故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)課程

1、第六章 故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)PAGE PAGE 197第六章 故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)6.1專(zhuān)家系統(tǒng)概述6.1.1專(zhuān)家系統(tǒng)的定義專(zhuān)家系統(tǒng)（Expertsystem簡(jiǎn)稱(chēng)ES）是人工智能的一個(gè)分支領(lǐng)域，在自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)、工程技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，是人工智能領(lǐng)域中最具有吸引力、最成功的研究領(lǐng)域。20世紀(jì)60年代中期，人工智能由追求通用的一般研究轉(zhuǎn)入特定的研究，產(chǎn)生了以專(zhuān)家系統(tǒng)為代表的基于知識(shí)的各類(lèi)人工智能系統(tǒng)。1965年，斯坦福大學(xué)教授費(fèi)根鮑姆（E.A.Feigenbaum）開(kāi)創(chuàng)了基于知識(shí)的專(zhuān)家系統(tǒng)這一人工智能研究的新領(lǐng)域。他與別人共同開(kāi)發(fā)的根據(jù)化合物的分子式及其質(zhì)譜數(shù)據(jù)幫助化學(xué)家推斷分子結(jié)構(gòu)的計(jì)

2、算機(jī)程序系統(tǒng)DENDRAL，標(biāo)志著專(zhuān)家系統(tǒng)的誕生。專(zhuān)家系統(tǒng)的發(fā)展可以分為孕育（1965年以前）、產(chǎn)生（19651971）、成熟（19721977）和發(fā)展（1978）四個(gè)階段25。在70年代ES系統(tǒng)的成熟期，ES的概念與觀點(diǎn)逐漸大眾化，先后出現(xiàn)了一批較成熟的ES系統(tǒng)，主要是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，代表性的有MYCIN、CASNET、PROSPECTOR等ES系統(tǒng)。這一時(shí)期的ES系統(tǒng)與第一代系統(tǒng)相比具有：多數(shù)使用自然語(yǔ)言對(duì)話(huà)，多數(shù)系統(tǒng)具有解釋功能，采用了似然推理技術(shù)。進(jìn)入80年代后，專(zhuān)家系統(tǒng)的應(yīng)用范圍更加廣泛，已擴(kuò)展到軍事、空間技術(shù)、建筑設(shè)計(jì)和設(shè)備診斷等方面。在設(shè)備的故障診斷領(lǐng)域中，近幾年我國(guó)也開(kāi)發(fā)了一些專(zhuān)家

3、系統(tǒng)，主要是針對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組開(kāi)發(fā)的故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)。水電機(jī)組的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行原理同汽輪發(fā)電機(jī)組相似，但卻有不同之處，因此水電機(jī)組故障診斷的研究即具有一定的理論基礎(chǔ)，又具有很大的必要性。專(zhuān)家系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)得到許多領(lǐng)域?qū)＜业恼J(rèn)可，但是對(duì)于專(zhuān)家系統(tǒng)的定義到目前為止還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的說(shuō)法。一種意見(jiàn)認(rèn)為：專(zhuān)家系統(tǒng)是利用具有相當(dāng)量的公認(rèn)、權(quán)威的知識(shí)來(lái)解決特定領(lǐng)域中的實(shí)際問(wèn)題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，可以根據(jù)人為提供的數(shù)據(jù)、事實(shí)和信息，結(jié)合系統(tǒng)中存儲(chǔ)的專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)或知識(shí)，運(yùn)用一定的推理機(jī)制進(jìn)行推理判斷，最后給出一定的結(jié)論和用戶(hù)解釋以供用戶(hù)決策之用。持有另一種意見(jiàn)的人則認(rèn)為：專(zhuān)家系統(tǒng)是一個(gè)具有知識(shí)庫(kù)和具體計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)，其

4、知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)來(lái)源于某領(lǐng)域?qū)＜业募寄芎徒?jīng)驗(yàn)；可以對(duì)某一任務(wù)提出建議或給出合理的決策；能判斷自己的推理路線并以簡(jiǎn)明的形式顯示出來(lái)；常采用基于規(guī)則的程序設(shè)計(jì)。第三種意見(jiàn)認(rèn)為：專(zhuān)家系統(tǒng)是一個(gè)使用知識(shí)和推理的智能計(jì)算機(jī)程序，它的目的是解決人類(lèi)專(zhuān)家很難解決的一些問(wèn)題；專(zhuān)家系統(tǒng)中的知識(shí)由事實(shí)和啟發(fā)式信息構(gòu)成，其事實(shí)構(gòu)成了共享且為專(zhuān)家認(rèn)可的知識(shí)信息體；專(zhuān)家系統(tǒng)的啟發(fā)式信息則是一些獨(dú)特的推理規(guī)則，如似然推理規(guī)則、優(yōu)化猜測(cè)規(guī)則等。上述對(duì)專(zhuān)家系統(tǒng)的理解都有兩個(gè)概念知識(shí)、推理和智能程序。因此可以引用專(zhuān)家系統(tǒng)創(chuàng)始人費(fèi)根鮑姆（E.A.Feigenbaum）的一段話(huà)來(lái)說(shuō)明什么是專(zhuān)家系統(tǒng)：“專(zhuān)家系統(tǒng)是一個(gè)智能計(jì)算機(jī)程序，它

5、利用知識(shí)和推理過(guò)程來(lái)解決那些需要大量的人類(lèi)專(zhuān)家知識(shí)才能解決的復(fù)雜問(wèn)題。所用的知識(shí)和推理過(guò)程可認(rèn)為是最好的領(lǐng)域?qū)＜业膶?zhuān)門(mén)知識(shí)的模型”。一般而言，專(zhuān)家系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：象人類(lèi)專(zhuān)家一樣可以解決一些困難問(wèn)題；以知識(shí)為基礎(chǔ)；用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行人機(jī)交流，包括使用自然語(yǔ)言；具有專(zhuān)家水平的專(zhuān)門(mén)知識(shí)。專(zhuān)家系統(tǒng)所具有的知識(shí)面可以很窄，但針對(duì)某個(gè)特定領(lǐng)域，必須要有專(zhuān)家的水平；具有符號(hào)處理的能力。專(zhuān)家系統(tǒng)能采用符號(hào)準(zhǔn)確地來(lái)表示領(lǐng)域有關(guān)的信息和知識(shí)，并對(duì)其進(jìn)行各種處理和推理功能，這里用符號(hào)表示的知識(shí)和信息超越了數(shù)據(jù)的范疇；具有一般問(wèn)題的求解能力。專(zhuān)家系統(tǒng)具有一種公共的智能行為，能做一般的邏輯推理、目標(biāo)搜索和常識(shí)處理等工作

6、；具有一定的復(fù)雜度與難度。專(zhuān)家系統(tǒng)所處理的知識(shí)都是專(zhuān)門(mén)的領(lǐng)域知識(shí)。若領(lǐng)域問(wèn)題不具有一定的復(fù)雜度與難度，就根本不需要專(zhuān)家來(lái)解決；具有解釋功能。專(zhuān)家系統(tǒng)在解題的過(guò)程中，應(yīng)能解釋獲得結(jié)果的原因。這就是專(zhuān)家系統(tǒng)的透明性；具有獲取知識(shí)的能力。與人類(lèi)專(zhuān)家一樣能通過(guò)學(xué)習(xí)不斷豐富自己的知識(shí)和擴(kuò)充知識(shí)庫(kù)，高級(jí)專(zhuān)家系統(tǒng)也應(yīng)有進(jìn)一步不斷獲取知識(shí)的能力；具有自學(xué)的能力，能從系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)中不斷總結(jié)新知識(shí)和更新老知識(shí)。目前，該能力還是停留在初級(jí)階段，還沒(méi)有找到更好地解決學(xué)習(xí)問(wèn)題的方法；具有較好的可擴(kuò)充性與可維護(hù)性，因?yàn)閷?zhuān)家系統(tǒng)一般都把程序的控制和推理機(jī)構(gòu)與知識(shí)分離，相對(duì)地互相獨(dú)立；專(zhuān)家系統(tǒng)是一種智能的計(jì)算機(jī)程序，而這種

7、智能計(jì)算機(jī)程序不同于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序。專(zhuān)家系統(tǒng)可以表示為： 知識(shí)+推理=專(zhuān)家系統(tǒng)而傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)程序?yàn)椋?數(shù)據(jù)+算法=程序?qū)＜蚁到y(tǒng)與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)程序的區(qū)別：總體上說(shuō)，專(zhuān)家系統(tǒng)是一種屬于人工智能范疇的計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序，人工智能的各種問(wèn)題的求解策略和方法都適用于專(zhuān)家系統(tǒng)。專(zhuān)家系統(tǒng)使用的求解方法不同于傳統(tǒng)應(yīng)用程序的算法。專(zhuān)家系統(tǒng)求解的問(wèn)題是不良結(jié)構(gòu)或不確定性的問(wèn)題，而傳統(tǒng)的程序求解的是確定的定規(guī)類(lèi)問(wèn)題。從功能看，專(zhuān)家系統(tǒng)模擬的是人類(lèi)專(zhuān)家在問(wèn)題領(lǐng)域上的推理，而不是模擬問(wèn)題本身。傳統(tǒng)的程序是通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型去模擬問(wèn)題領(lǐng)域。從組成結(jié)構(gòu)上，專(zhuān)家系統(tǒng)解決問(wèn)題有三要素：描述問(wèn)題狀態(tài)的綜合數(shù)據(jù)庫(kù)或全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)，存放啟發(fā)式經(jīng)

