（管理科学与工程专业论文）基于web+service的害虫事例库管理系统的设计.pdf

摘要虫害一直都是阻碍我国持续农业发展进程的影响因素之一。虽然我国对害虫的研究和防治工作取得了巨大成就，但是其对农业生产的威胁并未从根本上消除害虫防治问题依然是农业生产中最突出的问题之一害虫防治工作中经验的作用尤为重受，经验的总结、保存、推广和应用对于害虫肪治工作的开展有着积极的作崩，本文邸对如何使用基于事例推理技术中事例的方法记录害虫防治经验开展研究。本文首先对农团生态系统中与害虫防治密切相关的害虫、环境、农作物三因素进行分析，建立了害虫防治经验事例化模型提供了将目前传统的、非结构化的方式保存的害虫防治经验转化成符台事例结构要求的高度结构化的电子文档的方法。依据上述模型，本文提出了使用x m l 技术将害虫防治经验事例保存为) 函儿文档方法，设计了x m l 文档的数据结构并提供了实现实例。本文最后设计了一个基于w e bs e r v i c e 技术的分布式害虫事例库管理系统。本文研究成果如f ，l 、建立了害虫防治经验事例化模型将害虫防治经验的信息全面、合理、灵活地组织起来，以便于维护和推广。2 、提出了害虫防治经验储存方法，借助x m l 技术的通用性扩大害虫防治经验记录文档的适用性和本研究的推广范围。3 、设计了分布式的害虫事例库管理系统，实现不同地区问的害虫防治经验电子文档的协作生成和维护。关键词：害虫，防治，经验事例a b s t r a di n s e c t p e s t h a sa l w a y s b e i l o o f t h e f a c t o r s i n f l u e n c i n g t h ep r o c s o f s u s t a i n a b l ea g r i c u l t u r e a l t h o u g ht h ec h i n ah a sm a d eag r e a tp r o g r e s so nt h er e s e a r c ha n dc o n t r o lo fi n s e c tp e 瓯i t st h r e a tt ot h ea g r i c u l t u r ep r o d u c t i o nh a sn e v e rb e e ne l i m i n a t e dr a d i c a l l y , a n dt h ep r o b l e mo fi n s e c tp e s tc o n t r o li ss t i l lo n eo ft h em o s te x t r u s i v ep r o b l e m si nt h ef i e l do fa g r i c u l t u r ep r o d u c t i o n t h er o l eo fe x p e r i e n c ei ni n s e c tp r e s tc o n t r o li sp a r t i c u l a r l yi m p o r t a n t ，t os u m m a r i z e ，船v e ，s p r e a da n da p p l y 既p e 订e n c eh a sap o s i t i v ef u n c t i o n t h ea r t i c l em a d ear e s e a r c ho nh o wt or e c o r de x p e r i e n c ei nt h ep r o c e s so fi n s e c tp e s tc o n t r o lw i t ht h em e t h o do fe a s e ，w h i c hi sap a r to fc a s e - b a s e dr e a s o n i n g ( c b r ) f i r s t l y , t h ea r t i c l ea n a l y z e dt h et h r e ef a c t o r s - 一t h ep e s t ，t h ee n v i r o n m e n t , t h ep l a n t - 一一w h i c hh a dac l o s er e l a t i o n s h i pw i t hi n s e c tp e s ti nt h ef a r m l a n d t h e n 辘u pam o d e lf o rm a k i n gt h ee x p e r i e n c eac a s c , t i n l ss u p p f i e dam e t h o dt ot r a n s f o r mt h ee x p e r i e n c ew h i c hi ss a v e di nat r a d i t i o n a la n du n s t r u c t u r e dw a yt oah i g h - s t r u c t u r e dd i g i t a ld o c u m e n tw h i c ht a l l i e dw i t ht h es t r u c l u r eo