多媒體農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)構(gòu)建平臺的實(shí)現(xiàn)與研究

1、多媒體農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)構(gòu)建平臺的實(shí)現(xiàn)與研究        摘  要  論述了多媒體農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)構(gòu)建平臺的系統(tǒng)目標(biāo)、系統(tǒng)分析及實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，提出了一種實(shí)現(xiàn)啟發(fā)式規(guī)則推理的知識表示方法。       關(guān)鍵詞  多媒體；農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)；推理；知識表示      0 引言      隨著軟件和硬件技術(shù)的迅速，電腦已逐漸走進(jìn)的千家萬戶，為我國龐大的農(nóng)村

2、推廣和使用農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)提供了一個(gè)堅(jiān)實(shí)平臺1。農(nóng)村文化相對落后、農(nóng)民種田水平低、農(nóng)業(yè)專家和科技人員短缺。國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心研制開發(fā)多媒體農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)開發(fā)平臺（MPAID），它簡化了知識規(guī)則錄入管理；增強(qiáng)了多媒體知識對象和資源的支持；實(shí)現(xiàn)啟發(fā)式的推理決策、圖書和農(nóng)情數(shù)據(jù)庫的支持。它以圖文聲像并茂的方式從不同角度展現(xiàn)專家知識，為機(jī)專業(yè)知識相對薄弱的農(nóng)業(yè)科技人員和知識工程師迅速搭建農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的多媒體化的專家系統(tǒng)提供一個(gè)便利的工具箱。 1 系統(tǒng)目標(biāo)      為了讓工程師能開發(fā)基于多媒體的使用專家系統(tǒng)，系統(tǒng)目標(biāo)確定在以下幾方面：（1）單機(jī)環(huán)境運(yùn)

3、行。專家系統(tǒng)的開發(fā)和運(yùn)行都是基于單機(jī)環(huán)境。（2）豐富的多媒體知識對象支持。支持多種多媒體知識對象：圖片、音頻、視頻、動(dòng)畫、超文本文件和可執(zhí)行文件對象。（3）啟發(fā)式推理。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)能方便地選擇問題，智能地提示用戶進(jìn)行下拉選擇，以一問一答的方式完成事實(shí)錄入，實(shí)現(xiàn)啟發(fā)式推理。（4）農(nóng)情數(shù)據(jù)掛接。農(nóng)情庫成為專家系統(tǒng)的組成部分，農(nóng)戶將通過數(shù)據(jù)庫查詢獲得一些基礎(chǔ)的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)：品種、常用肥料、農(nóng)藥等。（5）電子圖書支持。專家的領(lǐng)域知識以電子圖書形式組織成教材供農(nóng)戶查詢檢索以獲得更詳盡的知識。（6）易用可觀的知識管理。領(lǐng)域模塊的創(chuàng)建，規(guī)則的建立和知識的錄入都在可視化界面中完成，形成一個(gè)所見即所得的知識管理。 2

4、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)21 層次結(jié)構(gòu)      平臺基于單機(jī)環(huán)境運(yùn)行，采用的是單層應(yīng)用結(jié)構(gòu)，應(yīng)用邏輯（表示層、業(yè)務(wù)層、數(shù)據(jù)層）對應(yīng)于用戶界面、業(yè)務(wù)規(guī)則、數(shù)據(jù)存儲都在同一個(gè)CPU上完成。功能構(gòu)件都被加載到一個(gè)系統(tǒng)上，以進(jìn)程內(nèi)或本地進(jìn)程外運(yùn)行的方式提供服務(wù)。體系層次結(jié)構(gòu)如圖1。 22 開發(fā)模式      平臺由兩個(gè)獨(dú)立的功能部分組成：開發(fā)平臺和運(yùn)行平臺。開發(fā)平臺供工程師開發(fā)專家系統(tǒng)并能打包生產(chǎn)專家系統(tǒng)文件（*.esf）。運(yùn)行平臺供農(nóng)戶來操作專家系統(tǒng)又稱外殼，和esf文件一起分發(fā)給農(nóng)戶，農(nóng)戶先安裝外殼而后在向?qū)?/p>

