（水利工程专业论文）专家数据库系统的模型设计.pdf

华中科技大学硕士学位论文 a b s t 芏a c t e x p e r td a t 8 b 毪s os y s t e m ( e d s ) m a k e sg 。du s 。o fm a n a g e m e n to fi n f o 矾a n o no f d a t a b a s e m a n a g e m e n ts ) r s t e m ( d b m s ) a n dr e a s o n i n go f e x p e r t s y s t e m ( h s ) e d s s 0 1 v e t h el o c a 甘z a t i o no fe sw h i c hc a n tc o n n e c tt od a t ab a ( d b ) ，l e a f n i n gf 如mo t h e f s s s t r o n gp o i n t st oo f 转e to n e sw e a k n e s si tm a k e sa 旷e a td e a io f k n o w l e d g e c a nb ed e a lw l t h b ye si hh 吨he 掰c i 锄c ya 1 1 d 芏ta l s oh a 、t e a b i l i t yo fi n t e rc u r r o n tc o n 打叫，d i s t r i b u t c d t e c h 玎o l o gy e r r o rr e s u m e 王nt h eo t h e rh a i l d ，e d sm a k o sd b m s h o l de x p e r tk i 】o w l e d g e a i l di tc a f ls 0 1 v ec o 瑚p l e xp r o f e s s j o n a lp r o b l e ma n d s ei oi e l l i g 哪tk v e l _ ( t ) t h i sp a p e r r e e o 珏s 枉c t sag o n e 豫le x p e 谯s y s e mi n t o 蛆c x p 硪d a t a b 嚣s es y s 把mb y i n t e 盯a t i n 足d ba n de s ns o 】v e sl h ec h o i c e ，m 缸c ha n dc o n n i c to ft i er t i l e sa n d 由c lw i 【h r c a s o n i n g j u d 垂n ga n dc h e c k i n 善 n di ta d d sn e wk n o w l e d g e 扭p o s s i b l es i 【u a i o n a n di t b r i n g st h ec o o p e m t i o no fm u c hk n o w l e d g ea | 1 dt h et h o u 曲to fc o n v e y i n gh o w l e d g e a m o n gs e v e r a lc m n o d e st oe d s i no r d c rt 0c o m p l e t ek n o w l e d g eb a s es h a r ea m o n gs e v e r a l e d sa n d 托e n h a n c e st h ek n o w l e d g ec a p a b i i i t yo f e d s ，c x p a n d st h ek n o w l e d g es o u r c eo f s i g n a ls y s t e ma n dj m p r o v et h es t r u c t u t eo fe d s t h i ss y s t c mu s ct i g h tc o u p u n ga si t s s t h l e l u r e ，t h a ti s ，i tu s er e l a l 主v ed a 【ab a s em a n a g e m e n ts y s t 锄 ( 姻b m s )i or e p e $ e m dm a n a g ek n o w l e d g e ，a c c e s 8a n ds e a r c hh u g ek n o w l e d g e ( 2 ) 1 h ea p p | y i n go fo “c l a s s i 6 e a t l o nt or e c o g n i z es y s t e ms h o w st h a tm es y s t e m r c c o n s t n 】c t e dh a sn o to n l yi h es a m ef u n c t l o na st h co n g i n a ls y s t e m ，b u ta l s oi 硼p r o v e s s i g n 面c a n t l yt h ee 师c 1 嘶c yo rs y s t e ma n d t h ev 0 1 u m co f k n o w i c d g eb c m gp r o c e s s e d k e y 啪r d s ：e x p 猷跏t e n l p r o d u c d o ns y s t e n l k n o w 】。d g eb a s 。m 髓嗒m e n ls y s l e m i i 华中科技大学硕士学位论文 1 绪论 人工智能是当今世界三大尖端技术之一，号家系统、模式识别、智能机器人被列 为人工智能技术中最活跃的三个领域。人工智能开始就取得许多令人鼓舞的成绩， 它起源于人类智慧。专家系统起源于人类专家解决专门的问题的能力。随着人类社 会的进步和科学技术的不断发展，特别是互连网技术和多媒体技术的发展，人工智 能和专家系统得到勃勃生机。人工智能逐渐与数据库、多媒体等主流技术相结合， 使计算机更聪明、更有效、更接近人。