（农业机械化工程专业论文）吉林省水稻病害诊断查询专家系统.pdf

吉林农业大学硕士学位论文 吉林省水稻病害诊断查询专家系统 吉林省水稻病害诊断查询专家系统 摘要 水稻是吉林省的三大粮食作物之一，要提高我省水稻产量和品质，实现水稻高 产、优质、高效，在水稻生产过程中，水稻病害的良好控制是提高水稻产量和品质 的重要方面之一。由于水稻病害种类繁多，危害较重，有的甚至造成绝收，而且农 民对水稻病害的认识不足，或者搞不清病害类型，更不用说拿出一套及时有效的治 疗方案，加之水稻专家较少，不能及时地为农民提供服务，这就给稻区的广大稻农 和技术人员在准确诊断和及时防治病害方面带来极大的困难。 农业专家系统的应用和发展，是实现我国农业信息化、现代化的重要途径，也 是发展我国农业的一条新路子，因此在分析我国农业专家系统应用及发展现状的基 础上，结合吉林省具体农业情况，针对省内水稻病害发病特点，对水稻病害知识进 行了系统整理和较深入研究，有效地将计算机技术、专家系统原理与水稻植保知识 进行合理地整合，构建了基于网络平台的吉林省水稻病害诊断查询专家系统。通过 本系统实现领域知识的共享，缓解了水稻领域植保专家数量的不足，提高水稻病害 的综合防治，加快科技成果的转化具有重要意义。 系统以稻瘟病等1 2 种在吉林省常见水稻病害为研究对象，把病害发病的症状 表现、防治方法、发病规律、病原信息、图片等作为主要研究知识点。在领域专家 协助下，对这些知识认真分析与系统整理，形成本专家系统的知识库。 从专家系统结构来讲，本系统是遵循专家系统的一般结构进行设计开发的，主 要包括人机接口、推理机、知识库、综合数据库、解释、知识获取机构等主要部分 组成。将所有知识规则存于关系数据库中，形成了知识库，实现了领域知识的存贮、 管理与共享。推理机是根据用户的请求，基于知识存储的形式，利用面向对象技术， 完成推理，推理效果较好。知识获取机构面向领域专家，用以实现知识库的修改、 扩充等维护任务。 从程序开发的角度来说，本系统基于w e b 浏览器，以b s 结构作为网站实施模 式，数据库管理系统选用了s q ls e r v e r2 0 0 0 ，采用j a v a 、j s p 、x m l 、t s q l 等语 言工具，基于i n t e l l i ji d e a5 o 平台，将数据库与专家系统知识相结合，研制、 开发了该系统。因为系统采用跨平台的编程语言和面向对象技术进行程序开发的， 因此具有良好的通用性和可扩充性。 系统前台主要实现查询和诊断两大服务功能。本系统的难点是诊断。是基于特 吉林农业大学硕士学位论文吉林省水稻病害诊断查询专家系统 a ne x p e r ts y s t e mt od i a 9 1 1 0 s ea n di n q u i r ea b o u tp l a n td i s e a s e sf o rp a d d y i u c eo f j i l i np m v i n c e a b s t l a c t p a d d yr i c ej so n eo f t h et h r e em a i nf o o dp m v i s i o nc m p so f j i i i np m v i n c e i no r d e rt oe n h 锄c et h e q u a m i t y 柚dq u a l i t yo fp a d d yr i c ea n dr e a l i z eh i g h y i e l d ，h i g h q u a l i t ya n dh i g h r e t u mp a d d yr i c e c m p ，av e r yi m p o r t a n tp a r t i st op u tp l a n td i s e 鹅e so fp a d d yr i c el l i l d e rc o n t r o lw e l li np r o d u c e p m c e s s d u e t on u m e r o u sp l 锄td i s e 船e so f p a d d yn c ew h i c ha r eh a m l 血lf o r t h ec m p s 柚ds o m e t i m e s b r i n gd e v a s t a t i o nt ot h e m 锄dt l l ef a r m e r s l i 砌ek n o w l e d g ea b o u tp l 柚td i s e a s e so rm i x i n gu pm e