5、示下加載esf文件，使之成為專家系統(tǒng)形式的應(yīng)用系統(tǒng)。 2. 3 系統(tǒng)組成及功能3 平臺的實(shí)現(xiàn)技術(shù)3.1數(shù)據(jù)庫      數(shù)據(jù)庫選型：平臺在單機(jī)環(huán)境下運(yùn)行，它所操作的數(shù)據(jù)庫必須是一個(gè)桌面數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)信息存儲和知識規(guī)則存儲都可以用Access數(shù)據(jù)庫來實(shí)現(xiàn)。        數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)：規(guī)則、知識ID、農(nóng)情庫表中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等信息的存儲是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。前者關(guān)系到知識管理和推理速度；后者關(guān)系到數(shù)據(jù)庫管理功能完善與否。在知識庫中分三層來設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。上層數(shù)據(jù)：查詢時(shí)，用以存儲用戶輸入的臨時(shí)數(shù)據(jù)。中

6、間層數(shù)據(jù)：如專家系統(tǒng)、問題模塊、問題（規(guī)則）、問題解（知識ID）、視頻數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)、圖片數(shù)據(jù)、可執(zhí)行書庫、超文本數(shù)據(jù)、記錄知識庫對象特征信息和關(guān)系信息。下層數(shù)據(jù)：系統(tǒng)字典數(shù)據(jù)；輸入輸出字典。設(shè)計(jì)時(shí)考慮四點(diǎn)：1.規(guī)范上層中層數(shù)據(jù)；2.提供字典信息編碼，提高檢索速度；3.增加輸入碼，減少用戶輸入選擇范圍，提高用戶效率；4.要求所有關(guān)系R滿足第三范式。      1          數(shù)據(jù)庫訪問：ADO2.0數(shù)據(jù)庫訪問接口。Microsoft ActiveX

7、Data Objects2.0 Library即ADO2.0，以自動(dòng)化對象的形式對OLEDB進(jìn)行封裝，支持關(guān)系和非關(guān)系型數(shù)據(jù)源，使得在腳本范型的機(jī)語言如Basic中訪問數(shù)據(jù)庫相當(dāng)方便。實(shí)現(xiàn)過程擬用ADODB實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫訪問。 3.2 知識表示      知識的表示已有許多方法：規(guī)則、語義網(wǎng)、框架、腳本和模式等。產(chǎn)生式規(guī)則成為專家系統(tǒng)中表示知識的主流方法，但具體到開發(fā)平臺知識的表示必須符合農(nóng)業(yè)實(shí)踐的實(shí)際情況和農(nóng)業(yè)專家就種植養(yǎng)殖的具體問題而進(jìn)行思維推理的實(shí)際過程，不能單純地從理論和專家系統(tǒng)原理出發(fā)3。在平臺中采用了一種“問題模塊+規(guī)則框架+規(guī)則體+面

8、向?qū)ο蟆钡闹R表示技術(shù)。知識表示策略的巴科斯-諾爾范式（BNF）為： 問題模塊：=<輸入因素集><輸出因素集> 規(guī)則框架：=IF<輸入因素集>THEN<輸出因素集> 輸入因素集：=<輸入因素>|<輸入因素><輸入因素集> 輸出因素集：=<輸出因素集>|<輸出因素><輸出因素集> 輸入因素：=<因素> 輸出因素：=<因素> 因素：= <漢字串> 規(guī)則：= IF<輸入集>|THEN<輸出集> 輸入集：=<輸入>

9、;|<輸入><輸入集>|<輸入><輸入集> 輸出集：=<輸出>|<輸出><輸出集>|<輸出><輸出集> 輸入：=<字符串>|<字符串><關(guān)系運(yùn)算符><值> 輸出：=<字符串>|<字符串><關(guān)系運(yùn)算符><值>|<字符串><關(guān)系運(yùn)算符><知識對象> 值：=<數(shù)值>|<字符串>|<代數(shù)表達(dá)式> 關(guān)系運(yùn)算符：= | < |

10、> | | 知識對象：=<html文件>|<html文件><html文件集>|<wav文件>|<wav文件><wav文件集>|<avi文件>|<avi文件><avi文件集>|<exe文件>|<exe文件><exe文件集>|<bmp文件>|<bmp文件><bmp文件集> 3.3構(gòu)件      從圖1中可以看出業(yè)務(wù)層的功能是通過構(gòu)件實(shí)現(xiàn)。推理機(jī)、問題選擇構(gòu)件、提問構(gòu)

