產(chǎn)品設(shè)計(jì)KBE使能技術(shù)

1、產(chǎn)品設(shè)計(jì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)2主講人：曾富洪攀枝花學(xué)院攀枝花學(xué)院2第十一章第十一章 基于知識(shí)的工程（基于知識(shí)的工程（KBE）技術(shù)）技術(shù)11.4.3 知識(shí)推理知識(shí)推理1）推理的基本概念）推理的基本概念推理就是以某種策略由己知判斷推出另一判斷的思維過程。一般來說，推理都包括兩種判斷:一種是己知的判斷，包括已掌握的與求解問題有關(guān)的知識(shí)及關(guān)于問題的已知事實(shí)；另一種是判斷推出的新判斷，即推理的結(jié)論。在KBE系統(tǒng)中，推理是由程序?qū)崿F(xiàn)的，稱為推理機(jī)。 推理的基本任務(wù)是從一種判斷推出另一種判斷，若從判斷推出的途徑來劃分，推理可分為演繹推理、歸納推理、默認(rèn)推理。 3第十一章第十一章 基于知識(shí)的工程（基于知識(shí)的工程（KBE）

2、技術(shù)）技術(shù)11.4.3 知識(shí)推理知識(shí)推理1）推理的基本概念）推理的基本概念 演繹推理是從全稱推理導(dǎo)出特稱判斷或單稱判斷的過程，即由一般性知識(shí)推出適合于某一種具體情況的結(jié)論。這是一種從一般到個(gè)別的推理。演繹推理有多種形式，經(jīng)常用的是三段論式，它包括:大前提:已知的一般性知識(shí)或假設(shè)。小前提:關(guān)于所研究的具體情況或個(gè)別情況的判斷。結(jié)論:由大前提推出的適合于小前提所示情況的新判斷。4第十一章第十一章 基于知識(shí)的工程（基于知識(shí)的工程（KBE）技術(shù)）技術(shù)11.4.3 知識(shí)推理知識(shí)推理1）推理的基本概念）推理的基本概念歸納推理:是一種從個(gè)別到一般的推理默認(rèn)推理：又叫缺省推理，是知識(shí)不完全的情況下作出的推理，

3、通常的形式是：如果沒有足夠的證據(jù)證明結(jié)論不不成立，則認(rèn)為結(jié)論是正確的 511.4.3 知識(shí)推理知識(shí)推理2) 推理的方式及分類推理的方式及分類 在人工知識(shí)智能領(lǐng)域中，根據(jù)知識(shí)的類型將推理方法分為以下三類:基于規(guī)則的推理(Rule-Based Reasoning, RBR)，基于實(shí)例的推理(Case-Based Reasoning, CBR) 、基于模型的推理(Modeling-based Reasoning, MBR),下面就人工智能領(lǐng)域的三種推理方式進(jìn)行介紹： 611.4.3 知識(shí)推理知識(shí)推理2) 推理的方式及分類推理的方式及分類(1) 基于規(guī)則的推理(RBR) 以產(chǎn)生式規(guī)則表示知識(shí)的推理，其

4、核心是演繹推理，從一組前提必然推導(dǎo)出某個(gè)結(jié)論，即三段論法。作為基本的推理方法，RBR目前應(yīng)用最為廣泛。RBR具有以下特點(diǎn)：具有很強(qiáng)的推理能力和較高的推理效率：知識(shí)表示形式簡單(通常為IF-THEN結(jié)構(gòu))，易于系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)：知識(shí)(規(guī)則)捉取困難，知識(shí)庫維護(hù)困難：RBS運(yùn)行效率隨規(guī)則庫規(guī)模的增大而迅速降低；構(gòu)造基于規(guī)則的KBS系統(tǒng)周期長；靠人工“移植”方式獲取專家知識(shí)：非結(jié)構(gòu)化的知識(shí)組織形式，求解復(fù)雜問題困難。711.4.3 知識(shí)推理知識(shí)推理例：例：事實(shí)事實(shí)：Fido會(huì)犬吠會(huì)犬吠(Barks)和咬人和咬人(Bites),否則否則Fido不是狗不是狗規(guī)則規(guī)則：所有的：所有的Terrier都是狗；所有會(huì)犬

5、吠的東西都是吵人的都是狗；所有會(huì)犬吠的東西都是吵人的(Noisy)目標(biāo)目標(biāo)：存在某個(gè)東西，除非它不是：存在某個(gè)東西，除非它不是Terrier,否則吵人否則吵人解：解：形式化表示形式化表示)()()(FidoDogFidoBitesFidoBarKs)()(:1xDogxTerrierxR)()(:2yNoisyyBarksyR)()(zNoisyzTerrierz(1) 基于規(guī)則的推理(RBR)811.4.3 知識(shí)推理知識(shí)推理解：解：標(biāo)準(zhǔn)化表示標(biāo)準(zhǔn)化表示)()()(FidoDogFidoBitesFidoBarKs)()(:1xTerrierxDogR)()(:2yNoisyyBarksR)(

