、基于OOP的綜合知識(shí)體 = 知識(shí)體 對(duì)象塊 ASK（提問集）BEGIN（開始知識(shí)體） 控制對(duì)象塊KB（知識(shí)體） 對(duì)象塊 .RG（規(guī)則組對(duì)象塊） KB（功能） RULE n （規(guī)則組）END.（三）知識(shí)運(yùn)用（推理策略）（三）知識(shí)運(yùn)用（推理策略）1 1、正向推理：數(shù)據(jù)（事實(shí)）驅(qū)動(dòng)、正向推理：數(shù)據(jù)（事實(shí)）驅(qū)動(dòng)2 2、反向推理：目標(biāo)驅(qū)動(dòng)、反向推理：目標(biāo)驅(qū)動(dòng)3 3、混合推理、混合推理4 4、不確定性（不精確性）推理、不確定性（不精確性）推理 概率論概率論 (Bayes (Bayes模型）模型） 確定性理論（確定性理論（CFCF模型）模型） 證據(jù)理論（證

8、據(jù)理論（D-SD-S模型）模型） 模糊理論（模糊理論（P P模型、三模型、三I I模型）模型）合并算法合并算法3 3kkk1kjmjkk11)(111kijmjkiniki更新算法更新算法2 2更新算法更新算法1 1 特征展開三特征展開三I I模糊推理模型模糊推理模型 雄風(fēng)雄風(fēng)4.1的模糊的模糊EBNF定義定義 規(guī)則組:=規(guī)則架規(guī)則體規(guī)則架:= RULE規(guī)則號(hào)IF前提項(xiàng)集THEN結(jié)論項(xiàng)集規(guī)則號(hào):=整數(shù)前提項(xiàng)集:=前提項(xiàng)，前提特征系數(shù)項(xiàng)，前提項(xiàng)，前提特征系數(shù)項(xiàng)結(jié)論項(xiàng)集:=結(jié)論項(xiàng)，結(jié)論特征系數(shù)項(xiàng)，結(jié)論項(xiàng)，結(jié)論特征系數(shù)項(xiàng)前提項(xiàng):=因素 結(jié)論項(xiàng):=因素因素:=漢字串|字母串前提特征系數(shù)項(xiàng):=實(shí)變量結(jié)論

9、特征系數(shù)項(xiàng):=實(shí)變量實(shí)變量:=字母字母|數(shù)字規(guī)則體:= RB 模糊體規(guī)則集|計(jì)算規(guī)則集模糊體規(guī)則集模糊體規(guī)則集:=模糊規(guī)則；模糊規(guī)則；模糊規(guī)則:= IF模糊前提集THEN 模糊結(jié)論集規(guī)則支持度模糊傳遞函數(shù)；模糊前提集:=模糊前提邏輯符模糊前提模糊前提:=前提項(xiàng)=模糊值邏輯符:= AND|OR|NOT模糊結(jié)論集:=模糊結(jié)論；模糊結(jié)論；模糊結(jié)論:=結(jié)論項(xiàng)=模糊值|漢字串模糊值:= 模糊語言|模糊數(shù)規(guī)則支持度:= 數(shù)值；模糊傳遞函數(shù):= 更新算法1|更新算法2|合并算法3 計(jì)算規(guī)則集:=計(jì)算規(guī)則；計(jì)算規(guī)則；計(jì)算規(guī)則:=因素= 代數(shù)表達(dá)式5 5、其它推理方法、其它推理方法 常識(shí)推理常識(shí)推理 定性推理定

10、性推理 非單調(diào)推理非單調(diào)推理 基于案例推理（基于案例推理（CBRCBR）CBRCBR（Case-Based Reasoning)Case-Based Reasoning)是目前是目前構(gòu)建新型專家系統(tǒng)的最有效手段。構(gòu)建新型專家系統(tǒng)的最有效手段。YNYN1. 開 始2. 問題描述（氣象、病情）3. 目標(biāo)案例4. 案例檢索5. 初始案例集6. 案例Fuzzy匹配7. 有無相 似案例？16. 匹配失敗18. 調(diào)整值17. 提示，停止 8. 候選案例9. 候選案例是否唯一？10. 案例修正11. 新案例12. 預(yù)測趨勢曲線及防治建議13. 案例存儲(chǔ)14. 酥梨黑星病案例庫15. 案例庫維護(hù)例 基于案例模

11、糊推理的碭山酥梨黑星病預(yù)報(bào)系統(tǒng)五、工具（開發(fā)平臺(tái)）五、工具（開發(fā)平臺(tái)）1 1、雄風(fēng)（、雄風(fēng)（XFXF）2.02.0、2.12.1 DOSDOS下編譯、運(yùn)行下編譯、運(yùn)行 知識(shí)庫編輯：知識(shí)庫編輯：字處理軟件（字處理軟件（WordWord、 WPSWPS、寫字板、記事本等）；保存為、寫字板、記事本等）；保存為 * *.TXT.TXT文件文件 知識(shí)表示方法：規(guī)則組知識(shí)表示方法：規(guī)則組2 2、雄風(fēng)（、雄風(fēng)（XFXF）3.03.0、3.13.1 DOSDOS下編譯、下編譯、WindowsWindows下運(yùn)行下運(yùn)行 知識(shí)庫編輯：知識(shí)庫編輯：字處理軟件（字處理軟件（WordWord、 WPSWPS、寫字板、記