t y p e so f t h ep l a n td i s e a s e ss o m e t i m e sa n dn oa j u s t i n - t i m ea n de 彘c t i v et r e a t m e n tp m g r a m m ea n dn o t i m e l ys 州i c e s 锄df b we x i ) e r t so np a d d y “c e ，t h et e c h n i c a ls t a f f ，w h e nt od i a g n o s e ，t r e a ta n d c o n “q lm ep l a n td i s e a s e sc o r r e c t l yf o rt h ef 细e r so ft h ep a d d yr i c ec r o p sa 化a s ，h a v em e t 黟e a t d i 衔c u l t i e s t h e 印p l i c a t i o na 1 1 dd e v e l 叩m e mo fa 掣i c u n u r ee x p e r ts y s t e mi sak e yr o u t et oa c c o m p l i s ht h e i n f b m a t i o n i z a i i o na n dm o d e m i z a t i o no fa g c u l t u r c o nt h eb a s i co fa f l a l y s i n gt h e 印p l i c 鲥o no f a g r i c u l t u r ee x p e r ts y s t e m 锄dt h ed e v e l o p m e n t a lt e m p o 锄dc o n s i d e r i n gt h ca g r i c u l t u r a lp r e s e n t s i t u a t i o n 锄dt h ec h a r a c t e r i s t j c so f t h ep l a l l td i s e a s e so fj i l i np r o v i n c e ，t h ek n o w l e d g eo f p l a n td i s e a s e s h a sb e e ns y s t e m a t i cc o l l a t i v e da f l ds t u d i e di nd e p m ，a n dt h e nas y s t e mt oe f f i c i e n t l yc o m b i n et h e c o m p u t e rt e c h n o l o g yw i t l lt h ep r i n c i p l eo f 血ee x p e r ts y s t e ma 1 1 dt h ep l a n tp r o t e c t i o no fp a d d y c e b e g i n s ，a tt h es a m et i m e ，t h ee x p e r ts y s t e mt od i a g n o s ea i l di n q u r ea b o u tp l a n td i s e 私e sf o rp a d d y r i c eo fj 1 1 i np r o v i n c eo nt h eb a s i so fn e 细o r ks 伽tt ob ec o n s 仃u c t e d b ys h a r i n gk o n w l e d g e so ft l e r e l a t i v ed o m a i n s 也m u g ht h i ss y s t e m ，af b we x p e r t so np i a i l tp f o t e c t o no f p a d d yr i c ei sn o tap r o b i e m ， a n dt h ei n t e g r a t e dc o n t r o lo f t h ep i a n td i s e a s e so f t h ep a d d yr i c ew i l lb ei m p m v e d ，w h a t sm o r e ， i t ss i g n i f i c a n t t h a tt h et r a n s f o r mo f t h