8、驗(yàn)知識(shí)的知識(shí)庫(kù)，以及對(duì)知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)進(jìn)行推理的推理機(jī)。知識(shí)庫(kù)的知識(shí)與領(lǐng)域?qū)＜颐懿豢煞?，需要?jīng)常地補(bǔ)充和修正，它同推理機(jī)相互獨(dú)立，增加了系統(tǒng)的靈活性。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序只有數(shù)據(jù)級(jí)和程序級(jí)兩級(jí)結(jié)構(gòu)，將描述算法的過(guò)程性計(jì)算信息和控制性判斷信息一起編碼在程序中，缺乏專(zhuān)家系統(tǒng)的靈活性?？傊瑢?zhuān)家系統(tǒng)是使用某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜业念I(lǐng)域知識(shí)來(lái)求解問(wèn)題，而不是使用某些從計(jì)算機(jī)科學(xué)和數(shù)學(xué)中推導(dǎo)出的與領(lǐng)域相關(guān)性不大的方法來(lái)求解問(wèn)題。6.1.2專(zhuān)家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)專(zhuān)家系統(tǒng)是求解某一領(lǐng)域的智能計(jì)算級(jí)程序，因此專(zhuān)家系統(tǒng)應(yīng)具備以下幾個(gè)功能：存儲(chǔ)問(wèn)題求解所需的知識(shí)。存儲(chǔ)具體問(wèn)題求解的初始數(shù)據(jù)和推理過(guò)程中涉及到的各種信息，如中間結(jié)果、目標(biāo)、子

9、目標(biāo)以及假設(shè)等等。根據(jù)當(dāng)前輸入的數(shù)據(jù)，利用已有知識(shí)，按照一定的推理策略，去解決當(dāng)前實(shí)際問(wèn)題，并可以控制和協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)。能夠?qū)ν评磉^(guò)程、結(jié)論或系統(tǒng)自身行為做出必要的解釋?zhuān)缃忸}步驟、處理策略、選擇處理方法的理由、系統(tǒng)求解某種問(wèn)題的能力、系統(tǒng)如何組織相管理其自身知識(shí)等這樣既便于用戶(hù)的理解和接受，同時(shí)也便于系統(tǒng)的維護(hù)。提供知識(shí)獲取、機(jī)器學(xué)習(xí)以及知識(shí)庫(kù)的修改、擴(kuò)充和完善等維護(hù)手段。只有這樣才能更有效地提高系統(tǒng)的問(wèn)題求解能力及準(zhǔn)確性。提供一種用戶(hù)接口，既便于用戶(hù)使用，又便于分析和理解用戶(hù)的各種要求和請(qǐng)求。一個(gè)完整的專(zhuān)家系統(tǒng)必須具有以上的功能，因此可以決定一般的專(zhuān)家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。專(zhuān)家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由三種結(jié)構(gòu)：基本

10、型、一般型和理想型。圖6-1專(zhuān)家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖6-1給出了基本型的結(jié)構(gòu)，它包括兩個(gè)主要部分：知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)。這種結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，知識(shí)工程師與領(lǐng)域?qū)＜抑苯咏换?，收集與整理領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)，將其轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的內(nèi)部表示形式并存放到知識(shí)庫(kù)中；推理機(jī)根據(jù)用戶(hù)的問(wèn)題、求解要求和所提供的初始數(shù)據(jù)，運(yùn)用知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行求解，并將產(chǎn)生的結(jié)果輸出給用戶(hù)。圖6-2給出了專(zhuān)家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一般型。以MYCIN為代表的基于規(guī)則的專(zhuān)家系統(tǒng)（Rule-based Expert system）采用了這種結(jié)構(gòu)，是由所謂的產(chǎn)生式系統(tǒng)發(fā)展起來(lái)的，在目前專(zhuān)家系統(tǒng)建造中比較流行這種結(jié)構(gòu)包括六個(gè)部分：知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)、人機(jī)接口

11、、解釋機(jī)以及知識(shí)獲取程序。其中知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)和綜合數(shù)據(jù)庫(kù)是目前大多數(shù)專(zhuān)家系統(tǒng)的主要內(nèi)容。圖6-2專(zhuān)家系統(tǒng)一般型(1)知識(shí)庫(kù)（Knowledge Base ,縮寫(xiě)KB）。用以存放領(lǐng)域?qū)＜姨峁┑膶?zhuān)門(mén)知識(shí)。這些專(zhuān)門(mén)知識(shí)包含與領(lǐng)域相關(guān)的書(shū)本知識(shí)、常識(shí)性知識(shí)以及專(zhuān)家憑經(jīng)驗(yàn)得到的試探性知識(shí)專(zhuān)家系統(tǒng)的問(wèn)題求解是運(yùn)用專(zhuān)家提供的專(zhuān)門(mén)知識(shí)來(lái)模擬專(zhuān)家的思維方式進(jìn)行的，這樣知識(shí)庫(kù)中擁有知識(shí)的數(shù)量和質(zhì)量就成為一個(gè)專(zhuān)家系統(tǒng)中系統(tǒng)性能和問(wèn)題求解能力的關(guān)鍵因素因此，知識(shí)庫(kù)的建立是建造專(zhuān)家系統(tǒng)的中心任務(wù)。(2)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)。用于存放關(guān)于問(wèn)題求解的初始數(shù)據(jù)、求解狀態(tài)、中間結(jié)果、假設(shè)、目標(biāo)以及最終求解結(jié)果。(3)推理機(jī)（Infere

12、nce Engine）。在一定的控制策略下針對(duì)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的當(dāng)前信息，識(shí)別和選取知識(shí)庫(kù)中對(duì)當(dāng)前問(wèn)題求解有用的知識(shí)進(jìn)行推理。在專(zhuān)家系統(tǒng)中，由于知識(shí)庫(kù)中知識(shí)往往是不完全的和不精確的，因而其推理過(guò)程一般采用不精確推理(4)知識(shí)獲取程序。在專(zhuān)家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)建造中用以部分代替知識(shí)工程師進(jìn)行專(zhuān)門(mén)知識(shí)的自動(dòng)獲取，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)家系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)，不斷完善知識(shí)庫(kù)。(5)解釋程序。根據(jù)用戶(hù)的提問(wèn)，對(duì)系統(tǒng)提出的結(jié)論、求解過(guò)程以及系統(tǒng)當(dāng)前的求解狀態(tài)提供說(shuō)明，便于用戶(hù)理解系統(tǒng)的問(wèn)題求解，增加用戶(hù)對(duì)求解結(jié)果的信任程度。在知識(shí)庫(kù)的完善過(guò)程中便于專(zhuān)家或知識(shí)工程師發(fā)現(xiàn)和定位知識(shí)庫(kù)中的錯(cuò)誤，便于領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)人員或初學(xué)者能夠從問(wèn)題的求解過(guò)程中

13、得到直觀學(xué)習(xí)。（6）人機(jī)接口(Man-Machine Interface)。將專(zhuān)家或用戶(hù)的輸入信息翻譯為系統(tǒng)可接受的內(nèi)部形式，把系統(tǒng)向?qū)＜一蛴脩?hù)輸出的信息轉(zhuǎn)換成人類(lèi)易于理解的外部形式。監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)征兆獲取模塊征兆事實(shí)庫(kù)機(jī)組參數(shù)庫(kù)知識(shí)獲取模塊診斷知識(shí)庫(kù)工作存儲(chǔ)器推 理 機(jī)解釋模塊故障決策模塊人機(jī)接口模塊領(lǐng)域?qū)＜疑鲜龅膬煞N專(zhuān)家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)只是各應(yīng)用領(lǐng)域類(lèi)專(zhuān)家系統(tǒng)的基本和核心。對(duì)于水電機(jī)組的故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)而言，其組成除了上述六個(gè)部分外，還應(yīng)該包括在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、機(jī)組實(shí)際參數(shù)庫(kù)、征兆事實(shí)庫(kù)、信號(hào)分析程序、征兆監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)征兆獲取模塊征兆事實(shí)庫(kù)機(jī)組參數(shù)庫(kù)知識(shí)獲取模塊診斷知識(shí)庫(kù)工作存儲(chǔ)器推 理 機(jī)解釋模塊故障

14、決策模塊人機(jī)接口模塊領(lǐng)域?qū)＜覉D6-3水電機(jī)組故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)圖6-3是水電機(jī)組專(zhuān)家系統(tǒng)示意圖，圖中各部分功能為：（1）機(jī)組參數(shù)庫(kù)：用于存放機(jī)組有關(guān)的結(jié)構(gòu)和功能參數(shù)（如水電機(jī)組的設(shè)計(jì)參數(shù)）以及機(jī)組過(guò)去運(yùn)行情況的背景信息。（2）診斷知識(shí)庫(kù)：診斷知識(shí)庫(kù)是機(jī)組故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)的核心，也是影響機(jī)組故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)性能的瓶頸。其用于存放水電機(jī)組領(lǐng)域?qū)＜业母鞣N與機(jī)組故障診斷有關(guān)的知識(shí)，包括機(jī)組征兆、控制知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、對(duì)策知識(shí)和翻譯程序。這些知識(shí)是由知識(shí)工程師和水電專(zhuān)家合作獲取到的，并通過(guò)知識(shí)獲取模塊按一定的知識(shí)表示存入到診斷知識(shí)庫(kù)中。（3）征兆獲取模塊：采用一定的征兆獲取方法，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析

