機(jī)械控制工程精品課程7

1、Modern Control Engineering第第 12 章章 專家系統(tǒng)與專家控制專家系統(tǒng)與專家控制教材：教材：王萬良，現(xiàn)代控制工程，高等教育出版社，王萬良，現(xiàn)代控制工程，高等教育出版社，20112o 20世紀(jì)世紀(jì)80年代，專家系統(tǒng)被引入控制領(lǐng)域與控制理年代，專家系統(tǒng)被引入控制領(lǐng)域與控制理論相結(jié)合，尤其是啟發(fā)式推理與反饋控制理論相結(jié)論相結(jié)合，尤其是啟發(fā)式推理與反饋控制理論相結(jié)合，形成了專家控制系統(tǒng)，成為智能控制的一個(gè)重合，形成了專家控制系統(tǒng)，成為智能控制的一個(gè)重要分支，在工程中得到廣泛應(yīng)用。要分支，在工程中得到廣泛應(yīng)用。o 專家系統(tǒng)是專家控制系統(tǒng)的核心，本章首先簡(jiǎn)要介專家系統(tǒng)是專家控制系

2、統(tǒng)的核心，本章首先簡(jiǎn)要介紹專家系統(tǒng)的基本內(nèi)容，然后介紹專家控制系統(tǒng)的紹專家系統(tǒng)的基本內(nèi)容，然后介紹專家控制系統(tǒng)的基本概念、知識(shí)表示、基本推理方法和搜索策略?；靖拍睢⒅R(shí)表示、基本推理方法和搜索策略。最后介紹專家控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例。最后介紹專家控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例。第12章 專家系統(tǒng)與專家控制3第12章 專家系統(tǒng)與專家控制o 12.0 專家系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展專家系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展o 12.1 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng) o 12.2 專家控制系統(tǒng)專家控制系統(tǒng)o 12.3 專家控制系統(tǒng)的知識(shí)表示專家控制系統(tǒng)的知識(shí)表示o 12.4 專家控制系統(tǒng)的推理機(jī)專家控制系統(tǒng)的推理機(jī)o 12.5 專家控制系統(tǒng)的搜索技術(shù)專家控

3、制系統(tǒng)的搜索技術(shù)o 12.6 電腦充絨機(jī)專家控制系統(tǒng)電腦充絨機(jī)專家控制系統(tǒng)412.0 專家系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展第一階段第一階段 : 初創(chuàng)期（初創(chuàng)期（20世紀(jì)世紀(jì)60年代中期年代中期 20世紀(jì)世紀(jì)70年代初）年代初）第二階段第二階段: 成熟期（成熟期（20世紀(jì)世紀(jì)70年代中年代中 20世紀(jì)世紀(jì)80年代初）年代初）第三階段：發(fā)展期第三階段：發(fā)展期（20世紀(jì)世紀(jì)80年代至今）年代至今） 512.1.1 專家系統(tǒng)的概念專家系統(tǒng)的概念12.1.2 專家系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)12.1.3 實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)12.1 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)612.1.1 專家系統(tǒng)的概念 1. 定義定義 費(fèi)根鮑姆（費(fèi)根

4、鮑姆（E. A. Feigenbaum）：）： “專家系統(tǒng)是一種專家系統(tǒng)是一種智能的計(jì)算機(jī)程序智能的計(jì)算機(jī)程序，它運(yùn)用，它運(yùn)用知識(shí)知識(shí)和和推理推理來解決只有專家才能解決的復(fù)雜問題。來解決只有專家才能解決的復(fù)雜問題。” 專家系統(tǒng)：一類包含知識(shí)和推理的智能計(jì)算機(jī)程專家系統(tǒng)：一類包含知識(shí)和推理的智能計(jì)算機(jī)程序序 。712.1.1 專家系統(tǒng)的概念 2. 專家系統(tǒng)的基本組成專家系統(tǒng)的基本組成 推 理 機(jī)數(shù) 據(jù) 庫(kù)規(guī) 則 庫(kù)專 家系 統(tǒng) 用 戶知 識(shí) 獲 取推 理 咨 詢解 釋 程 序調(diào) 度 程 序知 識(shí) 庫(kù)8o 專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)程序的比較專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)程序的比較（1）編程思想）編程思想： 傳統(tǒng)程序傳統(tǒng)程序

5、 = 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法算法專家系統(tǒng)專家系統(tǒng) = 知識(shí)知識(shí)+推理推理（2）傳統(tǒng)程序：關(guān)于問題求解的知識(shí)隱含于程序中。）傳統(tǒng)程序：關(guān)于問題求解的知識(shí)隱含于程序中。 專家系統(tǒng)：知識(shí)單獨(dú)組成知識(shí)庫(kù)，與推理機(jī)分離。專家系統(tǒng)：知識(shí)單獨(dú)組成知識(shí)庫(kù)，與推理機(jī)分離。 （3）處理對(duì)象）處理對(duì)象： 傳統(tǒng)程序：數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)處理。傳統(tǒng)程序：數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)處理。 專家系統(tǒng)：符號(hào)處理。專家系統(tǒng)：符號(hào)處理。 12.1.1 專家系統(tǒng)的概念9o 專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)程序的比較專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)程序的比較（4）傳統(tǒng)程序：不具有解釋功能。）傳統(tǒng)程序：不具有解釋功能。 專家系統(tǒng)：具有解釋功能。專家系統(tǒng)：具有解釋功能。（5）傳統(tǒng)程序：產(chǎn)生