en n d j n 笋o f s c i e n c ea 1 1 dt e c h n o l o g yw i l is p e e du p t h i ss y s i e mc o n s i d e r s1 2k i n d so fp la 1 1 _ td i s e a s e so fp a d d yr i c ei n c l u d i n gr i c eb l a s t ，e t c a s t h e o b j e c t so fs t u d y t h em a i np o i n 协o ft h es t i l d yc o v e rm es y m p t o m so ft h ep l a n t sw h i c hf e l li l l ， p r e v e n t i o na n dc u r e ，r e g u i 撕t yo fo n s e t ，i n f o m a t i o no fp a t h o g e n ，p h o t o g r a p h s o nt h e 硒s i s t a l l c eo f t h ee x p e r t so ft h er e l a t i v ed o m a i n s ，t h e s ek n o w l e d g e sh a v eb e e n 锄a l y s e dc a r e m l l y 龃ds y s t e m a t i c c o l l a t i v e da n dt h ek n o w i e d g ed a 诅b 硒eo f t h i se x p e ns ”t e mh c o m ei n t ob e i n g i nr e s p e c to ft h es t l l j c t u r eo ft 1 1 ee x p e r ts y s t e m ，t h i ss y s t e mi sd e s i g n e d 蛐dd e v e l o p e do nt 】1 e b a s i so f g e n e r a ls t r u c t u r eo f e x p e r ts y s t e m sm a i n 】yi n c l u d i n gm a n m a c h j n ei n t e r f k e ，i n f e r e n c ee n g i n e ， l ( i l o w i e d g eb a s e ，g e n e r a l i z e dd a t a b a s e ，i n s t m c t i o ni n t e r p r e t a t i o n ，k n o w i e d g ea c q u i s i t i o ns y s t e m ，e t c a l lt h ek n o w l e d g ea i l dr e g u l a t i o na r es t o r e da tr e l a t i o n a id a t a b a s et of 0 玎r lm ek n o w l e d g eb 鹳e ，w h i c h a c h i e v e ds t 啪g e ，m a n a g e m e n ta 1 1 ds h a r e df o rm ed o m a i nk n o w l e d g e u n d e rr e q u i s i t i o n so fu s e r s ，t o u t i l i z et h ef o r r nf o rk n o w l e d g es t o r a g ea 1 1 d 廿1 eo b j e c to r i e n t e dt e c i l i l 0 1 0 科t oc o m p l e t e l ci n f e r e n c e s e 踮c t i v e l y 锄dc o r r e c t l yt u m i n gi nt h ed h c t i o no fd o m a i ne x p e r t s k n o w l e d g e s 锄de x p e r i e n c e s ， 1 c 1 1 0 w l e d g ea c q u i s i t i o ns y s t e mc 柚舀v ct h ef u n c t i o n st ot h el c i l o w l e d g eb a s ei n c l u d em o d i f y e x p 8 n d ， m a i n t a i n e t c i i i 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 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得吉林农业大学或其它教育机构 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。 