ft h ec a s ei nt h ec b r b a s e do i lt h em o d e la b o v e ，t h ea r t i c l ep u tf o r w a r dam e t h o dt os a v et h ee x p e r i e n c e mx m ld o c u m e n t sw i t ht h ex m lt e c h n o l o g y ,d e s i g n e dt h ed a t as t r u c t u r ef o rt h ed o c u m e n t sa n dg a v es o n l e sd o c u m e n te x a m p l e s f i n a l t gt h ea r t i c l ed e s i g n e dad i s t r i b u t e di n s e c tp e s tc a s el i b r a r ym a n a g e m e n ts y s t e m , w h i c hi sb a s e do nt h ew e bs e r v i c et e c h n o l o g y t h em a l nr e a n l tw e r ea sf o l l o w s ：1 ) s e tu pam o d e lf o rm a k i n gt h ee x p e r i e n c eac a 辩，w h i c ho r g a n i z e dt h ee x p e r i e n c eo fi n s e c tp e s tc o n t r o li nac o m p r e h e n s i v e ，r a t i o n a la n df l e x i b l em a n n e r , s ot h a tt h ee x p e r i e n c ec a nb es p r e a da n dm a i n t a i n e d 2 ) p u tf o r w a r dam e t h o df o rs a v i n gt h ee x p e l i e n c e w i t ht h eh e l po ft h eg e n e r a l i t yo fx m lt e c h n o l o g y , t h em e t h o dc a nl l l a k et h ed o c u m e n tr e c o r d i n gt h e 【p e f i e n m o r ea p p l i c a b l e 3 ) d e s i g n e dad i s t r i b u t e di n s e c tp e s te a s el i b r a r ym a n a g e m e n ts y s t e m ，w h i c hj l e i i 镕b u i l da n dm a i n t a i nt h ee x p e r i e n c ex m ld o c u m e n ta m o n gd i f f e r e n td i s t r i c t s k e y w o r d s ：i n s e c t s t ，c o a t m t ，e x p e r i e n c e ，c a s e英文缩略表英文缩写英文全称中文名称c b rx m lo ou d d iw s d ls o a pr p cb ，sh t m lh t - r psw sc r mc a s e - b a s e dr e a u m i n ge x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g eo b j e c t o r i e n t e du n i v e r s a ld e s c ：r i p t i o n d i s c o v e r ya n di n t e g r a t i o nw e b 慨d t ；刚p t j o nl a n g u a g es i m p l eo b j e c t a c e s sp r o t o c o lr e m o t ep r o c e d u r ec o t m e c t i o nb r o w s e r s e r v e rm o d eh y p o rt e x tm a k e u pl a n g u a g eh y p e r t e x t t r a n s p o r t p r o t o c o li n t e r n e ti n f o r m a t i o ns e r v i c ew e bs e r v i c ec l i e n tr e l a t i o n s h i pm a n a g e m e n t基于事例推理可扩展标记语言面向对象通用描述，发现和整合网络服务描述语言简单对象访问协议远程过程调用浏览器明e 务器模式超文本标记语言超文本传输协议互联网信息发布服务网络服务客户关系管理a ia r t i f i c