6、正確的答案。）傳統(tǒng)程序：產(chǎn)生正確的答案。 專家系統(tǒng)：通常產(chǎn)生正確的答案，有時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)誤的專家系統(tǒng)：通常產(chǎn)生正確的答案，有時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)誤的答案。答案。 （6）系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)不同。）系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)不同。12.1.1 專家系統(tǒng)的概念10專家系統(tǒng)的類型11專家系統(tǒng)的應(yīng)用12專家系統(tǒng)的應(yīng)用1312.1.2 專家系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)人機(jī)接口用戶領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)工程師解釋機(jī)構(gòu)知識(shí)獲取機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)推理機(jī)知識(shí)庫(kù)專家系統(tǒng)核心 專家系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)人機(jī)接口解釋機(jī)構(gòu)知識(shí)獲取機(jī)構(gòu)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)推理機(jī)知識(shí)庫(kù)專家系統(tǒng)核心1412.1.3 實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)o 實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)是具有實(shí)時(shí)性的專家系統(tǒng)。它一方面實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)是具有實(shí)時(shí)性的專家系

7、統(tǒng)。它一方面要滿足專家系統(tǒng)功能的要求，另一方面還必須受時(shí)要滿足專家系統(tǒng)功能的要求，另一方面還必須受時(shí)間條件的約束，即滿足實(shí)時(shí)性要求。間條件的約束，即滿足實(shí)時(shí)性要求。 o 實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)的特點(diǎn)：實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)的特點(diǎn)：o (1) 操作方式：操作方式：實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)的信息輸入主要來自實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)的信息輸入主要來自外界過程的傳感器，且往往從多個(gè)獨(dú)立的傳感器輸外界過程的傳感器，且往往從多個(gè)獨(dú)立的傳感器輸入。入。 o (2) 輸出去向：輸出去向：實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)直接送往過程的控制實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)直接送往過程的控制器或（和）向生產(chǎn)人員送出診斷、預(yù)報(bào)、操作指導(dǎo)器或（和）向生產(chǎn)人員送出診斷、預(yù)報(bào)、操作指導(dǎo)等信息。等信息。 1

8、512.1.3 實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)o (3) 數(shù)據(jù)特征：數(shù)據(jù)特征：實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)是連續(xù)時(shí)變的，實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)是連續(xù)時(shí)變的，是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，信息量往往很大。是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，信息量往往很大。o (4) 中斷功能：中斷功能：實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)一方面要滿足專家系實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)一方面要滿足專家系統(tǒng)功能的要求，另一方面還必須受時(shí)間條件的約束，統(tǒng)功能的要求，另一方面還必須受時(shí)間條件的約束，即滿足實(shí)時(shí)性的要求。即滿足實(shí)時(shí)性的要求。 o (5) 實(shí)時(shí)性：實(shí)時(shí)性：實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)響應(yīng)要求快，常常為毫實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)響應(yīng)要求快，常常為毫秒、秒級(jí)。實(shí)時(shí)性的要求是實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)首先必須秒、秒級(jí)。實(shí)時(shí)性的要求是實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)首先必須考慮的。考慮的。o

9、 (6) 推理過程：推理過程：實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)推理。實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)推理。1612.2 專家控制系統(tǒng)o 12.2.1 專家控制系統(tǒng)的概念專家控制系統(tǒng)的概念o 12.2.2 間接專家控制間接專家控制o 12.2.3 直接專家控制直接專家控制o 12.2.4 專家控制器專家控制器1712.2.1 專家控制系統(tǒng)的概念o 從專家系統(tǒng)的角度，專家控制是專家系統(tǒng)的一個(gè)重從專家系統(tǒng)的角度，專家控制是專家系統(tǒng)的一個(gè)重要分支，屬于實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)研究領(lǐng)域；要分支，屬于實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)研究領(lǐng)域；o 從自動(dòng)控制的角度，專家控制是智能控制的一個(gè)重從自動(dòng)控制的角度，專家控制是智能控制的一個(gè)重要分支，是將專家系統(tǒng)的思想和

10、方法引入控制系統(tǒng)，要分支，是將專家系統(tǒng)的思想和方法引入控制系統(tǒng)，從而形成一種新的控制方法。從而形成一種新的控制方法。o 許多生產(chǎn)過程具有強(qiáng)烈的非線性、時(shí)變性及不確定許多生產(chǎn)過程具有強(qiáng)烈的非線性、時(shí)變性及不確定性，專家控制模擬人類推理能力，把生產(chǎn)操作人員、性，專家控制模擬人類推理能力，把生產(chǎn)操作人員、工程師的經(jīng)驗(yàn)與控制算法結(jié)合起來，即把符號(hào)推理工程師的經(jīng)驗(yàn)與控制算法結(jié)合起來，即把符號(hào)推理與數(shù)值運(yùn)算結(jié)合起來，為過程控制提供了一種新的與數(shù)值運(yùn)算結(jié)合起來，為過程控制提供了一種新的控制方法。控制方法。1812.2.2 間接專家控制o 間接專家控制也稱為專家監(jiān)督控制。其中，常規(guī)控間接專家控制也稱為專家監(jiān)督