15、，獲取征兆。常用的方法為時(shí)域提取和頻域提取。但亦可研究利用小波分析來(lái)提取故障征兆。（4）知識(shí)獲取模塊：知識(shí)獲取模塊負(fù)責(zé)對(duì)診斷知識(shí)庫(kù)進(jìn)行維護(hù)和更新，包括知識(shí)的輸入、修改、刪除和查詢(xún)等管理功能及知識(shí)的一致性、冗余性和完整性等維護(hù)功能。同時(shí)，將機(jī)組發(fā)生的且以前沒(méi)有遇到過(guò)的新情況補(bǔ)充到知識(shí)庫(kù)中。（5）推理機(jī)：推理機(jī)是一組程序，用于控制系統(tǒng)的運(yùn)行。利用診斷知識(shí)庫(kù)的知識(shí)，并提取征兆事實(shí)庫(kù)的事實(shí)按照一定的問(wèn)題求解策略，進(jìn)行推理診斷，最后給出診斷結(jié)果。診斷推理模塊是診斷系統(tǒng)的關(guān)鍵，它的推理模式和推理依據(jù)對(duì)診斷的準(zhǔn)確性起決定作用。它可分為：自動(dòng)診斷和人工干預(yù)診斷。自動(dòng)診斷不需要人工干預(yù)，所有過(guò)程均由系統(tǒng)自動(dòng)完成

16、，并最后給出診斷結(jié)果和診斷解釋。人工干預(yù)診斷需要用戶(hù)提問(wèn)，獲得更多的征兆信息，以便更精確地進(jìn)行診斷，（6）解釋模塊：負(fù)責(zé)對(duì)用戶(hù)提出的問(wèn)題進(jìn)行解釋?zhuān)⒔o出診斷依據(jù)。其是用戶(hù)了解診斷結(jié)果并對(duì)診斷結(jié)果可靠性進(jìn)行判斷的依據(jù)。（7）故障決策模塊：根據(jù)診斷結(jié)果給出系統(tǒng)應(yīng)采取的措施。（8）人機(jī)接口模塊：用于用戶(hù)、專(zhuān)家和知識(shí)工程師與機(jī)組診斷系統(tǒng)進(jìn)行交互。將用戶(hù)輸入的信息轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)能辨認(rèn)的信息，同時(shí)將系統(tǒng)信息轉(zhuǎn)換成用戶(hù)易于理解的外部表示形式（圖形、圖表、表格、自然語(yǔ)言等）。6.1.3專(zhuān)家系統(tǒng)的分類(lèi)專(zhuān)家系統(tǒng)可以按照多種不同的方法進(jìn)行分類(lèi)。按照推理控制策略分類(lèi)，可分為正向推理專(zhuān)家系統(tǒng)、反向推理專(zhuān)家系統(tǒng)、元控制專(zhuān)家系

17、統(tǒng)等。按照專(zhuān)家系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)分類(lèi)，可分為醫(yī)療專(zhuān)家系統(tǒng)、勘探專(zhuān)家系統(tǒng)、石油專(zhuān)家系統(tǒng)、數(shù)學(xué)專(zhuān)家系統(tǒng)、物理專(zhuān)家系統(tǒng)、化學(xué)專(zhuān)家系統(tǒng)、氣象專(zhuān)家系統(tǒng)、生物專(zhuān)家系統(tǒng)、工業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)、法律專(zhuān)家系統(tǒng)、教育專(zhuān)家系統(tǒng)等。每個(gè)大類(lèi)系統(tǒng)又可以分為若干個(gè)小類(lèi)，工業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)按照對(duì)象不同可以分為汽輪機(jī)專(zhuān)家系統(tǒng)、壓縮機(jī)專(zhuān)家系統(tǒng)、水輪發(fā)電機(jī)專(zhuān)家系統(tǒng)、FMS專(zhuān)家系統(tǒng)等。按照知識(shí)表示技術(shù)分類(lèi)，可分為基于邏輯的專(zhuān)家系統(tǒng)（Logic-based Expert system）、基于規(guī)則的專(zhuān)家系統(tǒng)（Rule-based Expert system）、基于語(yǔ)義網(wǎng)的專(zhuān)家系統(tǒng)、基于框架的專(zhuān)家系統(tǒng)(Frame-based Expert system

18、)等。其中比較有代表性的是MYCIN基于規(guī)則的專(zhuān)家系統(tǒng)。按照專(zhuān)家系統(tǒng)所解決的問(wèn)題性質(zhì)分為：解釋型。通過(guò)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，解釋深一層的結(jié)構(gòu)或內(nèi)部可能情況等的系統(tǒng)。這個(gè)范疇包括語(yǔ)言理解、圖像處理、信息解釋和智能分析。語(yǔ)言理解系統(tǒng)HERASAY系統(tǒng)就屬于這類(lèi)系統(tǒng)。這類(lèi)系統(tǒng)的特點(diǎn)是輸入數(shù)據(jù)包含許多干擾因素。診斷型。根據(jù)輸入信號(hào)找出處理對(duì)象存在的故障，并給出排除故障方案的系統(tǒng)。此類(lèi)系統(tǒng)主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、電子、機(jī)械和軟件等的診斷。例如，治療細(xì)菌感染的系統(tǒng)MYCIN，計(jì)算機(jī)硬件故障診斷系統(tǒng)DART，旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)DIVA。這類(lèi)系統(tǒng)的特點(diǎn)是故障與現(xiàn)象之間一般沒(méi)有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。預(yù)測(cè)型。根據(jù)處理對(duì)象

19、過(guò)去和現(xiàn)在的情況推斷未來(lái)的可能結(jié)果的系統(tǒng)。這個(gè)范疇包括天氣預(yù)報(bào)、人口預(yù)演、交通預(yù)報(bào)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)量估計(jì)和軍事預(yù)測(cè)等。這類(lèi)任務(wù)的特點(diǎn)是事件和數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化。 設(shè)計(jì)型。根據(jù)設(shè)計(jì)要求制定方案或圖樣的系統(tǒng)。這類(lèi)問(wèn)題包括線路設(shè)計(jì)、建筑物設(shè)計(jì)、財(cái)政方案設(shè)計(jì)等。這類(lèi)系統(tǒng)的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)構(gòu)件不匹配，并且多項(xiàng)設(shè)計(jì)要求之間存在重疊或隱含聯(lián)系。規(guī)劃型。根據(jù)給定目標(biāo)擬訂行動(dòng)計(jì)劃的系統(tǒng)。這類(lèi)問(wèn)題包括自動(dòng)程序設(shè)計(jì)、機(jī)器人、線路、通訊、實(shí)驗(yàn)和軍事計(jì)劃等。這類(lèi)任務(wù)的特點(diǎn)是目標(biāo)的描述通常是含糊的，目標(biāo)與可行操作之間并不一定完全匹配，并且各種操作之間可能相互制約或抵消。監(jiān)測(cè)型。將監(jiān)測(cè)對(duì)象的行為同期望行為進(jìn)行比較，實(shí)施監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工

20、作。這類(lèi)問(wèn)題包括核電站、機(jī)場(chǎng)調(diào)度、病人監(jiān)護(hù)等。例如，核反應(yīng)堆事故診斷與處理系統(tǒng)REACTOR.。這類(lèi)系統(tǒng)特點(diǎn)是實(shí)時(shí)性強(qiáng)，要求及時(shí)收集處理對(duì)象以各種方式發(fā)出的有意義的信號(hào)，快速鑒別信號(hào)異常原因，并及時(shí)準(zhǔn)確地確定是否需要報(bào)警。教學(xué)型。是診斷型和調(diào)試型的結(jié)合，主要用于教學(xué)和培訓(xùn)任務(wù)。這類(lèi)專(zhuān)家系統(tǒng)不但能對(duì)領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行傳授，而且能對(duì)學(xué)生提問(wèn)，指出學(xué)生回答中的錯(cuò)誤，并進(jìn)行解釋、分析錯(cuò)誤的原因以及指導(dǎo)糾正錯(cuò)誤等等。調(diào)試型。根據(jù)計(jì)劃、設(shè)計(jì)和預(yù)報(bào)的能力，對(duì)診斷出的問(wèn)題產(chǎn)生修正或建議，即給出已確認(rèn)故障的解決方案。維修型。根據(jù)糾錯(cuò)方法的特點(diǎn)，制定并執(zhí)行已診斷出問(wèn)題的修正計(jì)劃。這類(lèi)問(wèn)題包括自動(dòng)化、航天控制系統(tǒng)等。這類(lèi)

21、系統(tǒng)必須根據(jù)對(duì)象的特點(diǎn)，從多種糾錯(cuò)方案中選擇最佳方案 控制型。完成實(shí)時(shí)控制任務(wù)，它們大多是監(jiān)測(cè)型與維修型的結(jié)合體。按照所采用的推理技術(shù)分類(lèi)，可分為確定理論推理技術(shù)專(zhuān)家系統(tǒng)、主觀Bayes推理技術(shù)專(zhuān)家系統(tǒng)、可能性理論據(jù)理技術(shù)專(zhuān)家系統(tǒng)、D/S證據(jù)理論推理技術(shù)專(zhuān)家系統(tǒng)等。按照專(zhuān)家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分類(lèi)，可分為單專(zhuān)家系統(tǒng)和群專(zhuān)家系統(tǒng)(亦稱(chēng)協(xié)同式多專(zhuān)家系統(tǒng))。而群專(zhuān)家系統(tǒng)按其組織方式又可分為主從式、層次式、同僚式、廣播式以及招標(biāo)式等。對(duì)于確定的專(zhuān)家系統(tǒng)，可能屬于一類(lèi)專(zhuān)家系統(tǒng)，也可能屬于兩種或兩種以上。它們之間是互相交叉，兼有多種類(lèi)型的功能。上述專(zhuān)家系統(tǒng)的分類(lèi)只是為了更好地理解專(zhuān)家系統(tǒng)。水電機(jī)組專(zhuān)家系統(tǒng)的示意圖如