学位论文作者签名：蚴 签字日期：孑纱形年厂月夕日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解吉林农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意吉林农业大学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。 学位 导师 签字日期：年j 月f 日 辩胁游朋日 吉林农业大学硕士学位论文 吉林省水稻病害诊断查询专家系统 1 1 问题的提出 第一章前言 随着科学技术的发展，以计算机为中心的现代信息正迅速地向农业领域渗透， 信息技术和数字化建设给现代农业赋予了崭新的内涵，也给生产和管理带来了深远 的影响，这些又会使农业科技研究面临崭新的课题，我国国情和发达国家的经验决 定了我国必须用先进的信息技术改造传统农业，大力发展工业化农业，实现可控条 件下农业生产的集约化、高效化生产经营方式，全面提升农业生产、管理、经营水 平，真正实现农产品的两高一优。综合利用计算机技术和网络技术，将领域知识数 字化、网络化是我国赶上发达国家目前事在必行的事情。 水稻是我省主要的粮食作物之一。要提高我省水稻产量和品质，实现水稻高产、 优质、高效，在水稻生产过程中，应该时刻做好水稻病害诊断、防治工作，水稻病害 的良好控制是提高水稻产量和品质的重要方面之一。 病害控制的关键是及时正确诊断。多年来，由于水稻病害诊断及措施采取方案不 当，使水稻的生产效益受到很大的影响。绝大多数农民对病害的发生及流行规律不甚 了解，水稻病害诊断还存在很大盲目性，不能抓住问题的关键环节，同时由于不科学 的使用化学农药，造成生产成本提高和环境污染。农民迫切需要得到专家对病害诊断 方面的技术指导，而作为拥有病害诊断知识与经验的水稻专家及科学技术人员，不太 可能随时随地挨家挨户上门服务。随着计算机技术的发展，农业专家系统将在这方面 发挥独特作用。 我国是一个传统的农业大国，农业数字化起步较晚，农民科技文化素质较低，这 是进一步发展农业和农村经济的重要障碍因素。建立并完善农业专家系统可极大地 加快农业向信息化、数字化、现代化迈进的步伐。农业专家系统的研制是计算机在农 业领域应用的一个热点。国家科技部曾明确提出：以农业专家系统为突破口，发展我 国的农业信息技术。3 。 如今农业发展进入了信息时代，高科技成果给很多研究工作提供了很好的技术手 段，我们应不失时宜地抓住机遇，把农业信息技术不断推向新的高度，为我国的农业 现代化建设做出更多的贡献。本专家系统的研制，必将为广大稻民及水稻科技工作人 员在技术指导及咨询方面又打开一扇窗口，这无疑又将给我省的农业发展带来了广阔 的前景，充分利用信息技术发展农业，促进我省农业由传统粗放型向现代集约型的转 2 吉林农业大学硕士学位论文 吉林省水稻病害诊断查询专家系统 变具有重要意义。 总之，本课题旨在依靠先进的科学技术，使农业信息、知识上升到数字化、智能 化管理层次，促进劳动生产率的提高。 1 2 文献综述 1 2 1 国内外农业专家系统研究概况 1 、国外农业专家系统研究概况 专家系统是人工智能的一个重要分支，也是人工智能中发展和应用最成熟的一 个方面。“。1 9 6 5 年第一个专家系统d e n d r a l 在美国斯坦福大学问世，它的出现标 志着人工智能研究开始向实际应用阶段过度，同时，标志着人工智能的一个崭新应用 领域专家系统的诞生“3 。从第一个专家系统诞生以来。经历了近4 0 多年的研究 与开发。专家系统已遍布各个专业领域。尤其在农业领域发挥着巨大的潜力，以美国、 日本和欧洲国家最为突出。农业专家系统是专家系统理论在农业领域的具体应用，7 0 年代美国伊利诺大学开发成功第一个农业专家系统大豆病害诊断专家系统以来， 美国、日本等国相继开发了玉米螟危害测报，棉花作物种植和管理、番茄生产咨询等 系统。“”。日本政府对这门高新技术在农业上的作用给予了高度重视。这些年来已 取得了不少成绩。