11、控制。其中，常規(guī)控制器控制過程運(yùn)行。制器控制過程運(yùn)行。o 間接專家系統(tǒng)是通過對(duì)常規(guī)控制器的調(diào)整，間接地間接專家系統(tǒng)是通過對(duì)常規(guī)控制器的調(diào)整，間接地影響被控過程。影響被控過程。 設(shè)定輸出專家系統(tǒng)控制器控制對(duì)象1912.2.3 直接專家控制o 在直接專家控制系統(tǒng)中，專家系統(tǒng)根據(jù)所測(cè)到的過在直接專家控制系統(tǒng)中，專家系統(tǒng)根據(jù)所測(cè)到的過程信息及知識(shí)庫(kù)中的規(guī)則，導(dǎo)出每一采樣時(shí)刻的控程信息及知識(shí)庫(kù)中的規(guī)則，導(dǎo)出每一采樣時(shí)刻的控制信號(hào)。制信號(hào)。 設(shè)定輸出專家系統(tǒng)控制對(duì)象2012.3 專家控制系統(tǒng)的知識(shí)表示o 12.3.112.3.1 知識(shí)表示知識(shí)表示o 12.3.2 12.3.2 產(chǎn)生式知識(shí)表示產(chǎn)生式知識(shí)表示

12、o 12.3.3 12.3.3 產(chǎn)生式系統(tǒng)產(chǎn)生式系統(tǒng)o 12.3.4 12.3.4 產(chǎn)生式系統(tǒng)的例子產(chǎn)生式系統(tǒng)的例子動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)o 12.3.5 12.3.5 產(chǎn)生式表示法的特點(diǎn)產(chǎn)生式表示法的特點(diǎn)2112.3.1 知識(shí)表示知識(shí)表示o 專家系統(tǒng)是建立在知識(shí)的基礎(chǔ)之上的，專家控制是專家系統(tǒng)是建立在知識(shí)的基礎(chǔ)之上的，專家控制是基于知識(shí)的控制。基于知識(shí)的控制。o 知識(shí)表示是將人類知識(shí)形式化或者模型化。知識(shí)表示是將人類知識(shí)形式化或者模型化。o 目前已經(jīng)提出了許多知識(shí)表示方法，例如一階謂詞目前已經(jīng)提出了許多知識(shí)表示方法，例如一階謂詞邏輯、產(chǎn)生式、框架、狀態(tài)空間、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、邏輯、產(chǎn)生式、框架

13、、狀態(tài)空間、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳編碼等。遺傳編碼等。o 在專家控制系統(tǒng)中，特別是在專家控制器中，產(chǎn)生在專家控制系統(tǒng)中，特別是在專家控制器中，產(chǎn)生式表示法用得十分廣泛。式表示法用得十分廣泛。 221. 確定性規(guī)則知識(shí)的產(chǎn)生式表示確定性規(guī)則知識(shí)的產(chǎn)生式表示2. 不確定性規(guī)則知識(shí)的產(chǎn)生式表示不確定性規(guī)則知識(shí)的產(chǎn)生式表示 基本形式：基本形式： IF P THEN Q 或者：或者： 例如：例如： r4：IF 動(dòng)物會(huì)飛動(dòng)物會(huì)飛 AND 會(huì)下蛋會(huì)下蛋 THEN 該動(dòng)物是鳥該動(dòng)物是鳥QP 基本形式：基本形式： IF P THEN Q （置信度）（置信度） 或者：或者： （置信度（置信度） 例如：例如： IF 發(fā)

14、燒發(fā)燒 THEN 感冒感冒 （0.6）QP 12.3.2 產(chǎn)生式知識(shí)表示233. 確定性事實(shí)性知識(shí)的產(chǎn)生式表示確定性事實(shí)性知識(shí)的產(chǎn)生式表示4. 不確定性事實(shí)性知識(shí)的產(chǎn)生式表示不確定性事實(shí)性知識(shí)的產(chǎn)生式表示 三元組表示：（對(duì)象，屬性，值）三元組表示：（對(duì)象，屬性，值） 或者：（關(guān)系，對(duì)象或者：（關(guān)系，對(duì)象1，對(duì)象，對(duì)象2） 例：例： 老李年齡是老李年齡是40歲：歲： （Li，age，40） 老李和老王是朋友：（老李和老王是朋友：（friend，Li，Wang） 四元組表示：（對(duì)象，屬性，值，置信度）四元組表示：（對(duì)象，屬性，值，置信度） 或者：或者： （關(guān)系，對(duì)象（關(guān)系，對(duì)象1，對(duì)象，對(duì)象2，置

15、信度），置信度）例：老李年齡很可能是例：老李年齡很可能是40歲：歲：（Li，age，40，0.8） 老李和老王不大可能是朋友：（老李和老王不大可能是朋友：（friend，Li，Wang，0.1）12.3.2 產(chǎn)生式知識(shí)表示2412.3.3 產(chǎn)生式系統(tǒng)產(chǎn)生式系統(tǒng)控 制規(guī)則庫(kù)推理機(jī)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)2512.3.4 產(chǎn)生式系統(tǒng)的例子動(dòng)物識(shí)別專家系統(tǒng)例如：例如：動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別識(shí)別虎、金錢豹、斑馬、長(zhǎng)頸虎、金錢豹、斑馬、長(zhǎng)頸鹿、鴕鳥、企鵝、信天翁鹿、鴕鳥、企鵝、信天翁等七種動(dòng)物的產(chǎn)生式系統(tǒng)。等七種動(dòng)物的產(chǎn)生式系統(tǒng)。2612.3.4 產(chǎn)生式系統(tǒng)的例子產(chǎn)生式系統(tǒng)的例子動(dòng)物識(shí)別專家