专家系统、知识库技术、智能信息管理系统、 智能决策支持系统、模式识别、自然语言解释、自动推理和机器学习等技术的拓展 推广，取得了巨人的社会及经济效益。小型化、并行化、网络化、智能化成为当前 计算机发展主流。 1 1 人工智能与专家系统 在解决复杂的各种实际问题中，人 ：智能理论利方法丰要是以专家系统的形式得 到应用；专家系统是一种具有特定领域内大量知识与经验的智能汁算机程序系统， 它应用人工智能技术、模拟人类专家求解问题的思维过程求解领域内的各种问题。 人工智能的应用与号家系统的研制相互渗透，人工智能技术在专家系统中大量涌现， 把计算机应用范围拓展到社会的各个领域。 1 1 1 人工智能 人工智能( a n i 行c i a li n t e l l i g e n c e ，a i ) 是计算机学科的一个分支，是研究如何用 计算机去模拟、延伸和扩展人的智能；如何使计算机变得更聪敏、更能丁；如何设 计和制造具有更高智能水平的计算机的理论、方法、技术及应用系统的一门新兴的 科学技术f 2 j 。 人的智能体现在感知、思维、行为三个层次，因此，计算机人工智能也要研究解 决这三个层次的问题。即： ( 1 ) 机器思维。具体讲是计算机思维、计算机学列、计算机诊断等等。 ( 2 ) 机器感知。让计算机像人群能感觉到气味、颜色、触觉。 ( 3 ) 机器行为。研究计算机模拟、延伸和扩展人的智能行为，如动作、智能监 华中科技大学硕士学位论文 渊、磐2 控搿等行为。久工餐能磷究与诗算掇软 孛开发奋着不可分割瓣关系：一方 黼各种人工锶能要用汁簿机软件实脱；另一方面许多计冀机软件也疆应用人工锷能 的理论、方法和技术去开发。当前，人工智能应用十分j “泛，如智能控制、智能材 料、智能家电、餐靛通信等等。 1 1 。2 专家系统 专家系绞( 嚣碌e 戒s y s t e 搬，塞s ) 是久工镡能锾蠛中黪含分支，是爨蘸a 王智 能中最活跃，最有成效的一个研究领域。它是一种基于知识的系统，拥有某一特定 领域的大量知识，以及卞富的经验，用一套独特的思维方式，用来解决只有专家才 麓解决鑫勺困难闫题| 2 l 。 专家系统是一个具有智能特点的计算机程序，它的智涟化主要表现为能够在特定 的领域内模仿人类专家思维来求解复杂问题。闳此，专家系统必须包含领域专家的大 羹知识，捐有类 强久类专家惑维的维理能力，并能用这些知识米解决实际溺题。它通 裳可以分为知识岸和推理极鼹个部分。知识瘁要以便于使媛戆方式存锉为完成任务所 需要的各种知识集合，包括常识的、书本的利经验的。推理机是一个控制机构，根据 待处珲的对缘决定运用知识，并运用知识进行椎理束解决用户对系统提出的问题。 1 2 人工橱能与数据库桐结合的必要性和可行性 d b ( d a i ab a 8 e ) a i 是指数掘库和人工智能这两种商科技的结合。h 前，它已 成为当今数据库礤究的热门谦题和解决敷据库技术难题的荚键。人工程能a i 是6 0 年 代_ 开始发展起来螅一门研究枧爨餐熊积磐2 极器的瑟兴鳃舞科技学科。它故近期翳标 怒研究如何使计算机更“聪明”，即如何使计算机去做目前只有人脑才能做的事悄， 诸如推谭、思考、分析、预测、理解、规则、浚计和学习等各种高级思维活动。它的 长远妥标是磺究人”f ：智熊熬基本极攥，探索如何震各释叁动辊或密能褪去模羧久游某 些思维和智能行为，从而揭示人类思维的奥秘。a l 和d b 技术都足计算机科学两个十 分重要的领域，它们相互独奇：地发展已有几十年的历史，并在各自的领域取得突出成 就丽获褥广泛应用，然丽，它们都存在十分突出的润遂和矛詹。一方面，魏有的a 系绞( 如专家系统) 可以使用成百上予祭基于规则的知识去进1 二启发式搜索和推理， 但却缺乏高效榆索访i 、u j 现存数据库和管理海量数据的能力：另一方面，现有的数据库 管理系统( d a t ab a s em a n a g e m e n ts y s t e m ，d b m s ) 虽已优化虱可以处理海量商业及 事务数擐的水平，但却戈力表达和处理a l 系绞 ( p p d e r e m p l a t es i m p l e ) 将之定义成事实模板 j e s s ( b i n d ? s b ( n e we x a m p l e b e a n ) ) n e w 一个实例 j e s s ( d e 矗n s t a i l c es i m p l e ? s bs t a t i c ) 将自定义类的实例定义成事实插入推理机 上述三种事实中，本模型主要涉及到前两种，为了能将它们存放在关系型数据 库中，就必须用关系模型来描述以上两种事实，具体方法如下所示： 定义模板事实： 模板事实名( 序号，槽l ，槽2 ，槽3 ，) ： d e r e m p l a t e n a m e ( i d ，s l o t l ，s l o t 2 ，s l o t 3 ) d e r s o n 表4 1 模板事实表 l l dn a m e a g e e v e c o l o rh a i r _ c o l o r i tj o h n2 3b l u er e d 定义有序事实： 有序事实表( 序号，事实名，事实内容) o r d e r f a c t t a b l e ( i d ，f h c t n a m e ，v a l u e ) ： o r d e 卜f h c t t a b l e 表4 2 有序事实表 i df a c t n a m ev a l u e 1 l e g a l a n s w e r y e s n o 3 s t a n _ p r e s s i t l g n u l l d t e l n p e r a f i 】r e 9 86 ( 2 ) 规则的表示方法及关系模型的实现 规则的表示方法决定了规则库的结构，在专家系统中规则的表示方法有r l ：多， 如前面介缁的语义网、框架等。存该模型中还是使用产生式表示法也就是基于规则 的知识表示方法。 