出现了若干农业专家系统，8 0 年代中期，例如东京大学的西红柿 栽培管理专家咨询系统、培养液管理专家系统；2 0 世纪8 0 年代日本千叶大学利用 m i c c s 工具开发了番茄病害诊断专家系统、花卉栽培管理支持系统、庭院景观评价 系统“1 。二十世纪后期国外的农业专家系统有了新的发展，涉及的领域更广，出现了 许多农业专家系统。如密苏里一哥伦比亚大学的梯田专家系统，日本的温室控制专家 系统，英国e s p t 支持下的水果保鲜系统，德国的草地管理专家系统，埃及农垦部 的黄瓜栽培管理专家系统，希腊的六种温室蔬菜病虫害和缺素诊断的多语种专家系统 “”3 。随着专家系统技术的发展，建立植保专家系统成为一个重要的探究方向。 2 、国内农业专家系统研究进展与现状 我国农业专家系统的开发应用虽然起步较晚，但发展较快。我国农业专家系统的 研制始于2 0 世纪8 0 年代初，早在1 9 8 5 年由中国科学院人工智能所开发的“砂姜黑 土小麦施肥咨询专家系统”、“农业施肥专家系统”，在安徽市淮北平原得到很好的推 广应用。1 。浙江大学“生物( 蚕) 遗传育种专家系统”( 1 9 8 7 年) ，“马尾松毛虫防治 决策专家系统”( 1 9 8 9 年) ，中国农科院作物所完成了“小麦、玉米新品种选育的专 吉林农业大学硕士学位论文 吉林省水稻病害诊断查询专家系统 家系统”，植保所的“粘虫测报专家系统” ( 1 9 9 1 年) ”“”“7 “。吉林大学与吉 林省农科院合作开发了“多媒体作物生产智能化专家系统”“”“5 “”3 。中科院合肥智 能所与安徽农科院合作建立了“水稻施肥专家系统”“。云南省农业科学院植物保 护研究所开发的“云南水稻栽培专家系统”“。吉林农业大学姚玉霞、陈桂芬等人建 立了“水稻病虫害诊治智能化专家系统“1 。 近几年的文献表明，我国农业专家系统的研究在广度上有了许多新的发展，应用 范围也较广泛，涉及到作物栽培、生产管理、新品种选育、节水灌溉、施肥、病虫害 防治、产量预测等。 1 _ 2 t 2 农业专家系统普遍存在的问题及可能的研究方向 2 0 多年来，在农业专家系统领域里，我们所取得的成绩确实可喜可喝，极大的 促进了科学的发展及劳动生产力的提高，但是目前开发的农业专家系统特别是植保方 面的专家系统仍存在一些问题。其发展中存在的问题既有专家系统理论本身发展的不 足，也有由于农业领域复杂的不确定因素较多的特点决定的。具体体现在如下几个方 面： 1 、农业专家系统在深度方面还有待于进步加强。比如，如何将专家系统与许 多新技术相结合，研制集成式的知识系统，已成为农业专家系统的一个重要的发展趋 势。将面向对象编程技术、地理信息系统( g i s ) 、知识工程、特别是当今的多媒体技 术、计算机网络技术、i m e m e t 等技术与专家系统相互集成等，以提高系统求解问题 的能力和性能，不仅做到将知识理论化、智能化而且做到系统的通用和知识共享。 2 、总结近几年的农业专家系统，特别是植保方面的专家系统，具有浏览、查询、 推理等功能，但推理机制过于简单，不是很充分，而且数据在安全性方面处理的比较 差。 3 、对结论不能给与足够的解释，更准确的说，不能从普通用户的角度对结论给 予解释说明。合理解释结论，这对于用户来说是一项重要的功能，有时候用户只要求 知道答案，可是大部分用户需要知道结论得出的理由，而通常的专家系统无法对它的 行为做出有说服力的解释，即使给予解释，也只能够告诉用户它使用了哪些规则得出 的结论，而程序具体用了什么规则，这又不是用户所关心的事情，这种解释在用户面 前显得苍白无力。 4 、知识获取、知识维护困难较大，知识获取还有待进一步研究。 5 、系统可移植性差，程序的运行受操作系统左右。程序多半局限v f 、v b 、v c + + 等语言编写，当然也有用现成的专家系统生成工具进行套用的，使用较小的数据库处 吉林农业大学硕士学位论文 吉林省水稻病害诊断查询专家系统 第二章与本文相关的专家系统知识简介 2 1 概念性知识 2 1 1 专家系统( e x p e r ts y s t e m 简称e s ) 定义 由于专家系统是一个新近的研究课题，其严格的内涵和外延尚未形成，再就是 由于各个应用领域的特点不同，人们研究专家系统的出发点不同，看待问题的观点不 同，追求的目标不同，导致对专家系统的定义存在不一致的看法。此外，专家系统的 发展史是各种系统不断进化的历史，人们在不同时期对专家系统的理解是不完全一样 的，上述各种原因造成了专家系统尚无统一的、严格的定义形式，但就其中心含义来 讲，所谓专家系统，就是一种以知识为基础的智能化的计算机软件系统，它将领域专 家的知识、经验加以总结，存入计算机建立知识库，采用合适的控制策略、按输入的 原始数据进行推理、演绎，做出判断和决策，因此能起到领域专家的作用，专家系统 是人工智能的一个重要分支“。 