22、圖6-3，在求解問(wèn)題的分類(lèi)上，它具有解釋型、預(yù)測(cè)型、監(jiān)測(cè)型、診斷型、調(diào)試型以及維修型的全部或部分功能。6.1.4水電機(jī)組專(zhuān)家系統(tǒng)的發(fā)展與研究水電機(jī)組故障診斷系統(tǒng)所采用的方法有模糊邏輯法、故障樹(shù)分析法、專(zhuān)家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。其中專(zhuān)家系統(tǒng)的研究是應(yīng)用熱點(diǎn)，而且專(zhuān)家系統(tǒng)與其它診斷方法相比具有很大的優(yōu)點(diǎn)。適應(yīng)性強(qiáng)。專(zhuān)家知識(shí)在任何計(jì)算機(jī)硬件上都是可利用的，專(zhuān)家系統(tǒng)是專(zhuān)家知識(shí)的集成體。持久性。專(zhuān)家知識(shí)是持久的，不像領(lǐng)域?qū)＜夷菢訒?huì)退休，或者死亡，專(zhuān)家系統(tǒng)的知識(shí)會(huì)無(wú)限地持續(xù)，而且可以不斷地更新學(xué)習(xí)。低成本。提供給用戶(hù)的專(zhuān)家知識(shí)成本非常低。具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。低危險(xiǎn)性。專(zhuān)家系統(tǒng)可用于噪聲大的環(huán)境。響應(yīng)

23、快。迅速或?qū)崟r(shí)的響應(yīng)對(duì)某些應(yīng)用來(lái)講是必要的依靠所使用的軟件或硬件，專(zhuān)家系統(tǒng)可以比專(zhuān)家反應(yīng)得更迅速和更有效某些突發(fā)的情況需要響應(yīng)得比專(zhuān)家更迅速，因此實(shí)時(shí)的專(zhuān)家系統(tǒng)是一個(gè)好的選擇。高可靠性。專(zhuān)家系統(tǒng)可增強(qiáng)運(yùn)行人員正確決策的信心。這是由專(zhuān)家系統(tǒng)提供一個(gè)輔助解釋、決策觀點(diǎn)得到的。此外，專(zhuān)家系統(tǒng)還可協(xié)調(diào)多個(gè)專(zhuān)家的不同意見(jiàn)。不過(guò)，當(dāng)專(zhuān)家系統(tǒng)是由某一個(gè)專(zhuān)家獨(dú)自編程設(shè)計(jì)的，那這個(gè)方法有可能失效。如果專(zhuān)家沒(méi)有犯錯(cuò)誤的話(huà)，專(zhuān)家系統(tǒng)應(yīng)該始終與專(zhuān)家意見(jiàn)一致。專(zhuān)家知識(shí)復(fù)合。復(fù)合專(zhuān)家知識(shí)可以做到在一天之內(nèi)的任何時(shí)候同時(shí)和持續(xù)地解決某一問(wèn)題。由幾個(gè)水電領(lǐng)域?qū)＜覐?fù)合起來(lái)的知識(shí)，其專(zhuān)家水平可能會(huì)超過(guò)一個(gè)單獨(dú)的專(zhuān)家。具有解釋、說(shuō)

24、明功能。專(zhuān)家系統(tǒng)能明確、詳細(xì)地解釋導(dǎo)出結(jié)論的推理過(guò)程，但是對(duì)于專(zhuān)家或其它人員有可能會(huì)對(duì)詳細(xì)步驟說(shuō)明感到厭煩、不情愿甚至可能沒(méi)有能力去這樣做。明確、詳細(xì)的解釋有利于用戶(hù)做出正確的決策。響應(yīng)過(guò)程穩(wěn)定、完整。在實(shí)時(shí)和突發(fā)情況下，領(lǐng)域?qū)＜铱赡苡捎趬毫蚱诙荒芨咝У亟鉀Q問(wèn)題，甚至可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的決策。專(zhuān)家系統(tǒng)是一個(gè)智能的計(jì)算機(jī)程序，它的響應(yīng)穩(wěn)定。智能知識(shí)庫(kù)。專(zhuān)家系統(tǒng)能以智能的方式來(lái)存取一個(gè)知識(shí)庫(kù)或數(shù)據(jù)庫(kù)，同一領(lǐng)域內(nèi)不同專(zhuān)家開(kāi)發(fā)的知識(shí)庫(kù)可以互相融合。知識(shí)系統(tǒng)化。開(kāi)發(fā)專(zhuān)家系統(tǒng)的過(guò)程中，專(zhuān)家知識(shí)必須以精確的形式輸入到計(jì)算機(jī)中，所以領(lǐng)域知識(shí)要被明確地了解而不是被隱含于專(zhuān)家的腦海中。這樣，對(duì)領(lǐng)域知識(shí)正確性、一

25、致性和完整性的檢查，把知識(shí)進(jìn)行了系統(tǒng)化。由于專(zhuān)家系統(tǒng)的優(yōu)越性，對(duì)它的研究開(kāi)展得也比較多。在水電機(jī)組故障診斷領(lǐng)域中，對(duì)專(zhuān)家系統(tǒng)的研究開(kāi)展得比較晚，而且開(kāi)發(fā)出來(lái)的專(zhuān)家診斷系統(tǒng)是非自主性，需要人為的參與和干涉。同其它領(lǐng)域的專(zhuān)家系統(tǒng)一樣，水電機(jī)組故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)研究的主要有五個(gè)方向。（1）故障機(jī)理的研究故障機(jī)理的研究就是研究故障發(fā)生的原因、故障傳播的途徑、故障發(fā)生的特征等。（2）知識(shí)獲取知識(shí)獲取就是研究如何將專(zhuān)家頭腦中的領(lǐng)域知識(shí)轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)換到計(jì)算機(jī)中，這一步驟是診斷專(zhuān)家系統(tǒng)的瓶頸。知識(shí)獲取是專(zhuān)家系統(tǒng)中最重要的研究課題。（3）知識(shí)表示知識(shí)表示是用計(jì)算機(jī)能夠接受并處理的符號(hào)和方式來(lái)表示領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)，它是交

26、叉于人工智能與認(rèn)知科學(xué)之間的一項(xiàng)重要研究課題。它不僅涉及到信息以何種方式存放于人類(lèi)大腦，而且研究大量知識(shí)在符號(hào)計(jì)算中以如何形式進(jìn)行描述。（4）不確定性推理不精確、不完全、概念模糊等統(tǒng)稱(chēng)不確定。不確定推理是指依據(jù)不確定的證據(jù)和事實(shí)，利用不確定的知識(shí)、通過(guò)不確定的推理過(guò)程，推得不確定但近似合理的結(jié)論。不確定推理的主要研究?jī)?nèi)容是在基本的推理方法基礎(chǔ)上，研究不確定測(cè)度的表示方法與理論，以及不確定測(cè)度在推理過(guò)程中的傳播與控制。（5）推理控制策略控制策略指推理按什么次序來(lái)進(jìn)行，其涉及到問(wèn)題求解領(lǐng)域的規(guī)劃與控制，涉及在解的過(guò)程中如何和何時(shí)選用知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)。上述五個(gè)是主要的研究課題，但是對(duì)于故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)

27、而言，還有其它領(lǐng)域需要深入的研究，如專(zhuān)家系統(tǒng)的解釋機(jī)制、專(zhuān)家系統(tǒng)的構(gòu)造、知識(shí)庫(kù)的管理與維護(hù)等。故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)隨著其它相應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，也在不斷地發(fā)展。由原來(lái)的單模式專(zhuān)家系統(tǒng)向集成式專(zhuān)家系統(tǒng)發(fā)展，根據(jù)專(zhuān)家系統(tǒng)的不同子系統(tǒng)和不同問(wèn)題特點(diǎn)采用不同的推理模式，甚至采用混合推理模式，不同的推理模式發(fā)揮不同的作用，從而達(dá)到快速準(zhǔn)確地求解問(wèn)題。未來(lái)的故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)是基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)?，F(xiàn)在的診斷專(zhuān)家系統(tǒng)是面向單機(jī)組、單電廠，隨著遠(yuǎn)程技術(shù)的完善和web網(wǎng)的普及，專(zhuān)家系統(tǒng)將向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。知識(shí)庫(kù)、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)等可以實(shí)現(xiàn)資源共享，從而加速了知識(shí)庫(kù)、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)等的建造和維護(hù)。6.2知識(shí)表示水電機(jī)組故障診斷專(zhuān)家

28、系統(tǒng)的研究致力于在水電機(jī)組的故障診斷領(lǐng)域內(nèi)建立高性能智能程序，其實(shí)質(zhì)就是把水電機(jī)組的故障診斷領(lǐng)域問(wèn)題求解有關(guān)的知識(shí)有機(jī)地結(jié)合到程序設(shè)計(jì)中，使程序能夠像水電專(zhuān)家一樣進(jìn)行推理、學(xué)習(xí)、解釋?zhuān)瑢?shí)現(xiàn)問(wèn)題求解。診斷專(zhuān)家系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于知識(shí)處理，包括知識(shí)的獲取、表示和運(yùn)用三個(gè)核心環(huán)節(jié)。知識(shí)表示主要研究用什么樣的方法將求解問(wèn)題所需知識(shí)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，開(kāi)發(fā)操作這些知識(shí)的推理過(guò)程，使知識(shí)表示和運(yùn)用知識(shí)的推理控制相融合，便于計(jì)算機(jī)處理。在故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)中，知識(shí)表示模式的選擇不僅對(duì)知識(shí)的有效存儲(chǔ)有關(guān)，也直接影響著系統(tǒng)的知識(shí)獲取能力和知識(shí)的運(yùn)用效率，因而，知識(shí)表示是知識(shí)工程中最基本的問(wèn)題之一，也是專(zhuān)家系統(tǒng)研究