产生式规则的表示形式 产生式规则是以“如果这个条件满足，就应该采取所指行动”形式表示的语句： 即：i f c o n d i t i o n ，t h e na c t i o n 产生式的基本结构是弭( e l 八e 2 八八e n ) t h e n ( a ) ，表示当逻辑表达式 华中科技大学硕士学位论文 有如下规则： i f g e n e m o d m e d ( 转基因) i sn o t h e nr a w m a t e r i a l ( 原料) i s n o g e n e m o d m e d p e a n u t i f r a wm a t e “a l i sn og e n em o d i f i e da j l ds 0 1 v e n te x t r a c t i o n ( 溶剂浸出) i sy e st h e no i l i ss 0 1 v e n te x t r a c t i o np e a n u to i l i f r a j wm a t e r i a li sn og e n em o d i n e da n ds o l v e n te x 缸a c t i o ni sn ot h e no i li sp r e s s i n g p e a n u to i l ( 压榨花生油) i f t y p eo i li sp e a l l u to i l m i r d ；r a d ep e a l l u to i l ( 三级花生油) t | 1 e no i l i ss o l v 肌t e x t r a c t i o np e a n u to i l ； i f t y p eo i li sp e a n u to i 价h i r d 伊a d ep e a n u to i lt h e np r e s s i n gi sn o ； i f t ) 审eo i l i sp e a n u to i l 廿1 i r dg r a d ep e a n u to i lt h e nr a wm a t e n a li sn og e n em o d 诵e d ； 以上最后三条规则可以并归成以下的一条规则， i f t y p eo i li sp e a n u to i l t h i r dg r a d ep e a n u to 订t h e nr a wm a t e r i a li sn og e n em o d i f i e d 八o i ii ss o l v e me x 臼- a c t i o np e a n u to ij 八p r e s s i n gi sn o 用上述关系模型来描述这几条规则。如下表所示 a ) 规则条件表( m l e c o n d i t i o nt a b l e ) 表4 3 规j i ! i j 前什表 i dc o n d i t i o n i dc o n d i t i o l f 1 g e n e m o d m e d i s n o 2f 2r a wm a t e r i a l1 sn o 叠e n em o d i f i e d 3f 2s o l v e n te x t r a c t i o ni sy e s 4 f 3 r a wm a t e r i a li sn og e n em o d l 行e d 5f 3s o l v e n te x t r a c t i o ni sn o 6 f 4 t y p eo iji sp e a n u to i l t h i r dg r a d ep e a n u to i i b )规则结论表( r u l e c o n c l u s i o nt a b l e ) 表4 4 规则后件表 i d c o n c l u s i o n i dc o n c l u s i o n 1t l r a wm a t e r i a l i sn o 譬e n em o d m e dp e a n u t a t 2 o i l1 ss o l v e me x 丑c 石o nd e a n u to i l 3t 3o i l i sp r e s s i n gp e a n u to i l 4t 4o i li ss 0 1 v e n te x t r a c 石o nd e a n u to i l 5 j ， t 4 p r e s s m 9 1 s n o 6 t 4 r a wm a t e a li sn og e n em o d i n e d c ) 规则表( n l 】et a b l e ) 表4 5 舰则写及其前件与后件对应关系表 2 8 华中科技大学硕士学位论文 r u l e i dc o n d i t i o n i dc o n c l u s i o n i dp r jt u r s tp a r e n t i dc h i l d e r n i dm e a n i n s 1 0 0 lf l t 12 01o1 0 0 5 1 0 0 6 一 1 0 0 3f 2 t 2 2 011 0 0 2一1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 4f 3t 32 011 0 0 2一l o l 2 一1 0 1 3 1 0 7 0 f 4t 42 01n u l ln u l l 规则库的结构 由上面的分析可以看出规则库主要分为以下几部分，即前件库、后件库和规则 库，此外该模型中还有两个临时表。 j )激活规则表：它是为了反映在推理过程中规则被激活的顺序，从而方便对推理全 过程的解释工作。该表中的数据为临时数据，只保留当日u 推理过程被激活时的规则序列。 该库的关系模型是： m l e t a b l e ( i d ，n l l e i d ，t i m e ) i d ：序号； r u l e i d ：被激活的规则号； t i m e ：被激活的时间： i i )临时表：它是为了存放推理过程中的产生的临时事实和巾间事实。 该库的关系模型是： t e m p t a b l e ( i d ，f a c t _ n 锄1 e ，v a l u e ) ： f a c t n a h l e ：事实名： v a l u e ：事实内容； 综上所述，知识库的总体结构如图4 3 所示： 图4 3 知识库结构表 华中科技大学硕士学位论文 正向推理的控制策略； 二是知识在r d b m s 中的