6、)(zNoisyzTerrier(1) 基于規(guī)則的推理(RBR)911.4.3 知識(shí)推理知識(shí)推理解：解：求解求解(1) 基于規(guī)則的推理(RBR)()()(FidoDogFidoBitesFidoBarKs)()(FidoBitesFidoBarKs)(FidoDog)(FidoBarKs)(FidoBites)(yBarKs)(FidoNoisy)(1zNoisy目標(biāo)節(jié)點(diǎn)目標(biāo)節(jié)點(diǎn))(xDog)(FidoTerrier)(zTerrierR2Fido/yFido/Z1Fido/xR1Fido/z與與/或圖或圖1011.4.3 知識(shí)推理知識(shí)推理解圖置換：將所有變量的置換都作為置換元素，收集于一個(gè)解

7、圖置換：將所有變量的置換都作為置換元素，收集于一個(gè)置換中，并對(duì)其進(jìn)行復(fù)合處理，解圖一致說明演繹成功置換中，并對(duì)其進(jìn)行復(fù)合處理，解圖一致說明演繹成功(1) 基于規(guī)則的推理(RBR)設(shè)解圖中置換元素設(shè)解圖中置換元素ti/vi(i=1,n),ti為指示置換項(xiàng)，為指示置換項(xiàng)，vi為指示變量為指示變量建立兩個(gè)分別由建立兩個(gè)分別由ti和和vi構(gòu)成的表達(dá)式，構(gòu)成的表達(dá)式，U1=(v1,v2,vn),U2= =(t1,t2,tn)檢查檢查U1和和U2能否合一，若不能合一，則置換是不一能否合一，若不能合一，則置換是不一致的，進(jìn)而解圖不一致。若能合一，則建立起使致的，進(jìn)而解圖不一致。若能合一，則建立起使U1和和U

8、2合一的置換，稱為解圖置換合一的置換，稱為解圖置換S的合一復(fù)合，進(jìn)而解圖的合一復(fù)合，進(jìn)而解圖是一致的是一致的/,/,/,/1xFidozFidoyFidozFidoS 1111.4.3 知識(shí)推理知識(shí)推理(2) 基于實(shí)例的推理(CBR) RBR不具備學(xué)習(xí)能力，如果問題超出系統(tǒng)所描述的范疇，就顯得無能為力。CBR克服了上述缺陷，并且建立和維護(hù)相當(dāng)簡單，只需定義一致性的詞表，從領(lǐng)域?qū)＜夷抢锸占吕⒀b入事例庫即可。 CBR過程可以分為四個(gè)主要階段：事例檢索、事例復(fù)用、解決方案修正和事例保存。 1211.4.3 知識(shí)推理知識(shí)推理(2) 基于實(shí)例的推理(CBR)1311.4.3 知識(shí)推理知識(shí)推理(2)

9、基于實(shí)例的推理(CBR) 事例的表示 一般情況可將事例表示成一組特征，對(duì)于復(fù)雜情況，可將一個(gè)事例表示為一組相互關(guān)聯(lián)的子事例的集合，以形成問題的解的結(jié)構(gòu)。 事例的索引 CBR系統(tǒng)的效率很大程度上取決于從事例庫中檢索出適當(dāng)事例的能力，因此，必須對(duì)事例進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M織和索引。索引方法主要有：最近鄰法、歸納法和基于知識(shí)的方法等，許多系統(tǒng)使用這幾種方法的組合。 1411.4.3 知識(shí)推理知識(shí)推理(2) 基于實(shí)例的推理(CBR) 事例的檢索與事例的索引相對(duì)應(yīng)，檢索方法有：相聯(lián)檢索、層次檢索和基于知識(shí)的檢索等。 事例的修正 通過檢索得到與輸入事例最佳匹配的事例后，修正算法則將該事例由滿足大部分要求修正為滿足全

10、部要求。由于修正算法與具體的問題領(lǐng)域有關(guān)，故難以采用統(tǒng)一的方法，目前多數(shù)系統(tǒng)采用修正規(guī)則或領(lǐng)域模型；對(duì)復(fù)雜的情況，還可將事例庫中的若干事例“片段”組合起來以完成修正過程。在無法由計(jì)算機(jī)完成全部修正時(shí)，應(yīng)采用人工干預(yù)。1511.4.3 知識(shí)推理知識(shí)推理(2) 基于實(shí)例的推理(CBR)CBR具有以下特點(diǎn)：與人類專家的決策過程相吻合，更符合人類認(rèn)知過程；知識(shí)庫創(chuàng)建簡單、快速，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和系統(tǒng)學(xué)習(xí)； 具有高的推理效率，對(duì)過去求解結(jié)果的復(fù)用可避免每次從頭推導(dǎo)； 適用于弱知識(shí)領(lǐng)域； 求解全新問題時(shí)，缺乏相似事例指導(dǎo)，推理效率十分低下； 隨著事例庫增大，時(shí)間和空間復(fù)雜性將會(huì)提高； 細(xì)節(jié)技術(shù)多樣化，且無完整