12、事本等）；保存為、寫字板、記事本等）；保存為 * *.TXT.TXT文件文件 知識(shí)表示方法：綜合知識(shí)體知識(shí)表示方法：綜合知識(shí)體3 3、雄風(fēng)（、雄風(fēng)（XFXF）4.04.0、4.14.1 WindowsWindows下編輯、編譯、運(yùn)行下編輯、編譯、運(yùn)行 知識(shí)庫編輯：自帶編輯軟件；知識(shí)庫編輯：自帶編輯軟件；保存為保存為 * *.TXT.TXT文件文件 知識(shí)表示方法：基于知識(shí)表示方法：基于OOPOOP的綜合知識(shí)體的綜合知識(shí)體六、步驟六、步驟1 1）問題（任務(wù)）及其分解）問題（任務(wù)）及其分解 推理網(wǎng)絡(luò)圖推理網(wǎng)絡(luò)圖 定性、定量細(xì)化定性、定量細(xì)化缺素原因葉片單位缺素量單株樹冠體積土壤單位缺素量干葉容重矯治

13、措施缺素量土壤容重土壤營養(yǎng)臨界值葉片營養(yǎng)分析值葉片營養(yǎng)臨界值土壤營養(yǎng)分析值土壤類型14缺素發(fā)生葉齡枝梢癥狀發(fā)生程度枝梢癥狀葉形癥狀發(fā)生程度葉形癥狀葉色癥狀出現(xiàn)程度葉色癥狀32 例 碭山酥梨營養(yǎng)診斷與矯治模糊專家系統(tǒng)推理網(wǎng)絡(luò)圖 知識(shí)體（架）推理網(wǎng)絡(luò)圖知識(shí)體（架）推理網(wǎng)絡(luò)圖規(guī)則對(duì)象塊推理網(wǎng)絡(luò)圖規(guī)則對(duì)象塊推理網(wǎng)絡(luò)圖2 2）知識(shí)庫建造（雄風(fēng)）知識(shí)庫建造（雄風(fēng)4.14.1）ASK（提問集） .BEGIN（開始知識(shí)體） 控制對(duì)象塊KB（知識(shí)體） 對(duì)象塊 .RG（規(guī)則組對(duì)象塊） KB（功能） RULE n （規(guī)則組）END. 總體結(jié)構(gòu)總體結(jié)構(gòu) 1）控制對(duì)象塊：）控制對(duì)象塊：IF THEN（對(duì)象塊（對(duì)象塊 n

14、） 對(duì)象塊對(duì)象塊 n 2）描述性對(duì)象塊：）描述性對(duì)象塊：ADVICE“字串字串” 3）計(jì)算對(duì)象塊：數(shù)據(jù)類型、計(jì)算符、邏輯符、）計(jì)算對(duì)象塊：數(shù)據(jù)類型、計(jì)算符、邏輯符、 函數(shù)等函數(shù)等 4）信息對(duì)象塊：輸入、輸出、提示等）信息對(duì)象塊：輸入、輸出、提示等 5）接口對(duì)象塊）接口對(duì)象塊對(duì)象塊類型對(duì)象塊類型接口對(duì)象塊形式接口對(duì)象塊形式1）多媒體文件）多媒體文件 ADVICE“（動(dòng)畫（動(dòng)畫=*.app）” ADVICE“（聲音（聲音=*.wav）” ADVICE“（圖象（圖象=*.bmp）”2）可執(zhí)行文件）可執(zhí)行文件 RUN COMMAND“Path *.exe”3）數(shù)據(jù)文件）數(shù)據(jù)文件 OPEN / READ *.txt DATABASE (SQL) *.dbf4）規(guī)則組對(duì)象塊規(guī)則組對(duì)象塊 RUN RULE 規(guī)則組對(duì)象名規(guī)則組對(duì)象名 . 功能名功能名5）知識(shí)體）知識(shí)體 知識(shí)體名知識(shí)體名( )3 3）知識(shí)庫檢驗(yàn)）知識(shí)庫檢驗(yàn) 語法檢驗(yàn)語法檢驗(yàn) 完備性檢驗(yàn)完備性檢驗(yàn) 一致性檢驗(yàn)一致性檢驗(yàn) 提示修改提示修改4 4）測試運(yùn)行（實(shí)際檢驗(yàn)）測試運(yùn)行（實(shí)際檢驗(yàn)） 正確性正確性 實(shí)用性實(shí)用性