i a l i n t e l l i g e m m人工智能v独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他入已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业科学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：召i ) 7 l l 磊时间：醴一净6月膪日关于论文使用授权的声明本人完全了解中国农业科学院有关保留、使用学位论文的规定，即：中国农业科学院有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阋，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业科学院可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议)论文作者签名：卯畦囊导师签名：i 憩同u时间：d b 确了年g 月留日时间；n 7 年月f 影日1 1 研究背景第一章绪论2 0 世纪8 0 年代以来，世界各国为了探索解决农业发展中存在的人口、资源、环境等问题的新途经，提出了持续农业的概念，即在继承传统农业遗产和发展现代农业优点的基础上，l ； 持续发展的观点来解决生存与发展所面临的资源和环境问题，协调人口、生产资源、环境之间的关系。持续农业与我国可持续发展的重大国策相符，对解决我国“三农”问题、建设杜会主义新农村和构建和谐社会意义重大是我国农业生产的奋斗目标。在实现农业可持续发展的进程中病虫草鼠等的发生与危害是一个严重障碍，其中又以虫害的危害为最。农作物在生长发育过程中，农产品在收后贮藏、运输贸易中，常遭受到害虫的危害，使产量降低，品质变坏，造成很大的经济损失，甚至给人类带来灾难。自古以来，虫害就被列为三大自然灾害( 水灾、虫灾、旱灾) 之一。人类开始从事农业生产活动以来，就遇到虫害问题，开展向虫害的斗争，这一活动一直伴随着人类的农业生产活动。随着人类农业生产活动的发展，种植作物种类和品种的日益多样化，农产品交流贸易日渐增多，特别是人类对农产品产量和质量要求越来越高，防治害虫的任务就越来越重。根据现代农业昆虫学的研究，我国已知小麦害虫2 3 7 种，水稻害虫3 8 5 种，玉米害虫2 3 4种大豆吉虫2 4 0 余种，油菜害虫1 1 8 种，棉花害虫3 1 0 余种，烟草害虫3 0 0 余种蔬菜害虫2 0 0余种，苹果、梨、桃、葡萄等北方常见果树害虫7 0 0 余种。我国农作物每年因病虫害粮食损失51 0 ，棉花损失约2 0 ，蔬菜、水果损失高达2 0 3 0 ，每年的经济损失达数百亿。随着改革开发的发展，国内外贸易e l 益增多，些重要害虫会随农产品输入而传入我国，这使得害虫防治和研究的任务更加任重道远。人类防治害虫的活动大致经历了4 个发展阶段，原始防治阶段、化学防治阶段、综合治理阶段、持续防治阶段。这四个阶段害虫防泊的特点从防治手段单一、以消灭害虫为目的，到综台协调使用多种防治手段、以预防为主，再到综合考虑生态系统长期平衡和稳定、以生物防治为主。人类对害虫防治活动韵发展过程也是人类不断完善对自然生态系统认识的过程。害虫的持续防治( 甚日害虫生态泊理) 强调维持系统的长期稳定性和提高系统的自我调控能力，综合考虑。杜会一经济一自然”复合农业生态系统，符台持续农业的要求，是害虫防治的最新发展阶段，具有广闼的应用前景。在广大农业科研人员和广大群众的共同努力下，我国害虫研究和防治工作取得了巨大成就，但时代在前进，条件在变化，害虫对农业生产的威胁并未从根本上消除害虫的防泊问题依然是农业生产中最突出的问题之一。我国生产体制的改革，市场经济的发展，改变了种植的作物种类和耕作制度，增加了化肥和农药的投入；复杂的农业生态系统危害虫种群的发展提供了丰富的食料。大量的农药投入消弱了自然生物的控制作用，增加了危险性害虫的暴发机会；商品流通的发展又增加了危险性害虫的传播机会。当前病虫害防治工作的突出问题是过分依赖化学农药，病虫种类和暴发频率增加，植保方针中的“预防为主”与实践中的“重治轻防”形成矛盾，注重“治”1中田农q k 科半院硕l ：学位论文第一苹绪论的产品的开发“防”的技术的研究相对薄弱，综防体系也因生产体制的改变而发生变化。对某一地的害虫进行防治是一项复杂性的系统工程，需综合考虑如下因素：首先是害虫，包括害虫的种类与鉴定，分布与危害特点，生活史与习性。发生与环境关系。成灾规律与调节机制，预测预报办法，控制危害的技术措施。这些均涉及到昆虫学的基本理论、知识与技术，主要是昆虫分类学、昆虫行为学、昆虫生态学昆虫生理学、昆虫毒理学、昆虫捕理学、昆虫生物化学，农药学等。其次是农作物，一定的害虫发生在一定的作物上，要研究，了解某种作物的害虫，就要了解该种作物的生长发育过程及主要栽培措施，这样才能研究、了解害虫与作物及栽培措施的关系。找出作物的抗虫性。提出利用栽培措施控制害虫的方法，进而培育抗虫品种，改进耕作栽培措施。这就涉及到农作物栽培学、耕作学、遗传育种学、土壤肥料5 嘴。第三是环境，作物与害虫均生活在一定的环境中。构成环境的无机生态因子，如温度、湿度、雨量、光照、风等，队及有机生态因子，如寄主植物，天敌等这些均影响害虫的发生。