16、系統(tǒng)動(dòng)物識(shí)別專家系統(tǒng)o 規(guī)則庫(kù)：規(guī)則庫(kù)：r1： IF 該動(dòng)物有毛發(fā)該動(dòng)物有毛發(fā) THEN 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物r2： IF 該動(dòng)物有奶該動(dòng)物有奶 THEN 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物r3： IF 該動(dòng)物有羽毛該動(dòng)物有羽毛 THEN 該動(dòng)物是鳥該動(dòng)物是鳥r4： IF 該動(dòng)物會(huì)飛該動(dòng)物會(huì)飛 AND 會(huì)下蛋會(huì)下蛋 THEN 該動(dòng)物是鳥該動(dòng)物是鳥r5： IF 該動(dòng)物吃肉該動(dòng)物吃肉 THEN 該動(dòng)物是食肉動(dòng)物該動(dòng)物是食肉動(dòng)物r6： IF 該動(dòng)物有犬齒該動(dòng)物有犬齒 AND 有爪有爪 AND 眼盯前方眼盯前方 THEN 該動(dòng)物是食肉動(dòng)物該動(dòng)物是食肉動(dòng)物r7： IF 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物該動(dòng)物是

17、哺乳動(dòng)物 AND 有蹄有蹄 THEN 該動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物該動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物r 8： IF 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物 AND 是反芻動(dòng)物是反芻動(dòng)物 THEN 該動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物該動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物2712.3.4 產(chǎn)生式系統(tǒng)的例子產(chǎn)生式系統(tǒng)的例子動(dòng)物識(shí)別專家系統(tǒng)動(dòng)物識(shí)別專家系統(tǒng)r9： IF 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物 AND 是食肉動(dòng)物是食肉動(dòng)物 AND 是黃褐色是黃褐色 AND 身上有暗斑點(diǎn)身上有暗斑點(diǎn) THEN 該動(dòng)物是金錢豹該動(dòng)物是金錢豹 r10：IF 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物 AND 是食肉動(dòng)物是食肉動(dòng)物 AND 是黃褐色是黃褐色 AND 身上有黑色條紋身上有黑色條紋

18、 THEN 該動(dòng)物是虎該動(dòng)物是虎 r11： IF 該動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物該動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物 AND 有長(zhǎng)脖子有長(zhǎng)脖子 AND 有長(zhǎng)腿有長(zhǎng)腿 AND 身上有暗斑點(diǎn)身上有暗斑點(diǎn) THEN 該動(dòng)物是長(zhǎng)頸鹿該動(dòng)物是長(zhǎng)頸鹿 r 12：IF 該動(dòng)物有蹄類動(dòng)物該動(dòng)物有蹄類動(dòng)物 AND 身上有黑色條紋身上有黑色條紋 THEN 該動(dòng)物是斑馬該動(dòng)物是斑馬r13：IF 該動(dòng)物是鳥該動(dòng)物是鳥 AND 有長(zhǎng)脖子有長(zhǎng)脖子 AND 有長(zhǎng)腿有長(zhǎng)腿 AND 不會(huì)飛不會(huì)飛 AND 有黑白二色有黑白二色 THEN 該動(dòng)物是鴕鳥該動(dòng)物是鴕鳥r14： IF 該動(dòng)物是鳥該動(dòng)物是鳥 AND 會(huì)游泳會(huì)游泳 AND 不會(huì)飛不會(huì)飛 AND 有黑白二

19、色有黑白二色 THEN 該動(dòng)物是企鵝該動(dòng)物是企鵝 r15： IF 該動(dòng)物是鳥該動(dòng)物是鳥 AND 善飛善飛 THEN 該動(dòng)物是信天翁該動(dòng)物是信天翁2812.3.4 產(chǎn)生式系統(tǒng)的例子產(chǎn)生式系統(tǒng)的例子動(dòng)物識(shí)別專家系統(tǒng)動(dòng)物識(shí)別專家系統(tǒng)o 設(shè)已知初始事實(shí)存放在綜合數(shù)據(jù)庫(kù)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中： 該動(dòng)物身上有：暗斑點(diǎn)，長(zhǎng)脖子，長(zhǎng)腿，奶，蹄該動(dòng)物身上有：暗斑點(diǎn)，長(zhǎng)脖子，長(zhǎng)腿，奶，蹄o 推理過程推理過程 ：（1）從規(guī)則庫(kù)中取出r1，檢查其前提是否可與綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的已知事實(shí)匹配。匹配失敗則r1不能被用于推理。然后取r2進(jìn)行同樣的工作。匹配成功則r2被執(zhí)行。 綜合數(shù)據(jù)庫(kù)綜合數(shù)據(jù)庫(kù) ： 該動(dòng)物身上有：暗斑點(diǎn)，長(zhǎng)脖子，長(zhǎng)腿，奶

20、，蹄，哺該動(dòng)物身上有：暗斑點(diǎn)，長(zhǎng)脖子，長(zhǎng)腿，奶，蹄，哺乳動(dòng)物乳動(dòng)物 2912.3.4 產(chǎn)生式系統(tǒng)的例子產(chǎn)生式系統(tǒng)的例子動(dòng)物識(shí)別專家系統(tǒng)動(dòng)物識(shí)別專家系統(tǒng)（2）分別用r3，r4，r5，r6綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的已知事實(shí)進(jìn)行匹配，均不成功。 r7匹配成功，執(zhí)行r7 。 綜合數(shù)據(jù)庫(kù)：綜合數(shù)據(jù)庫(kù)： 該動(dòng)物身上有：暗斑點(diǎn)，長(zhǎng)脖子，長(zhǎng)腿，奶，蹄，哺該動(dòng)物身上有：暗斑點(diǎn)，長(zhǎng)脖子，長(zhǎng)腿，奶，蹄，哺乳動(dòng)物，有蹄類動(dòng)物乳動(dòng)物，有蹄類動(dòng)物（3）r11匹配成功，并推出 “該動(dòng)物是長(zhǎng)頸鹿” 。 推理機(jī)構(gòu)的工作過程推理機(jī)構(gòu)的工作過程 ：3012.3.5 產(chǎn)生式表示法的特點(diǎn)產(chǎn)生式表示法的特點(diǎn)1. 產(chǎn)生式表示法的優(yōu)點(diǎn)產(chǎn)生式表示法的優(yōu)點(diǎn)