11、、成熟的理論指導(dǎo)。1611.4.3 知識(shí)推理知識(shí)推理(3) 基于模型的推理基于模型的推理(MBR) 基于模型的推理(MBR)是根據(jù)反映事物內(nèi)部規(guī)律的客觀世界的模型進(jìn)行推理，具有代表性的是定性物理模型和因果模型。 定性物理模型是用定性方法描述技術(shù)系統(tǒng)的功能與行為，它可直接表示輸入條件(前提或原因)到輸出結(jié)果(現(xiàn)象或結(jié)論)的推理過程，稱之為定性推理。該方法將知識(shí)和推理合為一體，無須建立與修改獨(dú)立的知識(shí)庫，縮小了主觀思維與客觀事物的差距，較接近事物的本質(zhì)。 因果模型充分顯示了客觀事物內(nèi)部的因果關(guān)系，大大提高了系統(tǒng)的透明度和可理解性。1711.4.3 知識(shí)推理知識(shí)推理3）推理方法的集成）推理方法的集成

12、(1) CBRRBR集成如果將事例視為經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，則規(guī)則為原理性的知識(shí)?，F(xiàn)實(shí)中，求解問題時(shí)，這兩類知識(shí)顯然互為補(bǔ)充，因此CBR、RBR的集成從早期的CBR系統(tǒng)中便開始出現(xiàn)，如索引規(guī)則、修改規(guī)則、修正規(guī)則的采用等。雖然與RBR相比，CBR更符合領(lǐng)域?qū)＜业乃季S過程，但它并不獨(dú)立于傳統(tǒng)專家系統(tǒng)單獨(dú)存在，而是與規(guī)則相輔相成，從創(chuàng)成和變異兩個(gè)角度去解決問題，既可充分利用已有資源，又具有較好的柔性和適應(yīng)性，從而使整個(gè)系統(tǒng)推理決策具有更高的效率和更好的質(zhì)量。1811.4.3 知識(shí)推理知識(shí)推理3）推理方法的集成）推理方法的集成(2) CBRMBR集成 CBR適合求解常見問題，MBR則在求解中小型的新問題時(shí)優(yōu)勢(shì)明

13、顯，將兩者集成，通過某些局部模型的建立，有利于控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，從而提高系統(tǒng)的推理效率，更好地解決此類問題。目前將CBRMBR集成已有了一些成功的應(yīng)用，其集成方式可歸納為以下幾種： MBR組織問題的求解框架，將CBR結(jié)合進(jìn)來 以CBR組織問題的求解框架，推理過程的某些技術(shù)環(huán)節(jié)采用MBR CBR、MBR分別用于系統(tǒng)不同模塊，獨(dú)立實(shí)現(xiàn)各自的功能 1911.4.4 知識(shí)建模知識(shí)建模 知識(shí)發(fā)現(xiàn)的過程并非是提取和收集己有知識(shí)的過程，而是一個(gè)形成全新知識(shí)模型的過程，這個(gè)過程不是簡單地將人類知識(shí)直接映射到規(guī)則生成器中，而需用領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)產(chǎn)生一個(gè)滿足KBE功能的信息模型。 1) 基于符號(hào)的知識(shí)建?；诜?hào)的知

14、識(shí)建模 基于符號(hào)的方法是通過符號(hào)操作的形式化描述，建立問題求解的知識(shí)模型。在符號(hào)型知識(shí)模型中，知識(shí)常常采用產(chǎn)生式規(guī)則和語義網(wǎng)絡(luò)的方法表示。通過將知識(shí)用符號(hào)規(guī)范化描述后，建立設(shè)計(jì)問題、約束和設(shè)計(jì)結(jié)果之間的復(fù)雜關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)將非確定型的約束采用模糊集理論來描繪。該模型的知識(shí)控制策略是一種問題驅(qū)動(dòng)型，設(shè)計(jì)行為將問題和問題的解決方案聯(lián)系起來，如果問題的解決方案是一個(gè)新的問題，那么需要將其分解，如此循序漸進(jìn)，直至每個(gè)問題最終找到無需進(jìn)一步分解的結(jié)果。 2011.4.4 知識(shí)建模知識(shí)建模2) 基于構(gòu)形、工程、幾何的知識(shí)建?；跇?gòu)形、工程、幾何的知識(shí)建模 構(gòu)形知識(shí)(Configuration,C)指零件組合和幾何特征之間合適的匹配關(guān)系，主要包括決定產(chǎn)品構(gòu)成的規(guī)則、需求和關(guān)系。工程知識(shí) (Engineering, E)是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中集成的工藝和制造知識(shí)，它包括基于規(guī)則的工程分析知識(shí)、公式化規(guī)則等。 幾何知識(shí)(Geometry, G)是產(chǎn)品的三維和二維模型，是CAD系統(tǒng)的基本元素， 2111.4.4 知識(shí)建模知識(shí)建模整個(gè)產(chǎn)品幾何模型由若干個(gè)特征構(gòu)成。將各種工程和幾何約束以規(guī)則等形式表示，在特征定