11、件是專家系統(tǒng)的通用組件，都以接口的形式曝露自身功能向外界提供服務(wù)4。平臺必須實(shí)現(xiàn)以下構(gòu)件。 問題選擇構(gòu)件。啟發(fā)式的專家系統(tǒng)中，推理是針對某領(lǐng)域的具體問題，故用戶啟動(dòng)推理前要確定待求解的問題，問題選擇算法步驟如下： 輸入知識庫文件標(biāo)識。 建立連接。 查詢知識庫模塊表，搜索父模塊為空的模塊。 查詢結(jié)果寫入選擇框，給出提示語句。 用戶選擇某一模塊，下一步。 查詢以選取模塊為父模塊的子模塊或問題，如個(gè)數(shù)不為0轉(zhuǎn)到步驟，否則下一步。 輸出問題標(biāo)識。 結(jié)束。       事實(shí)錄入(提問)構(gòu)件。推理必須以事實(shí)為基礎(chǔ)，在確定事實(shí)記錄的基礎(chǔ)上，在問題解空間中進(jìn)行

12、模式匹配，找出問題解。啟發(fā)式專家系統(tǒng)中以一問一答的方式捕獲農(nóng)戶輸入，基本上只要操作鼠標(biāo)就能完成事實(shí)錄入，輸入量大大減少，對于電腦操作不太熟練的農(nóng)民更為實(shí)用。提問算法如下： 輸入知識庫標(biāo)識和問題標(biāo)識。 建立連接。 以問題標(biāo)識為條件查詢知識庫問題表，獲得問題輸入因素集寫提問黑板。 在黑板上取一個(gè)輸入因素，同時(shí)提問。取輸入因素所有取值或相關(guān)信息寫到LIST選擇框。 用戶選擇某一值或輸入數(shù)值，下一步。 更新事實(shí)記錄。 判斷提問是否完成？是則下一步，否則轉(zhuǎn)到步驟。 輸出事實(shí)記錄。 結(jié)束。       推理機(jī)構(gòu)件。在專家系統(tǒng)中推理機(jī)是一至關(guān)重要的

13、部件。由它完成知識的運(yùn)用，考慮到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的特性和農(nóng)民用戶的特殊性采用一種正向、不確定性推理的推理方法，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中，輸入輸出所表示的事實(shí)有不確定性描述知識，如：肥力高低、受害程度、顏色深淺等，都難以精確定量，如果在規(guī)則增加不確定性處理，如加不確定性因子，并用模糊度運(yùn)算和真度激活則會增加知識表示、規(guī)則錄入、農(nóng)戶使用的復(fù)雜性，同時(shí)不確定性因子的確定也很大程度上是主觀臆測，實(shí)踐意義不大，不能真正說明問題，卻減少了平臺的實(shí)用性，正向推理由事實(shí)激發(fā)去匹配問題的解空間，尋找該事實(shí)條件下的問題解，有則得出結(jié)論并給出此規(guī)則的可信度，把相應(yīng)的知識ID作為輸出激活結(jié)論窗，在其中進(jìn)行文本及各種知識對象的瀏覽5。 3.

14、4多媒體知識對象應(yīng)用      有多媒體知識對象的支持，知識工程師選擇知識的表達(dá)形式和表現(xiàn)手法有更大的自由空間，平臺中主要涉及兩方面的多媒體技術(shù)：存儲和操作。       多媒體信息的存儲。圖片、音頻、視頻文件的存儲空間都比較大，在數(shù)據(jù)庫以二進(jìn)制數(shù)據(jù)的形式存于字段中，但在打開時(shí)必須從字段中讀出并還原成相應(yīng)文件格式的臨時(shí)文件，來來回回速度、效率浪費(fèi)了許多；另一方面在知識表示記錄中存上文件名，用專用的資源文件夾存相應(yīng)的多媒體文件，就會如打開本地文件一樣。平臺以文件的形式來存儲。        多媒體數(shù)據(jù)的操作。很多ActiveX控件對多媒體數(shù)據(jù)的操作有很好的支持。如播放器控件對于、文件支持播放。ebBrowser控件支持打開文件，充分調(diào)用現(xiàn)有控件在編程系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)可以獲得更大的自由度。 結(jié)束語      計(jì)算機(jī)應(yīng)用于，在我國正逐步成為現(xiàn)實(shí)，在農(nóng)村中廣泛應(yīng)用農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)，已成為各地的迫切要求。農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)開發(fā)平臺是開發(fā)專家系統(tǒng)工具上的首選，它的研究開發(fā)是軟件應(yīng)用的重要分支。本文討論的多媒體農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)開發(fā)平