深八研究环境因子对害虫发生量的作用，才能揭示害虫成灾的规律与调控机制，提出通过改善作物生长环境控制虫口数量增长的措施。第四是不同地理区域的自然景观、社会条件、经济结构及发展水平等本底资料l 各种自然、社会和经济因素与农业技术体系的相互关系；农业生态系统中农田生物群落的物种构成、类群结构、群落多样性和均匀性的演变过程；各种社会因素、自然生境条件、农业技术措施与农田生物群落结构及其多样性的相互关系：农田生态系统中。农作物一害虫一天敌”三者之间的时空动态；农田生物群落结构及其多样性与害虫发生特点及天敌繁衍规律的相互关系。然而，我国目前的农业经营方式决定了害虫防治大都以农户为单位进行，很难将以上因索尽数考虑进去，这也是我国害虫防治工作出现上述问题的原因之一因此，为促进农业的可持续发展，保护生态环境和农作物优质、高产、高效，满足人类对农产品的高产、优质要求促进国民经济健康发展，提高人民生活水平，对害虫施行持续防治势在必行。害虫防治工作中经验的作用尤为重要，在农业生产实践和害虫防治科学研究中人们一般撮据以往防治经验中害虫发生的背景、对害虫采取的防治措施和施用防治措施后的防治效果的综合知识对新山现的虫害问题开展防治和研究，害虫防治工作中经验的总结、保存、推广和应用对于害虫防治工作的开展有着积极的作用。本文研究如何将基于事例推理技术应用于害虫防治工作中，重点研究如何使用事例的方法保存害虫防治经验以便推广。基于事例推理技术将成功解决某一问题的经验作为整体的知识应用于其他具有类似特征的新问题的解决中。将此方法应用于害虫防治工作中即是将已经成功应用了的害虫持续防治方法应用于其他类似的害虫防治问题中。成功的方法已经包含了对生态条件、社会条件、经济结构和发展水平的综合考虑，具有类似于上述条件的新的害虫防治问题将能直接应用这蝤成功的方法，免去对生态条件、社会条件、经济结构等的重复分析和评价。本研究将促进害虫持续防治方法的推广，进而促进持续农业的发展。21 2 研究内容和方法1 2 1 问题的提出害虫持续防治的研究内容如图1 - 1 所示田1 - 1 害虫持续防治的砑究内窖f i g u r e i it h er e s e a r c h c o v t o f i n s e c t p e s t s u s t a i n a b l ec ，o i l t i o l建立“社会一经济一自然”复合农业生态系统下的害虫持续防治推理系统是一项庞大复杂的工程，本文仅选取包含“农佧物一害虫一环境”三园素的农田生态系统下的害虫萌治问题作为研究对象。探索基于事例推理技术的害虫防治经验推广方法。农田生态系统中的。农作物一害虫一环境”三因素间存在着相互制约、依赖和影响的关系害虫的防治措施要以对整体生态系统的综合考虑为出发点，既要考虑多种防治措施的综合运用。也要考虑农田生态系统本身自我调控的能力；既要考虑害虫发生时如伺防治，也要考虑害虫不发生时控制害虫不发生或少发生的措施；既要考虑防治措施对害虫的短期效用，也要考虑这些措旖对农田生态系统的长期影响基于事例推理技术的害虫防治推理系统首先将满足以上要求的成功的害虫防治的方法作为事例加以保存，解决其他害虫防治问题时，从事例库中抽取与新发生病虫害最相似的事例。直接3中目农业科学院硕十学位论文第一章绪论修改、修正、检验其防治方法并加以施用。在构建系统的过程中，需要考虑如下问题，如何对“农作物害虫一环境”三因素、其问相互关系和相互作用机理进行逻辑上的组织和计算机可读格式的记录，如何记录上述三冈素和与之相关的害虫防治方法闻的关系，以及以何种标准在害虫防治问题的描述中提取台理的有代表性的描述符构成索引，以便该事例能够在以后的推理过程中被抽取到以用来解决相似的害虫防治问题。为解决以上为题本文建立了一个害虫事例化模弛以害虫信息为核心，使用面向对象的方法组织上述信息，使用x m l 文本保存信息；建立了一个基于w e bs e r v i c e 技术的害虫事例库分布式管理系统，用于害虫事例的协作录入和维护。1 2 2 主要研究内容本文主要开展以下3 个方面的研究：i 、将害虫防治经验中的备种信息重构为符台事例结构的信息块一方面，目前现存的害虫防治经验以零散的、非格式化的文字、图片、视频、标本的形式存在，另一方面，基于事例推理技术对事嗣结构散了科学的定义，因此，需要按照事例的结构将害虫防治经验中的各种信息归类组织起来，建立包舍害虫描述、发生环境描述、农作物描述等害虫发生现象描述信息的问题描述。防治方法描述，防治效果描述，防治经验索引描述等的描述体系。首先从害虫、环境和农作物三方面分析害虫生存和产生危害的背景，列出每种因素中与害虫防泊有关的信息，使用树形图分别将这些信息按层次细化。使用面向对象方法将这些层次信息数学公式化，建立信息特征和特征值的集合# 然后定义防治方法信息和防治效果信息的描述格式和结构，设定从问题描述中建立防治经验索引的步骤，最后将番部分描述内容转台为一个完整的害虫事例。2 、将害虫防治经验中的信息块保存为通用的髓文本借助信息技术进行害虫防治的基础是将有关信息保存为计算机可以识别、读取和操作的格式化文件，使用x m l 技术将害虫防治经验中的信息保存为纯t x t 格武的文本可增加其通用性，以满足建立分布式的害虫事例库管理系统对数据跨平台跨系统性的要泉。本文首先研究满足建立害虫事例库管理系统需要的文件系统的结构，将所有文件分为公共文件和事例文件，然后使用s c h e m a 文档定义每一个公共文件和事例文件的数据段格式，并举例说明每一文件的最终保存样式。