21、（1）自然性）自然性 （2）模塊性）模塊性 （3）有效性）有效性 （4）清晰性）清晰性 2. 產(chǎn)生式表示法的缺點(diǎn)產(chǎn)生式表示法的缺點(diǎn)（1）效率不高）效率不高 （2）不能表達(dá)結(jié)構(gòu)性知識(shí)）不能表達(dá)結(jié)構(gòu)性知識(shí) 3. 適合產(chǎn)生式適合產(chǎn)生式表示的知識(shí)表示的知識(shí)（1）領(lǐng)域知識(shí)間關(guān)系不密切，）領(lǐng)域知識(shí)間關(guān)系不密切，不存在結(jié)構(gòu)關(guān)系。不存在結(jié)構(gòu)關(guān)系。（2）經(jīng)驗(yàn)性及不確定性的知識(shí)，）經(jīng)驗(yàn)性及不確定性的知識(shí)，且相關(guān)領(lǐng)域中對(duì)這些知識(shí)沒有且相關(guān)領(lǐng)域中對(duì)這些知識(shí)沒有嚴(yán)格、統(tǒng)一的理論。嚴(yán)格、統(tǒng)一的理論。（3）領(lǐng)域問題的求解過程可被）領(lǐng)域問題的求解過程可被表示為一系列相對(duì)獨(dú)立的操作，表示為一系列相對(duì)獨(dú)立的操作，且每個(gè)操作且每個(gè)

22、操作可被表示為一條或可被表示為一條或多條產(chǎn)生式規(guī)則。多條產(chǎn)生式規(guī)則。3112.4 專家控制系統(tǒng)的推理機(jī)專家控制系統(tǒng)的推理機(jī)o 12.4.1 推理的基本概念推理的基本概念o 12.4.2 推理方式及其分類推理方式及其分類o 12.4.3 推理的方向推理的方向o 12.4.4 沖突消解策略沖突消解策略32知識(shí)智能?經(jīng)典邏輯推理（確定性推理）不確定性推理自然演繹推理歸結(jié)演繹推理與/或形演繹推理推理推理知識(shí)智能 !12.4.1 推理的基本概念推理的基本概念從初始證據(jù)出發(fā)，按某種策從初始證據(jù)出發(fā)，按某種策略不斷運(yùn)用知識(shí)庫(kù)中的已知略不斷運(yùn)用知識(shí)庫(kù)中的已知知識(shí)，逐步推出結(jié)論的過程知識(shí)，逐步推出結(jié)論的過程稱為

23、推理。稱為推理。33（1）演繹推理演繹推理 (deductive reasoning) : 一般一般 個(gè)別個(gè)別 三段論式三段論式（三段論法）（三段論法） 足球運(yùn)動(dòng)員的身體都是強(qiáng)壯的足球運(yùn)動(dòng)員的身體都是強(qiáng)壯的 ； 高波是一名足球運(yùn)動(dòng)員；高波是一名足球運(yùn)動(dòng)員； 所以，高波的身體是強(qiáng)壯的。所以，高波的身體是強(qiáng)壯的。12.4.2 推理方式及其分類1. 演繹推理、歸納推理、默認(rèn)推理演繹推理、歸納推理、默認(rèn)推理（ 大前提大前提 ）（ 小前提小前提 ）（ 結(jié)結(jié) 論論 ）3412.4.2 推理方式及其分類1. 演繹推理、歸納推理、默認(rèn)推理演繹推理、歸納推理、默認(rèn)推理（2）歸納推理歸納推理 (inductive

24、 reasoning): 個(gè)別個(gè)別 一般一般 完全歸納推理（完全歸納推理（必然性推理）必然性推理） 不完全歸納推理不完全歸納推理（非必然性推理）（非必然性推理）檢查全部產(chǎn)品合格檢查全部產(chǎn)品合格該廠產(chǎn)品合格該廠產(chǎn)品合格完全歸納推理完全歸納推理檢查全部樣品合格檢查全部樣品合格該廠產(chǎn)品合格該廠產(chǎn)品合格不完全歸納推理不完全歸納推理3512.4.2 推理方式及其分類1. 演繹推理、歸納推理、默認(rèn)推理演繹推理、歸納推理、默認(rèn)推理（3）默認(rèn)推理默認(rèn)推理（default reasoning，缺省推理），缺省推理）n 知識(shí)不完全的情況下假設(shè)某些條件已經(jīng)具備所進(jìn)行的推理知識(shí)不完全的情況下假設(shè)某些條件已經(jīng)具備所進(jìn)行

25、的推理。 結(jié)結(jié) 論論 A 成立成立 B 成立？成立？（默認(rèn)（默認(rèn)B成立）成立）鳥籠要鳥籠要有蓋子有蓋子 制造鳥籠制造鳥籠 鳥會(huì)飛？鳥會(huì)飛？（默認(rèn)成立）（默認(rèn)成立）3612.4.2 推理方式及其分類 2. 確定性推理、不確定性推理確定性推理、不確定性推理似然推理近似推理或模糊推理不確定性推理（概率論）（模糊邏輯）（1）確定性推理確定性推理：推理時(shí)所用的知識(shí)與證據(jù)都是確定的，：推理時(shí)所用的知識(shí)與證據(jù)都是確定的，推出的結(jié)論也是確定的，其真值或者為真或者為假。推出的結(jié)論也是確定的，其真值或者為真或者為假。 （2）不確定性不確定性推理推理：推理時(shí)所用的知識(shí)與證據(jù)不都是確定：推理時(shí)所用的知識(shí)與證據(jù)不都是確