2 1 2 专家系统的主要特征 专家系统是一个基于知识的系统，它用领域专家提供的专门知识，模拟人类专家 的思维过程，解决本领域中的问题。专家系统本身是一个程序，但它与传统程序又有 所不同，它将知识从处理流程中独立出来，是一类特殊的基于知识的系统。 专家系统的特征主要体现在以下几个方面“： ( 1 ) 启发性：专家系统除能利用大量专业知识，进行逻辑推理判断外，还可以 利用经验知识、直觉的评判知识作为启发条件，对求解问题作假设、联想，对推理起 到启发、引导作用，使推理继续进行。 ( 2 ) 透明性：专家系统一般具有解释机构，对问题结论给予解释说明，以便用 户更好地理解答案的依据，这对用户来说体现了专家系统具有较好的透明性。 ( 3 ) 具备具有专家级别的专业知识解决专业问题的能力。专家系统的知识来源 于同领域的高水平的专家，公开发表的书籍、刊物等，建造专家系统的目的是达到一 个领域专家在解决问题时所体现的高水平、高质量、高速度，能够解决人类领域专家 吉林农业大学硕士学位论文 吉林省水稻病害诊断查询专家系统 解决的复杂问题的，这体现专家系统的高性能和优良特性。 ( 4 ) 具有交互性。专家系统一般具有良好的人机界面，可以进行方便的人机交 互。 2 1 3 专家系统的功能与结构 1 、专家系统的功能 根据所处理的任务类型和对象不同，专家系统的功能和结构也不尽相同。首先专 家系统的功能大体体现在以下几个方面“1 ： 1 、对领域知识的存储功能。 2 、根据当前输入的数据，利用知识库中的知识，按照一定的推理策略，对当前问 题进行解决。 3 、能够对结论等做出必要的解释。以便于用户的理解和接受，同时也便于系统的 维护。 4 、具有对知识的维护和学习的功能。 其中存放知识和运用知识进行问题求解是专家系统的两个最基本功能。 2 、专家系统的结构“”“。“ 不同的专家系统其功能和结构有所不同。下面给出专家系统的两种结构：基本结 构和一般结构。 图2 1 是专家系统的基本结构，它包括两个主要部分：知识库和推理机。这种结 构实现了专家系统的最基本功能，即知识的存储和求解。这种结构比较简单，知识工 程师与领域专家直接交互，收集与整理领域专家的知识，将其转化为系统的内部表示 形式并存放到知识库中；推理机根据用户提供的初始数据，运用知识库中的知识对问 题进行求解，并将产生的结果输出给用户。 图2 2 是专家系统的一般结构，在目前专家系统建造中比较流行。专家系统一般 结构一般包括知识库、数据库、知识获取程序、推理机、解释、人机接口六个部分。 除了人机接口、知识库和推理机三个模块外，其它模块根据实际情况适当的选取，如 果能够具备知识获取程序、解释能力是所有专家系统都期望的，但不一定都得到实现。 一般结构中各项功能简单介绍如下： ( 1 ) 人机接口：是专家与用户信息交流的可视界面，信息由此输入，结果由此 输出，是内部信息与外部信息相互翻译的场所。 ( 2 ) 推理机：按照一定的推理方法，以知识库中的知识作为理论依据，完成问 题的求解。 9 亘堡堡些查兰堕主兰堕堡塞 圭苎笪查塑塞童兰堑奎塑童窒墨竺 知识工程师 数据 卜吨 回二胪 领域专家 图2 1 专家系统的基本结构 f i g2 - it h eb 越i cs t m c t i i r eo f e x p e ns y s t e m 结果 用户领域专家知识工程师 图2 2 专家系统的一般结构 f i g 2 2 t h eg c n c r a ln m c m r eo f e x p e ns y s l e m 1 0 吉林农业大学硕士学位论文 吉林省水稻病害诊断查询专家系统 的积累、不断的学习、不断的进步，致力于在具体的专门领域内完成高性能的任务。 专家系统的研究和设计着重于知识处理，包括知识的获取、知识的表示和运用三个核 心环节。知识的科学、合理表示，或说知识表示模式的选择是否合理，关系到知识的 有效存储，更关系到推理时对知识的运用效率和日后对知识库的维护是否方便。 2 - 2 2 知识表示方法 通常用人类的自然语言表达知识存在语法、语义的多义性和一定的模糊性，计算 机难以处理这种模糊性和多义性的自然语言，因此为了建立知识库，实现机器智能， 必须寻求不同于自然语言的形式化的知识表达方式，下面简要介绍几种常用知识表示 方法。 1 、语义网络表示法( s e m a n t i cn e t 、o r k ) 语义网是j r q u i l i a l l 等人在1 9 6 6 年提出的，它是用一种采用有向图的知识表达 方式。结点表示客体、客体性质、概念、事件和行为等，有向边则表示客体间的联系“3 。 