3 、设计基于w e bs e r v i c e 技术的害虫事例库管理系统基于w e bs e r v i c e 技术的害虫事铡库管理系统为分布式系统，各子系统间通过w e bs e r v i c e 技术提供的通信技术协同丁作建立并维护害虫事例库。本文首先设计各个子系统基于界面、业务处理和数据的三层系统架构和功能然后设计各个子系统问的数据同步机制和协作通信机制。41 2 3 研究思路和方法1 、基于事例推理技术是推广害虫防治工作中成功经验的强大技术工具害虫防治是一项复杂的系统工程，要整体考虑害虫发生时的害虫特征、环境特征和农作物特征，综合施用适当的农业防治方法、化学防治方法等多种防治方法开展防治工作既要考虑害虫发生时如何防治，也要考虑害虫不发生时控制害虫不发生或少发生的措旌。基于事例推理技术将成功解决某个问题的经验整体作为知识片段( 称为事例) ，其中包括问韪发生的背景、解决方法和解决后的状况，将这种经验应用于解决其他类似问题，是对人类解决圊题方式的仿真，具有极其广泛的应用价值将此方法应用于害虫防治工作即是将某些科学的、成功的害虫防治经验保存为事例，对事例中害虫发生的背景知识建立索引以用于匹配其他害虫防治问题，事例中关于防泊方法的知识可作为解决其他具有类似发生背景的害虫问题的参考。害虫发生背景和防治效果知识用于参考修正防治方法部分的各种防治方法，己解决的害虫防治问题还可用于其他的害虫防治工作采用基于事例推理技术开展害虫防治既可省去对新的害虫防治问题复杂的分析过程，又可避免因对新问题分析不全面而对防治工作造成的负面影响。随着害虫防治推理系统的运行，系统的害虫防治经验会越米越丰富，解决问题的效率和成功率也会越来越高。2 、树形图和面向对象方法是细化组织害虫防治经验中各种信息的有力工具害虫事例中问题描述部分描述了害虫生存和产生危害的背景知识，包括害虫信息、环境信息和农作物信息，这些信息是事例匹配其他害虫防治问题和修正本事例害虫防治方法的依据，充分细化这些信息有利于提高事例被匹配上的可能性，也是提高推理系统推理效率的保障和基础。本文中将这些信息按照粒度大小组成层次化的信息结构体系供维护和检索。树形留是组织层次化信息的重要工具，具有灵括性、直观性的特点将树形圈麻用于组织害虫事例问题描述中的信息，使这些信息直接从抽象、逻辑层面转化为具体的信息组织图，对这些信息的增删改工作也可直接通过对树形图节点的相应操作来实现。面向对象方法是对现实世界的抽象，将现实世界中的事物进行归类，并通过类的属性和方法反应事物的静动态属性，类的派生性是对事物包含关系的最好体现。将其应用到害虫事例中时，按照事例信息树形图设计类，利用类的派生性管理信息间的属性继承关系。如为目一级的害虫殴计属性后，该目各科害虫都拥有了这些属性，设计每一科的害虫属性时，只需在这些属性的基础上添加该科害虫所特有的特征即可，免去了从头为其设计属性的工作，提高了工作效率和成功率。3 、使用x m l 技术保存害虫防治经验中的各种信息具有极强的通用性采用可扩展的标记语言( ) a m l ) 构建的文件是纯文本格式，具有高度的格式化，除了易于建立和分析外，其最大的优点在于它既是平台无关的，又是厂商无关的，而无关性比技术优越性更为重要。建立和操作x i v i l 文件，只需要一套乩操作函数即可，技术实现简单。使用儿授术保存的害虫防治经验能够被多种平台下的多种高级语言编写的系统所识别和操作，具有极强的适应性和通用性，有利于害虫防治经验的推广。4 、构建基于w e bs e r v i c e 技术的分布式害虫事例库管理系统更具现实意义本文中构建的害虫事例以某一釉环境下对某种作物产生危害的一种害虫的防治经验为单位，我国农业生产区域分布广阔，害虫危害既呈现多样化又具有规律性，不同地区之间的害虫防5中围农业科辛硫硕l 学位论文第一章绪论治经验可以互相借鉴和参考。构建分布式的害虫事例库管理系统。各于系统阃可以共享其他子系统的知识库，通过w e bs e r v i c e 技术通信传递数据和操作指令，协同- i = 作，高效率高质量地建立害虫事例。这对于我国农业生产的发展将起到积极的推动作用。基于w e bs e r v i c e 技术的害虫事例库管理系统的工作方式是，当一个子系统在建立害虫事例时需要参考相关信息时，可到系统的一个称为服务注册中心的库中查询哪个子系统拥有该信息，然后同其通信要求共享此信息，信息提供方将信息以s o a p 信息包的形式发送给需求方，w e bs e r v i c e 技术的通信协议也是基于x m l 技术的。1 3 论文写作框架首先通过对研究背景的分析，在绪论中提出影响害虫防治工作进行的几种因素。第二章较全面地介绍了基于事例推理技术及其在害虫防泊工作中的应用。第三章建立了一个害虫防治经验事例化模型，将害虫防治经验中的鲁种信息按照事例结构的要求加以细化和组织。第四章研究了将害虫防治经验中的各种信息保存为可被计算机识别和操作的x m l 文件的方法，定义了各个x m l 文件的数据格式，并举例说明了各个x m l 文本的最终实现式样。第五章在介绍w e bs e r v i c e 技术的基础上介绍了基于w e bs e r v i c e 技术的害虫事例库管理系统的设计。