26、定的，推出的結(jié)論也是不確定的。的，推出的結(jié)論也是不確定的。37X：鳥：鳥 X：會(huì)飛：會(huì)飛 X: 企鵝企鵝 12.4.2 推理方式及其分類 3. 單調(diào)推理、非單調(diào)推理單調(diào)推理、非單調(diào)推理 （1）單調(diào)推理單調(diào)推理：隨著推理向前推進(jìn)及新知識(shí)的加入，推出的結(jié)論越來越接近最終目標(biāo)。 （2）非單調(diào)推理非單調(diào)推理：由于新知識(shí)的加入，不僅沒有加強(qiáng)已推出的結(jié)論，反而要否定它，使推理退回到前面的某一步，重新開始。 默認(rèn)推理是非單調(diào)推理默認(rèn)推理是非單調(diào)推理 基于經(jīng)典邏輯的演繹推理基于經(jīng)典邏輯的演繹推理 X：不會(huì)飛不會(huì)飛X：企鵝：企鵝3812.4.2 推理方式及其分類4啟發(fā)式推理、非啟發(fā)式推理啟發(fā)式推理、非啟發(fā)式推理

27、 啟發(fā)性知識(shí)啟發(fā)性知識(shí)：與問題有關(guān)且能加快推理過程、提高搜索效率的知識(shí)。 目標(biāo)：在腦膜炎、肺炎、流感中選擇一個(gè)目標(biāo)：在腦膜炎、肺炎、流感中選擇一個(gè) 產(chǎn)生式規(guī)則產(chǎn)生式規(guī)則 r1：腦膜炎：腦膜炎 r2：肺：肺 炎炎 r3：流：流 感感 啟發(fā)式知識(shí)：?jiǎn)l(fā)式知識(shí)：“腦膜炎危險(xiǎn)腦膜炎危險(xiǎn)”、“目前正在盛行流目前正在盛行流感感”。3912.4.3 推理的方向正向推理逆向推理(反向推理)雙向推理混合推理推理方向推理機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)庫(kù)專家用戶4012.4.3 推理的方向n 正向推理（事實(shí)驅(qū)動(dòng)推理）正向推理（事實(shí)驅(qū)動(dòng)推理）: 已知事實(shí)已知事實(shí) 結(jié)論結(jié)論 基本思想基本思想（1）從初始已知事實(shí)出發(fā)，在知識(shí)庫(kù)）從初始已知

28、事實(shí)出發(fā)，在知識(shí)庫(kù)KB中找出當(dāng)前可適中找出當(dāng)前可適用的知識(shí)，構(gòu)成可適用知識(shí)集用的知識(shí)，構(gòu)成可適用知識(shí)集KS。（2）按某種沖突消解策略從）按某種沖突消解策略從KS中選出一條知識(shí)進(jìn)行推理，中選出一條知識(shí)進(jìn)行推理，并將推出的新事實(shí)加入到數(shù)據(jù)庫(kù)并將推出的新事實(shí)加入到數(shù)據(jù)庫(kù)DB中作為下一步推理的中作為下一步推理的已知事實(shí)，再在已知事實(shí)，再在KB中選取可適用知識(shí)構(gòu)成中選取可適用知識(shí)構(gòu)成KS 。（3）重復(fù)（）重復(fù)（2），直到求得問題的解或），直到求得問題的解或KB中再無可適用中再無可適用的知識(shí)。的知識(shí)。正向推理正向推理4112.5 專家控制系統(tǒng)的搜索技術(shù)專家控制系統(tǒng)的搜索技術(shù)o 12.5.0 搜索的基本問題

29、與主要過程搜索的基本問題與主要過程o 12.5.1 狀態(tài)空間知識(shí)表示方法狀態(tài)空間知識(shí)表示方法o 12.5.2 狀態(tài)空間的圖描述狀態(tài)空間的圖描述o 12.5.3 回溯策略回溯策略o 12.5.4 寬度優(yōu)先搜索策略寬度優(yōu)先搜索策略4212.5.0 搜索的基本問題與主要過程o 在求解一個(gè)問題時(shí)，涉及到兩個(gè)方面：在求解一個(gè)問題時(shí)，涉及到兩個(gè)方面： 一個(gè)是該問題的表示。如果一個(gè)問題找不到一個(gè)合一個(gè)是該問題的表示。如果一個(gè)問題找不到一個(gè)合適的表示方法，就談不上對(duì)它求解。適的表示方法，就談不上對(duì)它求解。 一個(gè)是選擇一種相對(duì)合適的求解方法。一個(gè)是選擇一種相對(duì)合適的求解方法。o 絕大多數(shù)需要人工智能方法求解的問

30、題缺乏數(shù)學(xué)求絕大多數(shù)需要人工智能方法求解的問題缺乏數(shù)學(xué)求解的方法，因此，搜索不失為一種求解問題的一般解的方法，因此，搜索不失為一種求解問題的一般方法，應(yīng)用非常廣泛。方法，應(yīng)用非常廣泛。o 搜索算法是要決定樹或圖中狀態(tài)的搜索次序。寬度、搜索算法是要決定樹或圖中狀態(tài)的搜索次序。寬度、深度優(yōu)先搜索是狀態(tài)空間的最基本的搜索策略。深度優(yōu)先搜索是狀態(tài)空間的最基本的搜索策略。4312.5.0 搜索的基本問題與主要過程o 搜索的主要過程：搜索的主要過程：(1) 從初始或目的狀態(tài)出發(fā)，并將它作為當(dāng)前狀態(tài)。從初始或目的狀態(tài)出發(fā)，并將它作為當(dāng)前狀態(tài)。(2) 掃描操作算子集，將適用當(dāng)前狀態(tài)的一些操作算子掃描操作算子集