29、的最熱門(mén)課題。6.2.1概述知識(shí)是專(zhuān)家系統(tǒng)的核心。機(jī)組故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)的性能取決于系統(tǒng)所擁有知識(shí)的質(zhì)量和數(shù)量。系統(tǒng)的工作過(guò)程是一個(gè)獲得知識(shí)并應(yīng)用知識(shí)的過(guò)程。（1）數(shù)據(jù) 知識(shí)處理中的數(shù)據(jù)比數(shù)學(xué)中的數(shù)據(jù)具有更廣泛的含義。我們把數(shù)據(jù)確切地定義為“客觀事物的屬性、數(shù)量、位置及其相互關(guān)系等的抽象表示”。 例如，符號(hào)10，12，1010，A等都可表示數(shù)據(jù)“十”，它既抽象地表示振動(dòng)幅值10（），也可表示軸承溫度升高10度。（2）信息我們定義信息為“數(shù)據(jù)所表示的含義(或稱(chēng)數(shù)據(jù)的語(yǔ)義)”。信息是對(duì)數(shù)據(jù)的解釋。是加載在數(shù)據(jù)之上的。反過(guò)來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)是信息的載體?！?0”抽象地表示振動(dòng)幅值10（），也可表示軸承溫度升高

30、10度。這說(shuō)明同樣一個(gè)“數(shù)據(jù)”在不同的場(chǎng)合可以有不同的解釋?zhuān)蛘哒f(shuō)負(fù)載著不同的信息。一個(gè)信息可用一組敘述詞及其值來(lái)描述： (敘述詞1：值1，敘述詞n；值n)它描述一件事、一個(gè)物體或一種現(xiàn)象的有關(guān)屬性、狀態(tài)、地點(diǎn)。例如，“水電機(jī)組頂蓋振動(dòng)劇烈”可描述為“物體：水電機(jī)組，部位：頂蓋，狀態(tài)：振動(dòng)，程度：劇烈”。（3）知識(shí)所謂知識(shí)是人們?cè)诟脑焓澜绲膶?shí)踐中所獲得的認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的總和，它是人類(lèi)進(jìn)行一切智能活動(dòng)的基礎(chǔ)。有了知識(shí)，人類(lèi)才可以處理各種問(wèn)題。關(guān)于知識(shí)的確切定義至今尚未形成，比較有代表的幾種定義方式有；E.A.Feigenbaum的認(rèn)為知識(shí)是經(jīng)過(guò)整理、加工、解釋和轉(zhuǎn)換的信息。F.Hayes-Roth的

31、認(rèn)為：知識(shí)事實(shí)十信念十啟發(fā)式。知識(shí)的定義雖然有不同形式，但都可以由F.Hayes-Roth提出的三維空間來(lái)描述，如圖6-4所示，知識(shí)的范圍，從具體到一般；知識(shí)的目的，從說(shuō)明到指定；知識(shí)的有效性，從精確到不精確。知識(shí)按照層次可分為：元知識(shí)、領(lǐng)域知識(shí)、信息、數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是最底層的知識(shí)形式，信息是數(shù)據(jù)所表示的含義。領(lǐng)域知識(shí)是指故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)在進(jìn)行故障識(shí)別時(shí)所用的知識(shí)，主要是專(zhuān)家的啟發(fā)性經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，表示診斷對(duì)象的故障和故障識(shí)別之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。圖6-4 知識(shí)表示 圖6-5 知識(shí)層次下例就是領(lǐng)域知識(shí)：if 300500Hz then 水輪機(jī)氣蝕if （0.250.50）轉(zhuǎn)頻 then 機(jī)組渦帶振動(dòng)if 2倍

32、電流頻率 then 發(fā)電機(jī)定子合縫松動(dòng)最高層是元知識(shí)（Metaknowledge）。元知識(shí)是關(guān)于如何有效地選擇和使用領(lǐng)域知識(shí)的知識(shí)，它是關(guān)于知識(shí)的知識(shí)。一個(gè)水電機(jī)組故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)為具有幾個(gè)不同型號(hào)機(jī)組的知識(shí)，元知識(shí)可以決定具體對(duì)待對(duì)象時(shí)應(yīng)用那個(gè)知識(shí)庫(kù)。比如：設(shè)計(jì)有混流式、軸流式、貫流式水輪機(jī)時(shí)，診斷混流式水輪機(jī)時(shí)，就要選擇混流式知識(shí)庫(kù)。通常把元知識(shí)分為兩類(lèi)。一類(lèi)是關(guān)于我們知道知識(shí)的知識(shí)，這類(lèi)知識(shí)刻劃了領(lǐng)域知識(shí)的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)的一般特征如知識(shí)產(chǎn)生的背景、范圍、可信程度等等；另一類(lèi)是關(guān)于如何運(yùn)用知識(shí)的知識(shí)，如在問(wèn)題求解當(dāng)中所采用的推理方法，為解決一個(gè)特殊任務(wù)而必須完成的活動(dòng)的計(jì)劃、組織和選擇

33、方面的知識(shí)近年來(lái)，元知識(shí)的開(kāi)發(fā)與運(yùn)用逐漸引起了人們的重視。其是提高專(zhuān)家系統(tǒng)性能的一種有效途徑，并成為新一代專(zhuān)家系統(tǒng)的一個(gè)重要標(biāo)志。知識(shí)可分為先驗(yàn)知識(shí)和后驗(yàn)知識(shí)。先驗(yàn)知識(shí)（Priori）來(lái)自于拉丁文，意思為“超前的”。這種知識(shí)不依賴(lài)于感覺(jué)器官而獲得的知識(shí)。例如，水輪機(jī)將水能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能是遵循能量守恒定律的。與先驗(yàn)知識(shí)相反的是由感覺(jué)器官所獲得的知識(shí)，即后驗(yàn)知識(shí)。后驗(yàn)知識(shí)的正確與錯(cuò)誤可以用感覺(jué)經(jīng)驗(yàn)來(lái)證明。知識(shí)可以進(jìn)一步劃分為過(guò)程性知識(shí)(Procedural knowledge)、說(shuō)明性知識(shí)(Declarativeknowledge)和默認(rèn)性知識(shí)(Tacit knowledge)。過(guò)程性知識(shí)常常是指知

34、道如何做某事，例如知道如何調(diào)整水輪機(jī)導(dǎo)葉開(kāi)度來(lái)保證一定的出力。說(shuō)明性知識(shí)是指知道某事是對(duì)的還是錯(cuò)的，它常用說(shuō)明語(yǔ)句的形式來(lái)表達(dá)知識(shí)，例如“機(jī)架振動(dòng)過(guò)大時(shí)，可調(diào)整出力”。默認(rèn)性知識(shí)由于不能用語(yǔ)言來(lái)表達(dá)，常被稱(chēng)作無(wú)意識(shí)的知識(shí)(Unconscious knowledge)。知識(shí)按其含義大致可分為：事實(shí)、規(guī)則、規(guī)律、推理方法。事實(shí)是對(duì)客觀事物屬性的值的描述。一般這種知識(shí)中不含任何變量，可以用一個(gè)值為“真”的命題來(lái)表達(dá)。例如“水是可壓縮的”，“水輪機(jī)轉(zhuǎn)速是135（r/min）”等都是事實(shí)。規(guī)則是可分解為前提(或條件)和結(jié)論(或動(dòng)作)兩部分的那種能表達(dá)因果關(guān)系的知識(shí)，一般形式為：如果A則B，其中A表示前提

35、，B表示結(jié)論。規(guī)律是事物之間的內(nèi)在的必然聯(lián)系。在上述形式的規(guī)則里，根據(jù)其適用范圍，可細(xì)分為(前提或結(jié)論中)不帶變量的規(guī)則和帶變量的規(guī)則兩種，我們一般把帶變量的規(guī)則稱(chēng)為規(guī)律，規(guī)則中的變量一旦被實(shí)例替換為一個(gè)具體值，規(guī)律就變成一條具體的不帶變量的規(guī)則。推理方法是一種很重要的知識(shí)，它可以從已知的知識(shí)推出新知識(shí)。推理方法包括：演繹推理、歸納推理、聯(lián)想和類(lèi)比、綜合與分析、預(yù)測(cè)、假設(shè)與驗(yàn)證、直覺(jué)與靈感。從知識(shí)的確定程度來(lái)分類(lèi)，知識(shí)可分為確定性知識(shí)和不確定性知識(shí)兩類(lèi)。確定性知識(shí)可以用經(jīng)典邏輯命題(有唯一真或假的陳述語(yǔ)句)來(lái)描述，是一類(lèi)“非真即假”的知識(shí)。反之，若知識(shí)并非“非真即假”，可能處于某種中間狀態(tài)，這

36、種知識(shí)稱(chēng)為不確定知識(shí)，這類(lèi)知識(shí)往往要用模糊命題或模態(tài)命題來(lái)表達(dá),，例如“水導(dǎo)擺度過(guò)大”。從知識(shí)的應(yīng)用范圍可分為一般知識(shí)與專(zhuān)業(yè)知識(shí)兩類(lèi)。一般知識(shí)包括領(lǐng)域問(wèn)題求解有關(guān)的定義、事實(shí)和各種理論方法。這種知識(shí)為領(lǐng)域內(nèi)專(zhuān)業(yè)人員一致接受、認(rèn)可，并且往往已收錄在教科書(shū)或參考書(shū)中。專(zhuān)業(yè)知識(shí)是那種在已發(fā)表的文字材料中難以找到的知識(shí)，是憑經(jīng)驗(yàn)獲取的啟發(fā)性知識(shí)。一個(gè)專(zhuān)家正是由于他具備了專(zhuān)業(yè)知識(shí)，才使得遇到復(fù)雜問(wèn)題時(shí)能夠做出高水平的分折、猜測(cè)、識(shí)別出有希望的求解途徑，并有效地處理不完全、不精確甚至有錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，從而解決難題。獲取和更新、組織專(zhuān)業(yè)知識(shí)是建造專(zhuān)家系統(tǒng)的中心任務(wù)。知識(shí)按使用范圍可分為：公共知識(shí)（public