比如用语义网络表示“老虎是食肉动物，动物能行走”，则语意网络图2 3 所示： i s ai s c a n 口丞 匾西圃一匝匾 - 卜圈 图2 3 一个语意网络图 f i g 2 - 3as e m a n t i cn e n v o r kd i a g r a m 2 、产生式规则( p m d u c t i o nn l l e ) 表示知识“” 最常用的知识表示方法是产生式规则表示法，通常用于表示具有因果关系的知 识。产生式表示( 或规则表示) 知识是目前专家系统中使用最广泛最典型的知识表示 法，采用这种表示的专家系统称为基于规则的专家系统。基于规则的专家系统也称为 产生式专家系统。产生式表示法是一种比较成熟的表示方法，许多著名的专家系统采 用了这种知识表示法。 心理学家认为，人脑中的知识是以a b 形式存储的。广义一点说，知识a 1 八a 2 八a 3 一b ，意思是如果条件a 1 ，a 2 ，a 3 ，同时成立，那么结论b 成立。这是一条产生 式，或称一条规则。a l ，a 2 ，a 3 称为条件( 前件) ，右端的b 成为结论( 后件) ，这种 曼苎壅些查兰堕主兰焦堡兰 圭垫笪查塑塑童望堑查塑主窒墨堕 形式表示知识，称为产生式表示知识。 其一般形式是： i f t h e n 专家系统知识库中的知识多数是以产生式表示的，也称为规则表示，在产生式系 统中，所有的规则组成一个知识库。本文使用了这种知识表示，后面章节将结合实际 阐明。 产生式规则由于比较零散，通常应用“与或树”规划好，再用规则描述。 例如，图2 - 4 所示“与或树”，有圆弧线表示与的关系，没圆弧线表示或的关系， 所规划的规则如下所述： 图2 4 一棵与或槲 f _ g2 - 4a 仃c e o f 衄d ，o r i fb 1a n d b 2 t h c n a i fb 3a n db 4a n db 5 t h e n a i f c la 1 1 dc 2b l i f c 3 t l l e n b 2 i f c 4a 1 1 d c 5a 1 1 d c 6m e nb 3 i fc 7 t h e n b 4 j fc 8 t 1 e nb 4 3 、面向对象知识表示法( o b j e c to r i e m e dk i l o w l e d g er 印r e s e n t a t i o n ) 【2 3 2 ” 随着面向对象技术的应用和发展，面向对象的知识表示方法己被应用于人工智能 和专家系统领域。一般地，用面向对象的类或对象表示知识的方法，都可以称为面向 对象知识表示。面向对象知识表示法借助面向对象的抽象性、封装性、继承性和多态 性，以抽象数据类型为基础，能方便地描述复杂知识对象的静态特征和动态行为。从 本质上讲面向对象知识表示法是将多种单一的知识表达方法按照面向对象的设计原 吉林农业大学硕士学位论文 吉林省水稻病害诊断查询专家系统 则组成一种混合的知识表达形式。 关于知识的表示还有其他表示法，比如过程表示法、神经网络表示法、脚本( 又 称为剧本) 知识表达等。每种知识表示方法各有优缺点。在实际设计专家系统时，可 能是一种以上知识表示的结合，取其优点。实际利用时要考虑如下几个方面： ( 1 ) 是否充分表达领域知识。好的知识表达应确切和充分地表达相关领域内的 各种知识。 ( 2 ) 是否有利于对知识的利用、方便推理。合理的知识表示应能适合高效的推 理和支持推理过程中的控制策略。 2 _ 2 3 推理 在专家系统中，推理以知识库中的已有知识为根据，是以一定的知识为基础的推 理。按照一定的推理策略，基于知识库中的知识规则进行推理，就实现推理机。推理 机作为专家系统的核心，其主要任务就是在问题求解过程中适时的决定知识的选择和 运用，充分体现了知识库和推理机是专家系统的核心部分。 1 、精确推理 精确推理所使用的已知数据和知识是完整的、精确的，是指前提与结论之间有确 定的因果关系，推理所得的结论是正确的、可靠的，结论与事实是确定的。 演绎推理和归纳推理都属于精确推理“1 。 演绎推理是从具有一般性的原理中推出关于个别的事物的结论，其思维过程是由 一般到个别，演绎推理的结论与前提的联系是必然的，只要前提真实推理形式正确， 则结论一定是可靠的。 归纳推理的前提是个别的、特殊的知识，同经验、实验等直接有关，从一般较小 的前提推出一般性较大的结论的推理，是由个别到一般。 归纳与演绎是相互联系、相互补充、密不可分的。在演绎推理中，作为推理基础 的大前提就是归纳的结论；同样，归纳也离不开演绎，要研究客观对象之间的因果关 系，分析存在于个别之中的一般，总离不开一般原理的指导。 