31、，將適用當(dāng)前狀態(tài)的一些操作算子作用于當(dāng)前狀態(tài)而得到新的狀態(tài)，并建立指向其父作用于當(dāng)前狀態(tài)而得到新的狀態(tài)，并建立指向其父結(jié)點(diǎn)的指針結(jié)點(diǎn)的指針 。(3) 檢查所生成的新狀態(tài)是否滿足結(jié)束狀態(tài)，如果滿足，檢查所生成的新狀態(tài)是否滿足結(jié)束狀態(tài)，如果滿足，則得到問題的一個(gè)解，并可沿著有關(guān)指針從結(jié)束狀則得到問題的一個(gè)解，并可沿著有關(guān)指針從結(jié)束狀態(tài)反向到達(dá)開始狀態(tài)，給出一解答路徑；否則，將態(tài)反向到達(dá)開始狀態(tài)，給出一解答路徑；否則，將新狀態(tài)作為當(dāng)前狀態(tài)，返回第新狀態(tài)作為當(dāng)前狀態(tài)，返回第(2)步再進(jìn)行搜索。步再進(jìn)行搜索。 4412.5.0 搜索策略o 盲目搜索與啟發(fā)式搜索盲目搜索與啟發(fā)式搜索:（1）盲目搜索）盲目搜

32、索：在不具有對(duì)特定問題的任何有關(guān)信：在不具有對(duì)特定問題的任何有關(guān)信息的條件下，按固定的步驟（依次或隨機(jī)調(diào)用操息的條件下，按固定的步驟（依次或隨機(jī)調(diào)用操作算子）進(jìn)行的搜索。作算子）進(jìn)行的搜索。 （2）啟發(fā)式搜索）啟發(fā)式搜索：考慮特定問題領(lǐng)域可應(yīng)用的知識(shí)，：考慮特定問題領(lǐng)域可應(yīng)用的知識(shí)，動(dòng)態(tài)地確定調(diào)用操作算子的步驟，優(yōu)先選擇較適動(dòng)態(tài)地確定調(diào)用操作算子的步驟，優(yōu)先選擇較適合的操作算子，盡量減少不必要的搜索，以求盡合的操作算子，盡量減少不必要的搜索，以求盡快地到達(dá)結(jié)束快地到達(dá)結(jié)束狀態(tài)。狀態(tài)。4512.5.1 狀態(tài)空間表示法o 狀態(tài)：表示系統(tǒng)狀態(tài)、事實(shí)等敘述型知識(shí)的一組變狀態(tài)：表示系統(tǒng)狀態(tài)、事實(shí)等敘述型

33、知識(shí)的一組變量或數(shù)組：量或數(shù)組：,21nqqqQ,21mfffF 操作：表示引起狀態(tài)變化的過程型知識(shí)的一組關(guān)操作：表示引起狀態(tài)變化的過程型知識(shí)的一組關(guān) 系或函數(shù)：系或函數(shù)：T4612.5.1 狀態(tài)空間表示法o 狀態(tài)空間：利用狀態(tài)變量和操作符號(hào)，表示系統(tǒng)或狀態(tài)空間：利用狀態(tài)變量和操作符號(hào)，表示系統(tǒng)或問題的有關(guān)知識(shí)的符號(hào)體系，狀態(tài)空間是一個(gè)四元問題的有關(guān)知識(shí)的符號(hào)體系，狀態(tài)空間是一個(gè)四元組：組： ),(0GSOS ：狀態(tài)集合。：狀態(tài)集合。 ：操作算子的集合。：操作算子的集合。 ：包含問題的初始狀態(tài)是：包含問題的初始狀態(tài)是 的非空子集。的非空子集。 ：若干具體狀態(tài)或滿足某些性質(zhì)的路徑信息描述。：若干

34、具體狀態(tài)或滿足某些性質(zhì)的路徑信息描述。O0SGSS4712.5.1 狀態(tài)空間表示法o 求解路徑求解路徑：從 結(jié)點(diǎn)到 結(jié)點(diǎn)的路徑。 0SGGSSSkOOOO321210kOO,1：狀態(tài)空間的一個(gè)解。 狀態(tài)空間的一個(gè)解狀態(tài)空間的一個(gè)解：一個(gè)有限的操作算子序列。48o 例例1 八數(shù)碼問題的狀態(tài)空間八數(shù)碼問題的狀態(tài)空間。 12.5.1 狀態(tài)空間表示法狀態(tài)集 ：所有擺法S操作算子：將空格向上移Up將空格向左移Left將空格向下移Down將空格向右移Right4912.5.2 狀態(tài)空間的圖描述八數(shù)碼八數(shù)碼狀態(tài)空間圖狀態(tài)空間圖 5012.5.2 狀態(tài)空間的圖描述（狀態(tài)）（操作算子）狀態(tài)空間的有向圖描述狀態(tài)空