37、knowledge）和私有知識(shí)(private knowledge)。公共知識(shí)是指進(jìn)行故障診斷時(shí)所需的一般知識(shí)和方法，其包含已被廣泛應(yīng)用的定理、經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)等。私有知識(shí)是指只有專(zhuān)家自己經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐摸索積累的大量經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)。例如：在定轉(zhuǎn)速的條件下，軸承振動(dòng)量的一倍頻幅值大且相位穩(wěn)定，專(zhuān)家就可以馬上判定機(jī)組存在不平衡故障。私有知識(shí)使得專(zhuān)家系統(tǒng)的智能性更高。從知識(shí)在問(wèn)題求解過(guò)程中的作用可分為靜態(tài)知識(shí)和動(dòng)態(tài)知識(shí)兩類(lèi)。靜態(tài)知識(shí)主要指對(duì)象性知識(shí)，是關(guān)于問(wèn)題領(lǐng)域內(nèi)事物的事實(shí)、關(guān)系等，它包括了事物的概念、事物的分類(lèi)、事物的描述等。動(dòng)態(tài)知識(shí)是關(guān)于問(wèn)題求解的知識(shí)，它常常是一種過(guò)程，說(shuō)明怎樣操作已有的數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)知

38、識(shí)以達(dá)到問(wèn)題的求解，是反映動(dòng)作過(guò)程的過(guò)程，如一個(gè)問(wèn)題領(lǐng)域內(nèi)關(guān)于推理路徑的方向、推理過(guò)程、可理解性等方面的知識(shí)、啟發(fā)性方法等。知識(shí)按表示的形式可分為：陳述性知識(shí)和過(guò)程性知識(shí)。陳述性知識(shí)用于描述事實(shí)性知識(shí)，知識(shí)描述是靜態(tài)的。過(guò)程性知識(shí)用于描述控制策略，說(shuō)明知識(shí)的使用過(guò)程，表示形式就是含有一系列操作的計(jì)算機(jī)程序，知識(shí)描述是動(dòng)態(tài)的。知識(shí)具有非常深廣的內(nèi)涵，從不同的角度有不同的分類(lèi)，但是知識(shí)都具有如下的屬性。真假性。知識(shí)是對(duì)客觀事物及客觀世界的反映，它具有真假性，可以通過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)其真?zhèn)?，也可以通過(guò)邏輯推理證明其真假。相對(duì)性。一般知識(shí)不可能無(wú)條件的真，即其絕對(duì)正確；但也不可能無(wú)條件的假，即絕對(duì)謬誤，都是具

39、有相對(duì)性的。在一定條件下或特定時(shí)刻為真的知識(shí)，當(dāng)時(shí)間、條件或環(huán)境發(fā)生變化時(shí)可能變成假。不完全性。知識(shí)往往是不完全的。這里不完全大致分為條件不完全和結(jié)論不完全兩大類(lèi)。具有模糊性和不精確性。現(xiàn)實(shí)中知識(shí)的真與假，往往并不總是“非真即假”，可能處于某種中間狀態(tài)，即所謂具有真與假之間的某個(gè)“真度”，即模糊度和不精確度。例如“水頭低了，水輪機(jī)的出力就小了”?！暗土恕保靶×恕倍际且恍┠：拍?。在知識(shí)處理中必須應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)或統(tǒng)計(jì)方法等來(lái)處理模糊的或不精確的知識(shí)?？杀硎拘浴ＶR(shí)作為人類(lèi)經(jīng)驗(yàn)存在于人腦之中，雖然不是一種物質(zhì)東西，但可以用各種方法表示出來(lái)。一般表示方式包括符號(hào)表示法、圖形表示法和物理表示法?？纱鎯?chǔ)

40、性、可傳遞性和可處理性。既然知識(shí)可以表示出來(lái)，那么就可以把它存儲(chǔ)起來(lái)；知識(shí)既可以通過(guò)書(shū)本來(lái)傳遞，也可以通過(guò)教師的講授來(lái)傳播，還可以通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等來(lái)傳鉛，知識(shí)可以從一種表示形式轉(zhuǎn)換為另一種表示形式：知識(shí)一旦表示出來(lái)，就可以同數(shù)據(jù)一樣進(jìn)行處理。相容性。相容性是關(guān)于知識(shí)集合的一個(gè)屬性即存在于一體(如專(zhuān)家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù))識(shí)之入應(yīng)該是相互不矛盾的即從這些知識(shí)出發(fā)，不能推出相互矛盾的命題。6.2.2知識(shí)表示知識(shí)表示法又稱(chēng)知識(shí)表示模式。知識(shí)表示是ES研究中的一個(gè)基本問(wèn)題。什么是知識(shí)表示呢？一般認(rèn)為知識(shí)表示是描述客觀世界的一組約定，是知識(shí)的形式化或符號(hào)化的過(guò)程。知識(shí)表示方法是研究各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并把一個(gè)問(wèn)

41、題領(lǐng)域的知識(shí)通過(guò)這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)結(jié)合到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)過(guò)程中。知識(shí)表示方法的好壞對(duì)知識(shí)處理的效率和應(yīng)用范圍影響很大，對(duì)知識(shí)獲取和學(xué)習(xí)機(jī)制的研究也有直接的影響。知識(shí)的表示往往與知識(shí)的獲取和知識(shí)的運(yùn)用結(jié)合起來(lái)研究，以求知識(shí)處理的最佳效果。選擇合適的知識(shí)表示方法要考慮以下幾個(gè)方面的因素：準(zhǔn)確性和一致性。表示方法應(yīng)具備良好的定義的規(guī)則保證推理的正確性，所表示的知識(shí)之間不應(yīng)出現(xiàn)自相矛盾，以便能明確的表示各類(lèi)知識(shí)。獨(dú)立性。表示方法對(duì)于各類(lèi)知識(shí)的表示機(jī)制應(yīng)該是盡可能避免重復(fù)或冗余，使表示方法簡(jiǎn)單明了。易理解性。所表示的知識(shí)應(yīng)易讀、易懂、便于知識(shí)獲取、知識(shí)庫(kù)檢查、修改及維護(hù)?？稍L問(wèn)性。應(yīng)能有效地利用知識(shí)庫(kù)中的

42、知識(shí)。可擴(kuò)充性。應(yīng)能方便、靈活地?cái)U(kuò)充知識(shí)庫(kù)。完備性和弱完備性。應(yīng)能正確地、有效地將問(wèn)題求解所需的各類(lèi)知識(shí)表示出來(lái)。近年來(lái)，知識(shí)表示作為人工智能領(lǐng)域中一個(gè)專(zhuān)門(mén)被研究的課題發(fā)展很快。專(zhuān)家系統(tǒng)中的各種知識(shí)表示方法大致可分為兩類(lèi)；陳述性知識(shí)表示法和過(guò)程性知識(shí)表示法。陳述性表示法，把知識(shí)表示成為一個(gè)靜態(tài)的事實(shí)集合。并附有處理它們的一些通用程序。過(guò)程性表示法，將一組知識(shí)表示成如何運(yùn)用這些知識(shí)的過(guò)程，粗略地說(shuō)，一個(gè)子程序或一個(gè)函數(shù)可以是某種知識(shí)的過(guò)程性表示。陳述性表示的優(yōu)點(diǎn)是；形式簡(jiǎn)單，采用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示知識(shí)，清晰明確，易于理解，增加了知識(shí)的可讀性，模塊性好，減少知識(shí)間的聯(lián)系，便于知識(shí)的獲取、修改和擴(kuò)充。其缺

43、點(diǎn)是：陳述性表示的知識(shí)不能直接執(zhí)行，需要其它程序解釋它的含義，因此執(zhí)行速度較慢。過(guò)程性表示的優(yōu)點(diǎn)是：過(guò)程性表示的知識(shí)可以被計(jì)算機(jī)直接執(zhí)行，處理速度快；便于表達(dá)如何處理問(wèn)題的知識(shí)；易于表達(dá)怎樣高效處理問(wèn)題的啟發(fā)性知知識(shí)。其缺點(diǎn)是：不易表達(dá)大量的知識(shí)，且表示的知識(shí)難于修改和理解；適合于表示確定性知識(shí)；適合于處理完整、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。專(zhuān)家系統(tǒng)的知識(shí)表示從表示方法上主要有狀態(tài)空間法、Petri網(wǎng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)、產(chǎn)生式規(guī)則、框架結(jié)構(gòu)法、腳本（Script）表示和謂詞邏輯等多種知識(shí)表示方法。6.2.2.1邏輯表示邏輯模式是最早廣泛用于知識(shí)表示的模式，它能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)作精確處理，其表現(xiàn)方式和人類(lèi)自然語(yǔ)言又

44、非常接近。邏輯表示法是人工智能中使用較多的知識(shí)表示方法，其中一階謂詞表示法應(yīng)用最為廣泛，這種方法主要用于自動(dòng)定理證明、問(wèn)題解答等領(lǐng)域。目前，使用邏輯表示法建造的專(zhuān)家系統(tǒng)還不多見(jiàn)，但隨著基于一階謂詞邏輯與歸結(jié)原理的PROLOG(Programming in logic)語(yǔ)言的推廣，使用這種表示方法的專(zhuān)家系統(tǒng)逐漸多起來(lái)。謂詞邏輯的合法表達(dá)式也稱(chēng)為合式公式wff(well formed formula)公式，合式公式由原子公式、連接詞和量詞組成的，下面分別加以介紹。所謂謂詞是刻劃個(gè)體的性質(zhì)或幾個(gè)個(gè)體間關(guān)系的模式。一般地，包含n個(gè)個(gè)體變?cè)闹^詞叫n元謂詞，如P(x1,x2,xn)是n元謂詞從邏輯角度來(lái)