2 、不精确推理”m “。” 在人类知识中，有相当一类属于人们的主观判断，是不精确的和含糊的。另外， 收集来的事实和信息也往往是不完全的和不精确的，在人类活动中，常常使用这些不 精确、不完全的或不完全可靠的信息进行推理称为不精确推理( 也称模糊推理) 。 吉林农业大学硕士学位论文 吉林省水稻病害诊断查询专家系统 在普通演绎推理中，已知命题a 蕴涵b ，即a b ，亦即若a 则b ，只要有证据 或事实确为a ，则定可推得结论为b 。而对于如下这类我们常遇到的带模糊命题的推 理，传统推理便无能为力了。例如： 经验若西红柿是红的( a ) ，则它是熟的( b ) 延据这仝酉红拉直点红( 笪2 结论 这个西红柿有点熟( b ) 这样一种含有模糊概念的条件命题推理，称为不精确推理( 不确定推理) 或称 模糊推理，也称似燃推理“。 近年来人们对不确定推理越来越重视，推出了不少不确定性推理模型，虽然都 不十分完善，但总可以解决一大类实际问题。 主要有c f 模型也叫确定理论方法，主观b a y e s 方法，可能性理论方法，证据理 论方法等。这些方法各有优缺点，在解决实际问题时，根据具体情况选择相应的方法。 本文在不精确推理过程中，选用了c f 模型，所以在此介绍此方法，其它方法不 邀述了。 c f 模型也叫确定理论方法，是e h s h o m i f e 和b g b u c h 锄a n 在确定理 论的基础上，结合概率论与模糊集合论等方法，提出的一种不精确的推理方法，在著 名专家系统m y c i n 系统中采用了这种理论方法。由于这种方法简单有效，目前已有 不少系统采用之。这种方法涉及以下内容： ( 1 ) 知识和证据的不确定性描述； ( 2 ) 不确定性的传播算法。 下面较详细介绍这两项内容。 1 、知识和证据的不确定性描述 现在把一条知识n 描绘成如下形式： n ：c d 【c f ( d ，c ) 其中，c f ( d ，c ) 是一个数值，c 为前提条件( 证据) ，d 是在c 下的结论，c f ( d ， c 1 表示证据c 对结论d 的支持程度，或称c f ( d ，c ) 为可信度因子，取值为一1 ， 1 1 之间，含义为：当证据c 成立时，结论d 有c f ( d ，c ) 的可信度成立，其值的大 小、正负表示c 对d 的支持程度。当c f ( d ，c ) o ，表明证据c 的存在增加结论 d 为真的可信度，c f ( d ，c ) 越大，结论d 越真，c f ( d ，c ) = 1 ，表示如果证据 c 成立，则结论d 一定成立；相反，c f ( d ，c ) 0 时，p ( d c ) p ( d 1 ， 表示证据增加了结论成立的可信度；当m d o ，p ( d c ) p f d l ， r 1 当p ) = 1 m b ，c ) 2 型型班学鲁黑王1 ：班丑 其他 公式( 2 _ 4 ) l1 p ( d ) “ r l 当p ) = 0 如p ，c ) = 地幽逛萼翟攀 其他 公式( 2 - 5 ) 【p ) ” 与p ( d 忙) 0 与m d o 不可能同时成立。m b 与m d 完整 定义如下： m b 与m d 应满足： 当m b o ，则m d = o 当m d o ，则m b = o c f 就是把m b 与m d 的度量组合成一个数， 根据m b 和m d 的定义，c f 表示为： c f ( d ，c ) = m b ( d ，c ) m d ( d ，c ) = 恻孵。= 笔铲瓤。跏p ( d ) o 当p ( d ，c ) = p ( d ) 公式( 2 6 ) 。- m d ) 2 鼍苗幽瓠啊p ( d ) 吉林农业大学硕士学位论文吉林省水稻病害诊断查询专家系统 一般，证据c 是不确定的，对于它的不确定性，可描述为c f ( c ，c ) ，其中c 是虚拟量，表示一切与c 有关的观察，这样c 和c 分别表示虚拟知识的前提和结论， 从而可用公式( 2 6 ) 来表示证据的不确定性。对于原始证据其c f 的值由用户确定， 对于其他断言的c f 值则由不确定性传递算法给出。 指定原始证据c 的c f 值的基本原则是： 当c 肯定成立时，c f ( c ，c ) = c f ( c ) = 1 ； 当c 肯定不成立时， c f ( c ，c ) = c f ( c ) = 一l ； 当c 以某种程度成立时，0 f ( c ，c ) = c f ( c ) 0 这种情况，仅考虑m b o 的情况，因为m d 0 意味着它一定不 会激发规则库中的某项规则。根据不确定性传播算法： 结论仅由一条知识前提决定，即设为： j fct l