35、間的有向圖描述51 例例2 旅行商問題旅行商問題（traveling salesman problem, TSP）或郵遞員路徑問題?；蜞]遞員路徑問題。 12.5.2 狀態(tài)空間的圖描述（家）（單位：km）可能路徑：費(fèi)用為375的路徑（A，B，C，D，E，A） 5212.5.2 狀態(tài)空間的圖描述 旅行推銷員狀態(tài)空間圖（部分） ABCDEA 375 A A A A B B C C C C D D D D A E E E E E E E D 路徑: 路徑: 路徑 : 路徑: ABCEDA ABDCE ABDECA 費(fèi)用 : 費(fèi)用 : 費(fèi)用 : 費(fèi)用: 425 525 475 525 475 375 3

36、25 400 400 300 275 275 250 225 150 100 75 125 175 225 250 100 175 225 425 . . . . . . . 5312.5.3 回溯策略o 帶回溯策略的搜索：帶回溯策略的搜索： 從初始狀態(tài)出發(fā)，不停地、試探性地尋找路徑，從初始狀態(tài)出發(fā)，不停地、試探性地尋找路徑，直到它到達(dá)目的或直到它到達(dá)目的或“不可解結(jié)點(diǎn)不可解結(jié)點(diǎn)”，即，即“死胡同死胡同”為止。為止。 若它遇到不可解結(jié)點(diǎn)就回溯到路徑中最近的父結(jié)若它遇到不可解結(jié)點(diǎn)就回溯到路徑中最近的父結(jié)點(diǎn)上，查看該結(jié)點(diǎn)是否還有其他的子結(jié)點(diǎn)未被擴(kuò)展。點(diǎn)上，查看該結(jié)點(diǎn)是否還有其他的子結(jié)點(diǎn)未被擴(kuò)展。若

37、有，則沿這些子結(jié)點(diǎn)繼續(xù)搜索；如果找到目標(biāo)，若有，則沿這些子結(jié)點(diǎn)繼續(xù)搜索；如果找到目標(biāo)，就成功退出搜索，返回解題路徑。就成功退出搜索，返回解題路徑。5412.5.3 回溯策略1 AB 2E 3J 57 K9 G6 F10 H11 D8 C回溯搜索示意圖回溯搜索示意圖5512.5.4 寬度優(yōu)先搜索策略o open表（表（NPS表）：表）：已經(jīng)生成出來但其已經(jīng)生成出來但其子狀態(tài)未被搜索的子狀態(tài)未被搜索的狀態(tài)。狀態(tài)。o closed表（表（ PS表和表和NSS表的合并）：表的合并）：記錄了已被生成擴(kuò)記錄了已被生成擴(kuò)展過的狀態(tài)。展過的狀態(tài)。 0S12345678910寬度優(yōu)先搜索法中狀態(tài)的搜索次序?qū)挾葍?yōu)

38、先搜索法中狀態(tài)的搜索次序5612.6 電腦充絨機(jī)專家控制系統(tǒng)o 12.6.1電腦充絨機(jī)的工作原理電腦充絨機(jī)的工作原理o 12.6.2電腦充絨機(jī)的程序控制電腦充絨機(jī)的程序控制o 12.6.3電腦充絨機(jī)羽絨重量專家控制電腦充絨機(jī)羽絨重量專家控制5712.6.1電腦充絨機(jī)的工作原理Z7Z1Z3Z4Z5Z2去 料 倉(cāng)去 被 套料 斗金 屬 網(wǎng)高 壓 氣 體上 箱下 箱來 自料 倉(cāng)鼓 風(fēng) 機(jī)Z6高 壓 氣 體5812.6.1電腦充絨機(jī)的工作原理電腦充絨機(jī)的工作原理o 羽絨定量充絨過程是：羽絨定量充絨過程是：o 料倉(cāng)里的羽絨隨鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流經(jīng)下箱進(jìn)入料斗，料倉(cāng)里的羽絨隨鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流經(jīng)下箱進(jìn)入料斗，過

39、濾網(wǎng)將羽絨留在料斗里，氣流則通過過濾網(wǎng)經(jīng)上過濾網(wǎng)將羽絨留在料斗里，氣流則通過過濾網(wǎng)經(jīng)上箱流回料倉(cāng)，實(shí)現(xiàn)封閉傳送。箱流回料倉(cāng)，實(shí)現(xiàn)封閉傳送。o 當(dāng)料斗里的羽絨預(yù)測(cè)重量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，由計(jì)算機(jī)當(dāng)料斗里的羽絨預(yù)測(cè)重量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，由計(jì)算機(jī)控制氣閥停止進(jìn)料，然后改變氣路，使羽絨隨氣流控制氣閥停止進(jìn)料，然后改變氣路，使羽絨隨氣流從料斗里經(jīng)下箱充入充絨工作臺(tái)上的被套或羽絨服從料斗里經(jīng)下箱充入充絨工作臺(tái)上的被套或羽絨服內(nèi)，從而完成一次自動(dòng)充絨工作循環(huán)。內(nèi)，從而完成一次自動(dòng)充絨工作循環(huán)。5912.6.1電腦充絨機(jī)的工作原理電腦充絨機(jī)的工作原理o 電腦充絨機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)：電腦充絨機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)：高精度動(dòng)態(tài)計(jì)量。羽絨重高精度動(dòng)態(tài)計(jì)量。羽絨重量輕，體積大，易膨脹，受充絨機(jī)結(jié)構(gòu)限制測(cè)量范量輕，體積大，易膨脹，受充絨機(jī)結(jié)構(gòu)限制測(cè)量范圍較小，加上氣流對(duì)料斗的影響，造成檢測(cè)信號(hào)弱圍較小，加上氣流對(duì)料斗的影響，造成檢測(cè)信號(hào)弱而