45、講，一個(gè)命題是相應(yīng)謂詞個(gè)體變量取為某個(gè)固定值所得如，定義謂詞P(X)：x是故障，則P(定子松動(dòng))表示是故障；定義謂詞R(x，y，：z)：x+yz則R(2，3，5)表示“2加3等于5”。進(jìn)一步，我們可以用邏輯聯(lián)結(jié)詞(合取)、(析取)、 (非)、(蘊(yùn)含)等把一些簡(jiǎn)單命題組合成復(fù)雜命題來(lái)表示復(fù)雜的知識(shí)或事實(shí)。例如，“導(dǎo)葉開(kāi)度大流量大”這樣一句話(huà)，通過(guò)定義謂詞：A(x)：x導(dǎo)葉開(kāi)度大，B(y)：y流量大，可以表示為：A(x) B(y)。邏輯表示法的表達(dá)能力是很強(qiáng)的，它所表達(dá)的范圍依賴(lài)于原子謂詞(不含任何聯(lián)結(jié)詞和量詞的謂詞)的種類(lèi)和語(yǔ)義，形式上任一謂詞合式公式都是由原子謂詞經(jīng)聯(lián)結(jié)詞的連接和兩種量詞的約束

46、而組成的。謂詞合式公式可以歸納定義如下：原子謂詞是謂詞合式公式的基本單位。若A是謂詞合式公式，則也是謂詞合式公式。若A和B都是謂詞合式公式，則A和B與邏輯連接詞之間的組合也是謂詞合式公式。只有有限次復(fù)合的合式公式才是謂詞合式公式。原子公式是最基本的合式公式，它由謂詞，括號(hào)和括號(hào)中的項(xiàng)組成的，其中項(xiàng)可以是常量，變量和函數(shù)。例如“立式機(jī)組的發(fā)電機(jī)在水輪機(jī)上面”。這一事實(shí)可以用原子公式表示為： ON(stand(generator, turbine)其中，generator和turbine是常量，用英文大寫(xiě)字母書(shū)寫(xiě)，表示個(gè)體。ON(在上)是謂詞，用英文大寫(xiě)字母書(shū)寫(xiě)，表示generator和turbi

47、n的關(guān)系。Stand是函數(shù)，用英文小寫(xiě)字母書(shū)寫(xiě)，表示generator和turbine的類(lèi)型。邏輯模式的主要優(yōu)點(diǎn)可歸納以下幾點(diǎn)：符號(hào)簡(jiǎn)單，描述易于理解。自然、嚴(yán)密、靈活和模塊化。具有嚴(yán)密的形式定義。每項(xiàng)事實(shí)僅需表示一次，且利用定理證明技術(shù)可以從老的事實(shí)推理出新的事實(shí)。其主要缺點(diǎn)是：難于表示過(guò)程式知識(shí)和啟發(fā)式知識(shí)。由于缺乏組織原則，利用該方法表示的知識(shí)庫(kù)難于管理。由于弱證明過(guò)程，當(dāng)事實(shí)的數(shù)目增大時(shí)易產(chǎn)生組合爆炸。用邏輯模式求解一個(gè)問(wèn)題的全過(guò)程是：用謂詞演算將問(wèn)題形式化。在邏輯表示的形式上建立控制系統(tǒng)。證明從初始狀態(tài)到達(dá)終結(jié)狀態(tài)（目標(biāo)）。6.2.2.2框架表示法框架表示法是1975年由美國(guó)麻省理工

48、學(xué)院提出的，框架一經(jīng)提出后、得到了人工智能領(lǐng)域的廣泛重視與研究。這種表示模式一定程度上能正確地體現(xiàn)人的心理反應(yīng)；另一方面適合于計(jì)算機(jī)處理，是一種較好的知識(shí)表示方法?？蚣苁前涯骋惶厥馐录?qū)ο蟮乃兄R(shí)存儲(chǔ)在一起的一種復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通常用來(lái)描述具有固定形式的對(duì)象。一個(gè)框架（Frame）由一組槽（Slot）組成，每個(gè)槽表示對(duì)象的一個(gè)屬性，槽的值（Filler）就是對(duì)象的屬性值。一個(gè)槽可以由若干個(gè)側(cè)面（Faces）組成，每個(gè)側(cè)面可以有一個(gè)或多個(gè)值（Value）?？蚣艿慕Y(jié)構(gòu)可表示如下： 框架名 槽1：側(cè)面11值11l，值112值11n 側(cè)面12值121，值122值12n 槽i： 側(cè)面i1值i11，值

49、i12值i1n相互關(guān)聯(lián)的框架連接起來(lái)組成框架系統(tǒng)，或稱(chēng)框架網(wǎng)。不同的框架網(wǎng)絡(luò)又可通過(guò)信息檢索網(wǎng)絡(luò)組成更大的系統(tǒng)，代表一次完整的知識(shí)?？蚣芸梢园磻?yīng)用進(jìn)行分類(lèi)：一種是情景框架（situation frame） 特定情景下期望出現(xiàn)的知識(shí)；一種是行為框架(action frame)包含在特定情景下所執(zhí)行的行為槽；另一種是因果知識(shí)框架(Causal knowledge frame)，它是情景與行為框架的組合，表示因果關(guān)系。以混流式水輪機(jī)框架為例：名稱(chēng)（name）： 水輪機(jī)（turbine）名稱(chēng)（name）： 水輪機(jī)（turbine）型號(hào)（type）： 混流式 （Francis） 總重（weight） 單

50、位（unit）：噸（103Kg）值（Value）：未知（unknown）屬性（property）： 材料（material）：未知(unknown) 直徑(diameter)： 單位(unit)：毫米(mm) 值(value)： 未知(unknown) 葉片數(shù)(vane number)：未知(unknown) 最大外徑高度：?jiǎn)挝?unit)：毫米(mm) 值(value)： 未知(unknown)圖6-6 混流式水輪機(jī)框架該圖通過(guò)對(duì)混流式水輪機(jī)框架的構(gòu)造給出了構(gòu)造一般知識(shí)框架的過(guò)程和方法?？蚣苣Ｊ降闹饕獌?yōu)點(diǎn)：有利于“期望制導(dǎo)”的處理，即人們所在的特定環(huán)境尋找期望的事情。給定的狀況下，通過(guò)設(shè)計(jì)能

51、決定其本身的可利用性或提供其它框架。知識(shí)組織方式有利于推理。其主要缺點(diǎn)：許多實(shí)際情況與原型不符.對(duì)新的情況不易適應(yīng)。在基于框架的系統(tǒng)中，在框架網(wǎng)絡(luò)上主要有兩種活動(dòng)：一是填槽，即框架未知內(nèi)容的槽的填寫(xiě)；二是匹配，根據(jù)已知事件尋找合適的框架，用于描述當(dāng)前事件，并對(duì)未知事件進(jìn)行預(yù)測(cè)。上述兩種活動(dòng)均引起推理，其推理形式有：繼承推理，在框架網(wǎng)絡(luò)中，各框架通過(guò)范疇鏈構(gòu)成繼承關(guān)系。在填槽過(guò)程中，如果沒(méi)有特別說(shuō)明，子框架的槽值將繼承父框架的槽值；匹配，對(duì)于一個(gè)給定的事件，利用部分已知信息選擇初始候選框架；預(yù)測(cè)、聯(lián)想與直覺(jué)，根據(jù)已知的信息尋找部分匹配的框架，從觀察事實(shí)形成合理假設(shè)。6.2.2.3產(chǎn)生式規(guī)則表示產(chǎn)

52、生式規(guī)則表示是目前專(zhuān)家系統(tǒng)中使用最廣泛的知識(shí)表示法，采用這種表示法的專(zhuān)家系統(tǒng)稱(chēng)為基于規(guī)則的專(zhuān)家系統(tǒng)。產(chǎn)生式規(guī)則表示法一般用于所謂的產(chǎn)生式系統(tǒng)。產(chǎn)生式表示法是一種比較成熟的表示方法，許多著名的專(zhuān)家系統(tǒng)采用了這種表示法，如MycIN系統(tǒng)等。一個(gè)產(chǎn)生式系統(tǒng)有三個(gè)基本組成部分；綜合數(shù)據(jù)庫(kù)(global database)、規(guī)則庫(kù)(production rules)和控制系統(tǒng)(control system)。綜合數(shù)據(jù)庫(kù)是一組描述過(guò)程處理對(duì)象的符號(hào)集合。在處理具體問(wèn)題時(shí)，它用于問(wèn)題描述和環(huán)境描述，包括與特定問(wèn)題有關(guān)的各種臨時(shí)信息，紀(jì)錄處理問(wèn)題的中間結(jié)果、和最終結(jié)論。例如，水電機(jī)組診斷維修問(wèn)題中，它可以記錄

53、某個(gè)機(jī)組發(fā)生故障時(shí)的癥狀、征兆、采集數(shù)據(jù)、診斷過(guò)程、診斷結(jié)果等數(shù)據(jù)和信息。通常把綜合數(shù)據(jù)庫(kù)稱(chēng)為短期記憶器或工作存儲(chǔ)器。對(duì)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的組織、數(shù)據(jù)表示方法等，產(chǎn)生式系統(tǒng)沒(méi)有具體規(guī)定，一般根據(jù)問(wèn)題領(lǐng)域的特點(diǎn)選擇合適的表示方法，如集合、線性表、鏈表、樹(shù)結(jié)構(gòu)、圖等都可用于表示綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。在建立綜合數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，應(yīng)注意使庫(kù)中數(shù)據(jù)便于檢索。規(guī)則庫(kù)是由一組產(chǎn)生式規(guī)則組成的，在產(chǎn)生式系統(tǒng)中，一個(gè)規(guī)則的條件部分通常是可以和綜合數(shù)據(jù)庫(kù)匹配的任何模式，通常允許包含些變量，這些變量在匹配過(guò)程中可能以不同的形式被約束。而動(dòng)作部分一般是能引起綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)改變的斷言或操作。當(dāng)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)與某一條規(guī)則的條件匹配時(shí)，