6中囝农业科乍院顾l 学位论文第一章幕于事例推理技术2 1c b r第二章基于事例推理技术基于事例的推理( c a s e b a s e d r e a s o n i n g ，简称c b r ) 借鉴人类处理问题的方式，运用以前积累的知识和经验直接解决瓶问题，其理论体系的逻辑起点为认知科学。从认知科学的角度看，人类能够把解决某一问题时感知到的信息传递给大脑，大脑则把这种信息存储和记忆起来，这种存储和记忆的信息为今后相同或相似问题的求解提供了可以借鉴的直接经验和教训。事例是指解决某一问题的经验，包括问题的发生背景知识、问题的解决方法、阔匿解决后的状态。同人类的思维和处理问题模式一样，c b r 系统在推理时首先对比新问趣与先前成功解决了的事例的相似性，根据相似性最大原则选择以前某一个或某一些事例，修改这些事例的解决方法，使2 能适合解决新问题。同时，c b r 采崩增量式的学习方式衢解决了的问题和它的解决方法一同被系统记录并存储起来，以备将来解决其他类似问题之用这样使得系统的学习能力不断提高，知识和经验也不断增加，解决问题的能力也越来越强。2 2c b r 发展历史和研究现状基于事例推理技术起源于上世纪7 0 年代，1 9 7 7 年s c h a a k 和a b c k o n 在这方面的工作被认为是c b r 的起源。随后美国耶鲁大学的r o g e rs e h a n k 又探索了记忆中的事例在问题解决和学习中的作用，并于1 9 8 2 年在( d y n a m i cm e m o r y ) 一书中提出了c b r 认知模型。在此基础上，k o l o d n e r开发出了第一个( 毋r 应用系统c y r u s 。在g o 年代后期，美国韵d a r p a 项目促成了了r e m i n d系统的诞生这被认为是c b r 从认知科学向人工智能方向转变的标志。如今，c b r 已成为人工智能的一种主要的推理技术。由于c b r 的自身特点，对其进行的更多是应用研究，并得到商业化。1 9 8 7 年以来国际研究界每年都举行c b r 研讨会，先后在通用问题求解、法律事例、医疗诊断、医药等领域证明了c b r方法的有效性和实用性。田内对c b r 的研究主要是以应用研究为主。c b r 在i n t e r a c t 上的应用是目前c b r 府用研究钓热点。美国和欧洲的几所大学和研究机构正在开展这方面的研究工作。2 。3c b r 特点c b r 系统的推理模式与人类的学习模式极其相似，它有以下特点：( 1 ) c b r 系统整体、直接援引过去的知识和经验解决新问题，避免一切问题从头再来的弊端；不仅可以进行正面的学习，还可以避免相似事例解决过程中所犯的错误，从而一开始就可以直指问题的核心。( 2 ) c b r 系统具有增量式自主学习的功能。随着解决事例的增加，事例库的覆盖度( 求解7中国农业科学院母! i 学位论文第：章基于事例摧理技术问题的范围) 逐渐提高：同时由于事例比规则获取容易，不需要完整的领域模型，通过事例的积累和推理系统经验的增加，利用事例推理解决门题的成功率将逐步得到提高。( 3 ) 基于事例推理系统可以较方便地采用成本较低的原型系统进行开发，在以后的学习过程中不断增加新事例完善系统功能，提高自身推理能力。2 4c b r 应用情况c b r 系统的应用范围非常广，现有文字报道的c b r 系统已有几百种，而在全世界，则有成百上千的c b r 系统在实际应用领域发挥着重要的作用如法律诉讼、客户管理、电子商务、医疗诊断、机器组装、建筑设计、分子生物学，机器人控制、医药、企业管理、地质勘测、石油开采、语音识别等，c b r 系统在创造性问题的求解上也取得了新的进展。从应用目的来看，c b r 系统一般可咀分为两种类型问题解释型和问题解决型。问题解释型的c b r 系统通常用于分类，即对问题事例进行描述和解释，判断事例库中的哪一种解法适用于新问题，如法律咨询。运 类c b r 系统中的事例通常有简单的结果如：银行的信贷问题要么给客户贷款要么不贷，或者对用户的信用划分等级。河题解决型的c b r 系统要相对复杂些，它的目标是在对过去成功解决了的事倒的解决方案的修改基础上建立新问题的解决方案。解决型的c b r 系统一般有两种用途：一是用于事物的规划设计，如机械、建筑、食品等领域的设计；二是用于诊断领域问题的解决，包括故障诊断，医疗诊断和其他类型的诊断。c b r 系统尽管存在这种理论上的划分，但在实际的应用中。这种区分并不明显。而且一个高教的c b r 系统，应该是二者的结合，这也是c b r 系统的发展趋势。2 。5c b r 的一般过程可以将事例推理过程与人类通过回忆类似问题解决新问题的过程相对比，在基于事例推理过程中，事例库类似于人脑的记忆。存储了一些过去的相关经历( 即事例) ，这些事例按一定的方式合理地组织起来，以便在需要的时候能迅速及时地检索取出。回忆过程对应了推理过程中从事例库中检索出相关事例的过程。被检索出的候选事例的解决方法可能不能完全适合于解决新问题，这时需要对该候选事例的解决方法做一些修改，以适应新的情况。修改后的解决方法是否能解决新问题，还需要进行检验。如果经过检验发现还不能完美解决新问题，则还需要对修改后的解决方法进行修正，直至解决方法能满足解决新问题的需要。最后新的问题及其发生背景知识和解决方法起以一定的策略加入到事例库中。