54、執(zhí)行該規(guī)則的動(dòng)作部分，并可以改變綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。對(duì)于一條規(guī)則應(yīng)該用什么方式表示，產(chǎn)生式系統(tǒng)未作明確規(guī)定，因此可以靈活地選擇表示方法。一般而言，在選擇規(guī)則的表示方式時(shí)，盡量做到條件部分和動(dòng)作部分的表示法與綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)表示形式保持一致，這樣便于規(guī)則條件與綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容進(jìn)行比較，判別條件部分是否成立，同時(shí)也便于根據(jù)動(dòng)作部分修改綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。還有，在可以有效表達(dá)領(lǐng)域知識(shí)的前提下，盡可能使條件部分和動(dòng)作部分的表示簡(jiǎn)單化，以便于后續(xù)控制系統(tǒng)的推理機(jī)處理規(guī)則。對(duì)于規(guī)則知識(shí)庫(kù)的組織方式，可根據(jù)領(lǐng)域特點(diǎn)選擇合適的方案。比較常用而且簡(jiǎn)單的方法是順序存放所有規(guī)則。但是當(dāng)規(guī)則數(shù)目較大時(shí)，這種方法給知

55、識(shí)的匹配與檢索帶來(lái)不便，需要分體存放或采用啟發(fā)性的組織方式。與綜合數(shù)據(jù)庫(kù)不同，規(guī)則庫(kù)中的知識(shí)是公共知識(shí)，并不是關(guān)于某一具體的特定問(wèn)題，而是針對(duì)整個(gè)領(lǐng)域問(wèn)題的知識(shí)。例如，水電機(jī)組診斷維修問(wèn)題中，它存儲(chǔ)著如何診斷機(jī)組故障的知識(shí)，這些知識(shí)并不是針對(duì)某個(gè)具體型號(hào)、或某個(gè)具體機(jī)組。同綜合數(shù)據(jù)庫(kù)相比，規(guī)則庫(kù)的知識(shí)相對(duì)穩(wěn)定。規(guī)則庫(kù)是產(chǎn)生式系統(tǒng)的核心，在規(guī)則庫(kù)中，知識(shí)以產(chǎn)生式表示，所謂產(chǎn)生式表示，其一般形式為 PQ 或 IF(P) THEN(Q)其中，P表示一組前提(條件或狀態(tài))，Q表示若干結(jié)論(或動(dòng)作)。其含義是“如果前提P滿(mǎn)足則可推出結(jié)論Q或如果前提P滿(mǎn)足，則執(zhí)行動(dòng)作Q”。條件（condition）可以是

56、一個(gè)簡(jiǎn)單的語(yǔ)句，也可以是多個(gè)語(yǔ)句的邏輯組合。規(guī)則的動(dòng)作部分（action）稱(chēng)為規(guī)則的結(jié)論或規(guī)則的右部。例如：if 水輪機(jī)主軸彎曲或撓曲 or 推力軸承調(diào)整不良o(jì)r 軸承間隙過(guò)大 then 水輪機(jī)機(jī)械振動(dòng)if 主軸法蘭連接不緊 or 轉(zhuǎn)動(dòng)部分不平衡 or 旋轉(zhuǎn)部件與靜止部件相摩擦then 水輪機(jī)機(jī)械振動(dòng)if 300500Hz then 水輪機(jī)氣蝕if （0.250.50）轉(zhuǎn)頻 then 機(jī)組渦帶振動(dòng)if 2倍電流頻率 then 發(fā)電機(jī)定子合縫松動(dòng)控制系統(tǒng)中的控制推理是產(chǎn)生式系統(tǒng)的整個(gè)問(wèn)題求解過(guò)程。它首先把規(guī)則庫(kù)中的條件部分與綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的內(nèi)容進(jìn)行比較，也稱(chēng)為匹配；如果匹配成功，控制系統(tǒng)根據(jù)規(guī)則中

57、結(jié)論或動(dòng)作部分的描述去修改綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容或執(zhí)行相應(yīng)的操作。進(jìn)一步地說(shuō)，控制系統(tǒng)根據(jù)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的當(dāng)前信息，選擇決定在當(dāng)前狀態(tài)下與綜合數(shù)據(jù)庫(kù)能夠匹配的所有規(guī)則，稱(chēng)這些規(guī)則為觸發(fā)規(guī)則，然后從被觸發(fā)的規(guī)則中，選擇一條規(guī)則，稱(chēng)為啟用規(guī)則，控制系統(tǒng)執(zhí)行啟用規(guī)則，并根據(jù)啟用規(guī)則的結(jié)論或動(dòng)作部分修改綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，經(jīng)修改后的綜合數(shù)據(jù)庫(kù)又可以觸發(fā)新的規(guī)則；從而使問(wèn)題求解進(jìn)行到下一個(gè)狀態(tài)，如此迭代反復(fù)，求得問(wèn)題的最終解。在問(wèn)題求解的每一種狀態(tài)下，與綜合數(shù)據(jù)庫(kù)匹配的規(guī)則可能不止一條，因此需要控制系統(tǒng)采用合適的控制策略以選擇一條觸發(fā)規(guī)則作為啟用規(guī)則，而這一過(guò)程稱(chēng)為沖突消解。沖突消解的策略通常為：將所有規(guī)則合理排序，選擇

58、最先匹配成功的一條規(guī)則。選擇優(yōu)先級(jí)最高的規(guī)則，這種優(yōu)先級(jí)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)員根據(jù)具體任務(wù)事先定義的。選擇多條件的規(guī)則。選擇未使用或新產(chǎn)生的規(guī)則。選擇條件中部分含有最新生成事實(shí)的規(guī)則。控制系統(tǒng)的工作可以描述為“匹配沖突消解操作”的三個(gè)周期循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)，直至解決問(wèn)題為止。沖突消解策略是控制系統(tǒng)的主要問(wèn)題之一。產(chǎn)生式系統(tǒng)相比其它表示方法具有以下的優(yōu)點(diǎn)：表示形式具有一致性。規(guī)則庫(kù)中的所有規(guī)則具有相同結(jié)構(gòu)，即“IF(P) THEN(Q)”結(jié)構(gòu)，這種特性使產(chǎn)生式的正確性和一致性的檢查以及產(chǎn)生式的自動(dòng)修改和擴(kuò)充變得相當(dāng)容易，同時(shí)，這種結(jié)構(gòu)便于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。自然性。產(chǎn)生式的“IF(P) THEN(Q)”結(jié)構(gòu)接近于人類(lèi)思

59、維和會(huì)話(huà)的自然形式。如：“if 300500Hz then 水輪機(jī)氣蝕”。這種結(jié)構(gòu)易于專(zhuān)家對(duì)知識(shí)進(jìn)行形式化和編碼，而且專(zhuān)家經(jīng)常用這種結(jié)構(gòu)說(shuō)明他們?cè)趩?wèn)題求解過(guò)程中的分析、綜合、推理等行為的知識(shí)。因此，產(chǎn)生式表示法容易使知識(shí)工程師同專(zhuān)家合作，易于被專(zhuān)家理解。這種規(guī)則語(yǔ)言的自然性給專(zhuān)家系統(tǒng)的建造提供了極大方便。模塊性。規(guī)則庫(kù)中的單條規(guī)則作為最小知識(shí)單元，它們同控制系統(tǒng)是相互獨(dú)立的。當(dāng)某條規(guī)則發(fā)生變化，那么有可能會(huì)改變系統(tǒng)的行為，但不會(huì)對(duì)規(guī)則庫(kù)的維護(hù)產(chǎn)生大的直接影響。因?yàn)橐?guī)則間的聯(lián)系僅依賴(lài)于綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，規(guī)則本身不能相互調(diào)用。模塊性使得產(chǎn)生式表示法在大型專(zhuān)家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)組織、管理和維護(hù)中具有很

60、重要的地位，同時(shí)這種模塊性給知識(shí)庫(kù)的建立、擴(kuò)充、維護(hù)提供了可管理性。強(qiáng)擴(kuò)充性。因?yàn)槭褂米匀徽Z(yǔ)言，便于增加解釋功能。控制過(guò)程中的推理步驟簡(jiǎn)單、獨(dú)立、清晰?？梢詫?duì)推理過(guò)程進(jìn)行跟蹤和解釋。完備性。產(chǎn)生式不僅可以表示精確的事實(shí)與規(guī)則，而且可以附加可信度因子來(lái)表示具有不確定性的事實(shí)與規(guī)則，從而使產(chǎn)生式系統(tǒng)可以進(jìn)行不精確性推理。但是，產(chǎn)生式也存在不足之處：處理效率較低。由于規(guī)則庫(kù)的知識(shí)具有統(tǒng)一的格式，且規(guī)則間的聯(lián)系必須以綜合數(shù)據(jù)庫(kù)為媒介，導(dǎo)致產(chǎn)生式系統(tǒng)求解問(wèn)題的效率不高。原因是系統(tǒng)求解靠一系列的“匹配沖突消解操作”的重復(fù)迭代來(lái)實(shí)現(xiàn)，按部就班、循規(guī)蹈矩地處理問(wèn)題。同專(zhuān)家解決問(wèn)題時(shí)采取的啟發(fā)性方法不同，產(chǎn)生式