这种对以往事例加以记忆。并在解决新问题时咀过去相关事例为指导的问题求解的思想应用到人工智能( a d 中，会更直接反映人类专家的思维习惯。问觑解释型和问题解决型的基于事倒推理系统一般推理步骤分别如图2 - 1 、2 - 2 所示：8从事例库中按照最匹配原则抽取事例i由候选事例提出一个较为合适的解释方案il调整该解释方案使之适合新问题的情形利用假设的情形测试新的解释方案lil 通过将新解释方案用于解释新问题来测试新解释方案图2 - 1 问题解释型推理系统一般推理步疆f i g u r e 2 - l t h e e x p l a i n i n g p r o c e d u r e o f l ”o b l e m “v i 雌s y s m m从事例库中按照最匹配原则抽取事例li 由候选事例得出的一个较为合适的解决方案i 修正该解决方法使之适合新问题上在新方法应用于解决新问题之前对其进行评价l通过将新方法用于解决新问题来测试新方法厶田2 - 2 问题解决型推理系统一般推理步骤f i g u r e 2 - 2 t h er e a s o n i n gp r o c e d u r e o fp r o b l e ms o l v i n gs y s t e m92 6 事例库的结构事例库类似于人类的记忆库。其质量直接决定了基于事例推理机的推理质量。事例库是事例的集合，其在计算机中的保存方式为一个数据库或一个数据库表( 对于采用二维表记录事例的事例库系统而言) 或一个文档库( 对于采用文档来记录事例的事例库系统而言) ，事例库中的事例采用统一的组织结构和保存方式。随着基于事例推理机不断对新问题进行推理解决，新的事例源源不断地被加入到事例库中，事例库所代表的领域经验也不断增加，但事例库建设的个重要问题是需要避免低质量的事例加入其中。2 ，6 1 事例的定义在c b r 中，事例是基于事例推理系统对解决过的问题的解决经验的统称，包括成功解决了的f - j 题，也包括没有成功解决的问题。j a n e tk o l o d n e r 在其专著( c a s e d b a s e dr e a s o n i n g 中对事例的定义是：事例是跟某个特定环境联系在一起的特定知识片段，是操作层面的知识片段，这种知识片段描述了解决某一问题的经验，借助这种经验，基于事例推理机能完成对其他问题的推理解决过程。可将事例看作是人类对于某一事件解决过程的记忆。一个完整的事例包括事例描述和事例索引两部分。2 6 2 事例描述一个完整酌事例描述包括三部分内容，对问题的描述、问题的解决方法、问题解决后的输出结果- 这与人类记忆中保存的某一事件的解决经历很类似，只是由于基于事例推理是借助计算机设备和信息系统完成的，事例的保存方式必须是格式化的、可机读的。如一个完整的烧菜方法的事例就包括：必须使用的原料、烹饪方法要求、烧山的菜的味道( 问题描述部分) ，烧菜的详细步骤( 解决方法部分) ，烧出的菜的情况，如味道、色泽( 输出结果) 量出于人类总是通过回忆相似的经历来解决新问题，所以一个事例推理机的事例库代表了一个专业领域。如上述烧菜事例就可视为一个烹饪领域的事例。事例结构中对问题的描述可包括3 部分：解决事例描述的问题预期的目标、对目标的约束。问题发生时的环境特征。上述烧菜事例按照这三部分结构可具体描述为：推理出一个烹饪方法( 目标部分) ，烧出盼菜必须具备的味道和烹饪方法要求( 目标约束) ，现有的原料和佐料( 问题发生时的环境特征) 。需要说明的时不是每个事例都必须包括这三部分，这三项中哪一项需要包括在问题描述中，取决于事例所在的专业领域的特征、事例将来被使用的方式和将来用来匹配新问题时哪一项是必需的。对问题描述可借助于事例所在的专业领域的专业词库来进行，以获得对事例更加精准、全面的描述，以提高推理的准确度和实用性。事例结构中完整的问题解决方法包括6 部分；解决方法本身，推理机解决此事例问题的推理步骤、推理机解决此事例问题时对其他事例的解决方法的调整步骤、没有入选但可以解决此事例问题的其他解决方法( 及其推理和调整步骤) 、推理过程中没有入选的其他解决方法( 及其推理和调整步骤) ，应用此解决方法可能产生的意外情况。0中田农业科学院颂l 学位论文第一幸堆十事例推理技术事例结构中完整的输出结果包括7 部分：输出结果本身、输出结果与预期相符的程度、输出结果对问题解决来说是成功还是失败、对输出结果中与预期不符的部分的解释、为使输出结果达到预期目标所需要进行的修补措施、为避免与预期目标不符的意外情况的发生所需要采取的措施，采取修补措施后形成的新的解决方法。可以说，一个结构完整的事例就是对人类记忆的全真模仿力求使基于事例推理方法最大程度地仿真人类处理问题的模式。2 6 3 事例索；类似于图书馆里的书目，事例索引是事例描述部分重要描述符的集合，从不同角度对事例的最重要的部分进行描述，使事例区别于事例库中的其他事例。索引是事例在推理过程中通过推理机和其他事例发生联系的纽带，推理机在推理过程中根据事例抽取算法使用事例索引抽取与新问题最匹配的事例。因此，为事例建立索引的要点是要确保在需要该事倒的时候该事例能够被抽取出来使用。为事例建立索引一般借助于事例所在领域的专业词库有些词库是属于领域内的非常具体的，如医药领域就有一个反映患者症状的词库，但也有些词库是跨领域的、较为抽象的，这样的词库中的词条反映了事例所在领域同其他相近领域问比较抽象的关系当需要为事例做跨领域的知识囊引时，需要用到这些词条。由于事例索引是事倒描述的一部分，对事例作描述时使用的词库质量决定了索引的质量词库里应该包括对事例作不同角度描述所需的全部词条。建立索引除了要有好的词库辨，从词库抽取从不同角度反映事例内容的词条构成索引的方式和方法也很重要这种方法和方式要使索引将事例描述成其在事例库中是独一无二的，且足有用的。可以人工或自动地从词库中选择词条构成索引，一般来讲有领域内专业人员根据自身知识选择词条构成的索引要优于采用自动方式产生的索引。人工建立索引时，首先将词库分成能从不同角度反映领域知识的子词库，人工独立分析每个事例的特征，找出特征中具有解决类似问题潜力的特征，将每个子词库中这些特征的词条应以一种合理方式组织起来构成事例的索引。1 1第三章害虫防治经验事例化建模3 1害虫防治经验事例化模型概述3 1 1 模型要解决的问题害虫防治领域信息芜杂繁多，没有固定的格式，1 7 1 前有关害虫防治知识的记录也多以文字描述为主，如下文所描述的是对害虫稻蓟马的成虫形态特征的记录和对其成虫一种防治方法的记录i硪虫钵长i + 2 - i 3 t r i m 黑褐色。缠竞7 苇，第二节端瓤和旃三，西节色淡。其余黑褐色；第三节黄面和第酉书骏面各宥| 状感觉谁。单艰闯鬃短位子单鼹三龟形昀井缘，前骢鑫角鬟，每钠2 报。前翅浚褐色上酥鬃酝续基鬃5 4 报，端鬃3 根其中涯基秘的l 撮嚣s 其他2 报远离下弥鬃n 1 3 根，第a 拔节背殛舌缘有1 棒齿状的。第丸疆苇较长约为第十鹱节的1 5 倍，疆面产彝管锯齿获疆冁喘鬃细长。秩圈灌木，捞酴成虫在越冬戎盘迂移蓟抉母盛糯清晨灌农迫使或虫楗向秧尖再在水上掇一些7 q o m m 长的干稻草。继续灌衣淹没秧尖最后嗡嚣竿或草绳连革带盘拉檠母角收集深埋或烧毁，赴理完后。立n 排承。上文对稻蓟马成虫形态特征和防治方法作了非结构化的文字描述，目前文献中使用同样记录方式的还有害虫卵、蛹、幼虫的形态特征，害虫的生活习性、生理结构、行为、发育繁殖、危害与环境关系，以及所能使用的各种防治方法、防泊方法与环境和害虫特征的关系等。这种描述方式能够很好地为人工所理解，但其中所包含的信息却很难被计算机信息系统所理解和接受，更不可能用于构造基于事例推理技术的害虫防治推理系统。因此，需要对上述描述做格式化处理。一方面，全面描述一种害虫的防治问题需要记录的内容远远多余上述资料且受使用格式化的记录方式，另一方面害虫既千差万别，又有极强的规律性，为格式化的记录提供了可能性。因此，记录害虫防治经验需要的是一种能将害虫防治领域信息全面、合理，结构化地组织起来的方法。在本文中，这种方法是通过害虫防治经验事例化模型来实现的。害虫防治经验事例化模型是将目前以纸质等传统方式保存、以非结构化的文字描述( 或其他描述形式) 的害虫防治经验转化成符合事例结构要求的电子文档的方法。害虫防治经验是指害虫发生和危害的生态环境机制( 害虫、农作物、发生环境，其问关系) 、防治方法、防治效果，本文中的防治经验以对一种生态系统中对一种作物产生危害的一种害虫的防泊行为为单位。一害虫防治经验事例化模型是害虫事例建设的基础性工作。3 1 2 模型内容模型主要对如下问题开展研究：l 、确定害虫事例要描述的信息：害虫信息、环境信息、农作物信息、以上三种信息所反映的害虫危害生态机制；防治方法信息；每种防治方法的输出结果中国农q k 科学院硕l 。学位论文第章害虫防治辞验事例化建模信息；2 、以上信息的组织方式：如何将以上信息分成多层次、小粒度的信息特征，并使用树形图组织这些信息特征及其问的关系；如何使用面向对象方法将以上信息数学公式化，以形成结构化的数据，井保证信息描述的可维护性。害虫防治经验事例化模型包括如下子模型：l 、害虫信息数字化模型。研究昆虫纲中害虫多层次多维度的信息管理方法及数字化方法；2 、环境信息数字化模型：研究害虫生存和产生危害的环境囡素信息的管理方法及数字化方法；3 、农作物信息数字化模型：研究农作物栽培措藏、生长发育、受害症状、受害规律等信息的管理方法及数字化方法；4 、害虫防治方法数字化模型：研究特定环境下害虫防治方法信息的管理方法及数字化方法；5 、害虫防治方法输出结果数字化模型；研究每种防治方法的输出结果信息的管理方法及数字化方法。6 ，害虫防治经验索引模型：研究从1 3 子模型产生的问题描述数字化信息中产生索引的方法，及索引结构；7 、害虫防治经验事例整合模型：研究子模型1 名产生的数字化信息问关系的管理方法，及将这些数字化信息整合为符合事例结构的害虫事例的方法。害虫防治经验事例化模型的输出为一个完整的害虫事例，及事例维护方法。3 1 3 相关的方法和技术l 、树形图图论是一种用图形表示事物间关系的数学理论，称无圈的连通图为树，其形状与自然界中的植物树相似。用于标记层次关系明显的事物问的关系，如用图论描述我国的行政组织机构，其结果就是一个树形图。本文中将使用图论中的树形结构图描述害虫防治经验信息。如图3 - 1 描述了部分昆虫分类体系的树形图。田3 - i 部分昆虫分类体系树形囤f i g u r e3 - 1m t r e e f i g u r e o f p a r t o f i n s e c ts y s l e m树形图的两个重要概念为：(